“黎曼猜想”和區塊鏈加密算法到底有什麼關係?

“黎曼猜想”和區塊鏈加密算法到底有什麼關係?

在說這事兒之前,我們先聊聊密碼學的那些事兒。


<strong>瑪麗女王的密碼之生死命懸一線

“黎曼猜想”和區塊鏈加密算法到底有什麼關係?

蘇格蘭女王 瑪麗

16世紀伊麗莎白一世女王時期,瑪麗和謀反的貴族用密碼通信,企圖篡位;他們的陰謀活動早在警方監控之下,密信被警方截獲之後破譯出來。貴族舉兵謀反前夕被捕,死不招供,警方還是逮捕了瑪麗;瑪麗矢口否認,但其回信在法庭上成了如山鐵證。謀反的貴族被處以絞刑;瑪麗被梟首示眾,劊子手砍了三斧子,當砍下的頭顱被抓起頭髮示眾時,頭顱從假髮中脫落、掉在地上。

本來,瑪麗並非只有死路一條。為了密函內容不被旁人發現,瑪麗的支持者將信轉換成密碼——他所用的密碼如下圖所示。他用了23個符號來代替英文字母(不包括j、v、w),另有36個符號來代替單詞或詞組。此外,還有4個虛元(不代表任何字母,像空格一樣不具任何意義的符號),以及一個用來表示下一個符號代表兩個字母的重複符號。

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只要信的內容無解,就不能成為指控瑪麗的證據。誰料,負責審案的沃爾辛厄姆不僅是位首席大臣,還是英格蘭的間諜首腦,他非常清楚誰能解開這些密碼。於是,他找來了湯姆斯·菲利普 —— 國內一流的密碼破譯專家。若他能解開瑪麗與共謀者的信,那麼瑪麗死罪難逃。反之,瑪麗或許還能有一些生機。

一位蘇格蘭女王、法國王后、英國王位的覬覦者,竟因一串密碼命懸一線,這,正是密碼術的驚心動魄之處。

這是近代西方第一次破譯密碼,開啟了近現代密碼學的先河。

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<strong>笛福冥想與非對稱加密

1973年,笛福偶然想出了<strong>不對稱密鑰的概念:<strong>一個公鑰和一個私鑰,然後把公鑰公佈出去,使用這個公鑰加密的消息只有擁有對應的私鑰的人才能解密。

不過,笛福並沒有想出一個具體的實行方案,他希望其他的科學家加入尋找合適的單向函數的行列。

傳統的加密系統中,用於加密的密鑰與解密的密鑰完全相同,解密過程只是加密過程的反演,被稱為“對稱加密”。對稱加密算法的特點是算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。不足之處,是交易雙方都使用同樣鑰匙,安全性得不到保證。瑪麗女王的慘死,就是最典型的例子。

非對稱加密系統中,加密密鑰不同於解密密鑰,加密密鑰公之於眾,稱為公開密鑰,供所有人加密發送原文。解密密鑰是私人密鑰,只有收件人自己掌握,可用來解密別人發給自己的原文。這樣,傳統的反演式解密方法再也無用武之地。

不過,要將“雙重加鎖方案”和“非對稱加密”的構想應用到計算機和互聯網中,還需要設計一套簡便的算法。

1977年,麻省理工大學計算機科學實驗室的三位研究員——裡維斯特、沙摩爾和阿德爾曼共同提出了RSA。1977 年 4 月的某個夜晚,裡維斯特花了一整夜的時間思考不對稱密碼系統中的單向函數問題,最終有了突破,並在黎明前卓有成效地寫出了一篇完整的科學論文。

但裡維斯特認為這是和沙摩爾、阿德爾曼一年多合作的結果。所以論文采用了三人的共同署名。於是就有了今天的RSA(裡維斯特Rivest、沙摩爾Shamir、阿德爾曼Adleman)——非對稱加密算法,這是對現代密碼學最有影響的密碼系統。

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<strong>假如黎曼猜想被證實,區塊鏈將毀滅?

近日,“黎曼猜想”四個字瘋狂刷屏。菲爾茲獎和阿貝爾獎雙料得主、英國皇家學會前主席邁克爾·阿蒂亞爵士宣稱自己證明了黎曼猜想,並在9月24日海德堡獲獎者論壇上進行了宣講,隨之網上開始流傳“區塊鏈將毀滅”的言論。

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邁克爾·阿蒂亞

將改變世界的區塊鏈真的要被顛覆了?這一流言源於9月24日,媒體發佈的一則關於“黎曼猜想被證明”短訊:

“黎曼猜想”和區塊鏈加密算法到底有什麼關係?

黎曼猜想被證實和區塊鏈有什麼關係?

眾所周知,非對稱加密技術是區塊鏈技術體系很重要的一部分。正是這一重要部分,支撐起了區塊鏈一個關鍵性的競爭優勢:不可篡改,以及隨之而來的安全性。而黎曼猜想因為能揭示素數分佈的統計規律,跟需要用到素數的加密算法有一定聯繫,也觸發了一些區塊鏈和幣圈人士的“G”點。

“黎曼猜想”由數學家波恩哈德·黎曼於1859年提出。簡單來說,黎曼猜想就是一個找素數的方法。

“黎曼猜想”和區塊鏈加密算法到底有什麼關係?

波恩哈德·黎曼

我們觀察以下素數表,不難發現,素數數目是下降的,它們越來越稀疏。越到後面,素數的尋找越發艱難。而黎曼猜想要解決的問題,就是想找到素數精確的分佈規律。

“黎曼猜想”和區塊鏈加密算法到底有什麼關係?

聰明的數學家們將素數應用在密碼學上,因為人類還沒有發現素數的規律,以它作密鑰進行加密的話,破解者必須要進行大量運算,即使用最快的電子計算機,也會因求素數的過程時間太長而失去了破解的意義。

前面提到的RSA公鑰加密算法,便是基於一個十分簡單的素數事實:將兩個大質數相乘十分容易,但是想要對其乘積進行因式分解卻極其困難,因此可以將乘積公開作為加密密鑰。

因此,“黎曼猜想”一旦被證明,則意味著素數之密被解開,RSA算法也就將被攻破了。

但問題是,非對稱加密的算法並不止RSA啊,還有Elgamal、揹包算法、Rabin、D-H、ECC(橢圓曲線加密算法)等。而大多數區塊鏈所用的加密算法不是RSA,而是ECC(橢圓曲線加密算法)。橢圓曲線有豐富的數學特性,但並不與素數相關。

所以,ETM君想告訴大家:<strong>黎曼猜想是否被證明,都與區塊鏈無關!

密碼是人類的一項偉大創造。誕生之初,加密還只是政府和軍隊的專利,但隨著網絡時代的到來,密碼學成為普通人的鑰匙和鎖,區塊鏈技術更是對這一技術服務於普通人的極致性進行了嘗試。

密碼的戰場上集合了人類最聰明的腦袋參與競爭,加密和解密的每一次進步都是人類智慧的對決。每一次解密的進步,必然會推進加密技術的升級。

菲爾·齊默爾曼(PGP技術的開發者)總結說,我們正生活在密碼術的黃金時代,而以密碼術為基礎的區塊鏈,正是這一黃金時代的榮耀呈現。


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