比特幣前世今生:密碼學

比特幣前世今生:密碼學

2008年11月1日,中本聰在網絡上發佈《比特幣:一種點對點的電子現金系統》的論文,文中描述了一個全新的數字貨幣系統:比特幣。

2009年1月3日根據中本聰的思路設計發佈的開源軟件以及建構其上的P2P網絡正式誕生,一場波瀾壯闊的社會實驗開始了

比特幣經過10多年的發展,已從密碼極客圈向普通大眾擴展,比特幣的底層技術區塊鏈技術更是在各行業進行應用探索。

當我們翻開比特幣白皮書 ,會發現整個比特幣的基礎是加密技術,其比特中涉及許多密碼學知識有非對稱加密、橢圓雙曲線算法、哈希算法等。比特幣地址使用了非對稱加密、哈希函數等密碼學技術生成,在比特幣轉賬用了非對稱加密技術和數字簽名。

為何比特幣能成為“王者”?比特幣是站在什麼巨人的肩膀上,攜帶著什麼力量,讓它一步步走向神壇。

一、比特幣生命之基“加密技術”

比特幣是建立在密碼學基礎之上,為何加密技術成為比特幣的基礎呢?

密碼學是一門將數學應用於加密數據和解密數據的科學。通過密碼學我們可以確保只有信息接收者才能看到信息內容。

傳統密碼學中,發送方和接受方使用的加密算法和密鑰是相同的,因此這類加密算法被稱為“對稱加密算法”。

歷史上有名的對稱加密算法是凱撒算法,據傳說是凱撒大帝用來保護軍事信息用的。假設收發雙方約定密鑰為 4,則發送方將明文中的每一個字母用字母表中與其相隔三位的字母替代,即 A 變為 E,B 變為 F,"HELLO" 變為 "LIPPS"。

下面回顧一下在人類歷史長河中,密碼學的發展。

比特幣前世今生:密碼學

1、密碼學發展的三個階段

第一階段古典密碼:1949年之前

這個時期的密碼學尚未成為一門科學,更像是一種藝術。出現了一些密碼算法和加密設備如下圖;針對字符的密碼算法出現,也出現了簡單的密碼分析手段。

比特幣前世今生:密碼學

典型的密碼機

這是時期的密碼主要特點:數據的安全基於算法的保密

第二階段近代密碼:1949~1975年密碼開始成為科學的分支

計算機使得基於複雜計算的密碼成為可能,相關技術的發展:

  • 1949年的Shannon的“The Communication Theory of Secret Systems”
  • 1967年David Kahn的《The codebreakers》
  • 1971-73年IBM Watson實驗室的Horst Feistel等幾篇技術報告

這是時期的密碼主要特點:數據的安全基於密鑰的保密,而不是算法的保密。

第三階段現代密碼:1976年以後,密碼學新的方向——公鑰密碼學

與計算機技術、電子通信技術緊密相關,密碼理論得到蓬勃發展,密碼使用的範圍也在不斷擴張,出現了許多通用的加密標準,促進網絡和技術的發展;出現了一些新的密碼技術,如量子密碼等。相關技術的發展:

  • 1976年Diffie和Hellman提出不對稱密鑰算法
  • 1977年Rivest、Shamir、Adleman提出了RSA公鑰算法
  • 90年逐步出現橢圓曲線等其他公鑰算法

這是時期的密碼主要特點:公鑰密碼使得發送端和接收端無密鑰傳輸的保密通信成為可能。

2、密碼學在歷史中的應用

密碼學在每個時代先進科技,從而產生新的加密方式,製造出那個時代的“區塊鏈”技術,來保證信息傳輸的安全和可靠。例如:

1)凱撒大帝的“區塊鏈”。凱撒是第一個把替換密碼用於軍事用途、並且記錄下來的人。一流的情報工作和保密工作,是在戰場上獲勝的前提條件之一。

2)阿拉伯人的“區塊鏈”。在政府的關鍵事務上進行加密,記錄稅收也採用了密碼術,在《大臣手冊》等管理文獻裡還在探討與密碼術有關的技術性問題。這助推阿拉伯人去打造一個高效清廉的政府、提供一個有效的管理制度、建立一個有秩序的富裕社會。

