从零搞懂区块链（10）：非对称加密

Posted 2021-04-25 中兴大数据

“

区块链是一种分类帐本，节点之间通过共识机制形成共识。这套系统是基于密码学原理而不是基于信用，使得任何达成一致的双方能够直接进行支付，从而不需要第三方中介参与。标志着人类开始构建真正的信任互联网。

”

文 | 王映

图 | 闫燕

密码学的基本目的是保障不安全信道上的通信安全。基于一个重要事实：“许多聪明人都不能解决的问题，它可能不会很快得到解决”。上述事实暗示很多加密算法并没有在理论上得到严格证明，只是运行很久未发现明显弱点，没有找到攻击它的方法，从而认为它是安全的。

密码体制的设计原则：

1. 密码算法安全强度高

2. 密码体制安全性不依赖算法的保密性，而取决于可随时改变的密钥

3. 密钥空间足够大。

4. 即易于实现又便于使用。

从密码体制来说，密码加密分为对称加密和非对称加密两大类。

对称加密指用同样的密钥来进行加密和解密。或者由其中一个密钥很容易推算出另一个密钥。简单高效，但用户数量多时，难以管理。难以实现“不可否认”功能。

非对称加密指用一个密钥对来进行加密和解密。加密和解密使用不同的密钥，由加密密钥不能推算出解密密钥，反之亦然。非对称密码体制的安全性取决于私钥的保密性。

下图以某个明文为例，说明分别采用对称加密和非对称加密的信息传递过程。

以上的非加密过程，采用了两个不同的密钥。使用密钥A来加密，但使用密钥A不能用来解密，必须使用密钥B来解密，而密钥B只有B有，就可以保证信息的安全性。

在实际使用时，我们通常是把密钥A通过网络或资料附件的形式发送给对方，也可以理解为在网上公开，因为在传递过程中有可能被黑客破解，所以密钥A默认是置于公开场合的，称为“公钥”。而密钥B只保留在自己手中，任何时候都不可以出示给其他人，称为“私钥”。通过公钥加密的信息，在网上即使被截获，也无法解密，因为公钥加密后的信息，不能再通过公钥解密，而必须使用私钥来解密，所以可以保证信息的安全性。

非对称加密还被广泛地用于对信息进行数字签名，以确保消息的来源是可靠的。这个过程和上面类似，也会用到公钥和私钥。签名的过程如下图所示。只要接收人B使用发送人A的公钥，能够正确解密这个文件，则说明这个文件来源于A无疑，否则信息就是被他人篡改过的，是不可信的。

由上图我们可以看到，数字签名不能替代加密，因为签名时所使用的是私钥，需要对方使用公钥来解密，而公钥是不安全的。

说到这里，大家可能已经想到了，把上述加密和签名的过程二合一，不就完美了吗？即可以加密信息，还能确保信息来源可靠。的确，这就是区块链中使用的非对称加密措施。信息发送者用私钥对信息进行签名，使用信息接收方的公钥对信息加密。信息接收方用信息发送者的公钥验证信息发送者的身份，使用自己的私钥对加密信息进行解密。

这种场景需要用到4个密钥，分别是发送者A的私钥和公钥，以及接收者B的私钥和公钥。下面我们举例说明这项工作是如何进行的：

发送方A向接收方B发送一封机密信件消息，为了不让消息泄密，并对消息来源进行确认，需与A、B双方协商好，采用非对称加密措施。

第一步：A对写好的信息，用自己的私钥加密

第二步：第一步的基础上，A再对加密后的消息用B的公钥进行第二次加密。

第三步：A把两次加密的信息通过网络传送给B，在这一过程中，网络上的黑客有可能获取到所发送的消息，也可以获取到A和B的公钥，因为公钥是公开的。但是，上述第二步中使用了B的公钥加密，则必须使用B的私钥来解密。而私钥是不中网络中传送的，黑客无法获取私钥。所以黑客截取了消息也无法阅读信息内容，只能看到一堆乱码。

第四步：B接收到A发来的消息后，使用自己的私钥对消息进行解密，就可以看到消息正文了。但是如何知道看到的消息是来自于A而不是由其他人伪造的呢？

第五步：B使用A的公钥，对第四步解密出来的消息再次进行解密，如果解密成功，则证明消息的确来自于A，否则就是伪造的。因为A的公钥只能解密出经过A的私钥加密的信息，不能解密其它形式的信息。

最终，A和B之间成功完成了消息的加密传输，并且能够确认信息来源是可靠的。

上述过程中数字签名，其实和我们平时的手写签名的作用是一样的，都是用来对信息进行确认，防止信息篡改，使一个实体身份与某个信息捆绑在一起。一个消息的数字签名实际上是一串字符，它依赖于签名者的某个秘密，也依赖于被签名的信息本身。数字签名基于两条基本假设：

1. 私钥是安全的  

2. 产生数字签名的唯一途径是使用私钥

（to be continued...）

「从零搞懂区块链」系列文章：

第一部分：了解帐本

第二部分：区块链系统入门

第三部分：区块链基本技术

 

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