3)電報和無線電時代的“區塊鏈”。15世紀文藝復興的時候,各城邦政治上的爾虞我詐,密碼編輯術在歐洲成為了一項蒸蒸日上的行業。如何能夠安全、快速地輸送情報,如何能夠破獲對手的情報,是各個城邦主人最為關注的事情之一。

4)希特勒的“區塊鏈”。納粹德國採用了一個在當時看起來的殺手級武器——恩格瑪密碼機。這臺機器問世,在編制密碼方面毫無費力地碾壓了人類最優秀的編碼師,就像是Alpha Go無情地擊敗了人類最優秀的圍棋手柯潔一樣。可以以更快、更精準、更安全的方式向遠在千里之外的將軍下達戰令。

3、與比特幣相關密碼技術發展

比特幣得以誕生,離不開密碼技術的發展和積澱,比特幣是現代密碼學的集大成者,融合了現代密碼學先進思想和技術。下面看一下與比特幣相關密碼學。

1976年,迪菲和赫爾曼提出,將原來的一個密鑰一分為二成一對密鑰,一個密鑰用於加密,一個密鑰用於解密。加密密鑰公開,稱為公鑰。解密密鑰不能公開,唯獨本人秘密持有,不能給別人知道,稱為私鑰。

1978年,李維斯特薩莫爾和阿德曼提出RSA密碼算法,首次實現了非對稱密碼算法。非對稱密碼算法除了解決開放系統中密鑰大規模分發的問題,還帶來原來對稱密碼體制不具備的功能,那就是非常獨特的認證功能。

1982年,大衛喬姆提出不可追蹤的密碼學網絡支付系統,發明喬姆盲簽名,是密碼貨幣的始祖。

1991年Stuart Haber和Scott Stornetta發表論文,提出用時間戳確保文件安全的協議。

1991年,菲爾.齊默爾曼基於RSA公鑰加密體系開發出郵件加密系統PGP,能夠保證郵件不被篡改。中本聰所有郵件都是通過PGP發出。

1993年,美國國家安全局設計併發布了SHA哈希算法,哈希算法是現代密碼學的又一個飛躍,它又稱信息摘要。哈希函數是一種快速收斂的算法,從輸入到輸出的計算非常快,迅速收斂數值,無須耗費巨大的計算資源,而從輸出倒推輸入又幾乎不可行。

1997年,亞當.拜克發明了哈希現金算法機制,這被中本聰用來解決比特幣中零信任基礎的節點共識問題。

1998年,戴偉提出了匿名的,分佈式的電子加密貨幣系統B-money,被認為是比特幣的精神先導,中本聰與之交流甚多。

密碼技術的發展為比特幣的自由、匿名、去中心化特性提供技術可能。

比特幣前世今生:密碼學

4、密碼朋克的發展

一個獨立數字貨幣的創造,則始於1992年。以蒂莫西.梅為發起人,美國幾個不安分的物理學家和數學家聚在一起,創建了一個“密碼朋克”小組,由黑客、自由主義者、密碼學家以及前衛人士組成。他們將密碼與朋克一詞結合,是希望用密碼學創建一個自由、不受監控的世界。

他們在加密郵件系統中說道:如果期望擁有隱私,那麼我們必須親自捍衛之。我們使用密碼學,匿名郵件轉發系統,數字簽名,以及電子貨幣來保障我們的隱私。

1993年《連線》報道了這些隱匿於世界各地、為人類隱私事業戰鬥的一群人:“密碼朋克正在與FBI、NSA作戰。他們的戰爭,將決定21世紀是否還會有隱私存在。”密碼朋克得到壯大。

密碼學在發展壯大的過程中,一直在探索保護隱私。在這幾十年中,“密碼朋克”運動幾經起伏,為人類帶來了無數的開源加密協議。其中一些協議,已經成為了互聯網通信的基石。

密碼朋克們在探索自由、匿名、去中心化數字貨幣的道路上,付出了巨大的努力,薪火相傳,生生不息。

小結:密碼學在結合時代的科學技術,創造出新的密碼技術,讓信息安全有效的流通,服務時代,服務社會,創造價值。在21世紀,在新時代和新科技發展的下,密碼學與科技的結合誕生了區塊鏈技術,可謂集大成者,更好地服務社會。同時,我們也看到密碼學為比特幣的自由、匿名、去中心化特性提供技術可能,而比特幣又是密碼朋克們在探索密碼保護人類隱私和自由道路上的結晶,也是集大成者。


分享到:


相關文章: