密码故事：从对称加密到比特币的简史

Posted 2021-04-25 Odaily

 

从Whitfield-Diffie到比特币，密码学的历史在不断进步。

文 | 余顺遂

如果没有公钥密码学，加密货币就会失败。公钥密码学证明了所有权，并执行了隐私权。不过，虽然与个人电脑革命同时出现在20世纪70年代中期，它最近才得以实现。

16世纪的法国密码机

人们利用密码学的艺术和科学对信息进行编码（即加密），于是除了目标受众之外，没有人能够阅读这些信息。只有正确的接收者才能解码（即解密）该信息，这样可以保护通信者之间的隐私。

密钥用于加密和解密信息。在非对称密码学（公钥密码学的另一种说法）中，加密信息的密钥与解密信息的密钥不同。

而在对称加密学中，解密信息的密钥与用于加密的密钥相同。这就产生了密钥交换的问题：发送者不仅需要发送信息，还要找到安全的方式来发送密钥。如果有坏人同时拦截了密钥和信息，隐私就会被侵犯。

Whitfield-Diffie密钥交换方案

在密码学的发展历史中，语言学、语言和拼图技巧长期处于统治地位。但从20世纪中叶开始，数学一直占主导地位。

20世纪70年代，斯坦福大学的Whitfield Diffie、Martin Hellman和Ralph Merkle发现了解决密钥交换问题的数学方案。在解决方案中，他们使用了模块化算法和单向函数。（Ralph Merkle是默克尔树的发明者，为加密货币作出了巨大贡献。）

模块化算法处理余数并合并一组数字，这些数字在达到某个点之后会开始循环。也就是说，7模3等于1，因为7除以3之后的余数是1。模块化算法循环最常见的例子是12小时制时钟。如果现在是早上8点，6个小时之后不会是14点，而是下午2点。要点就是，模块化算法的表现并不直观，而且会产生意想不到的结果。

在数学领域，单向函数很容易执行，但也会强烈抵制逆向工程。以餐馆里的一碗汤为例，厨师很容易按照食谱来制作，也可能即兴添加手边的一些食材。你可能有能力找到这种味道和这些香料，但如果没有配方和主厨使用的准确配料，你就很难复制出那碗汤。

根据Whitfield-Diffie算法，通信者共享密钥的部分公开信息，但保留隐私信息，从而防止窃听者复制该密钥。该团队于1976年6月在全国计算机会议（美国）上公开发表了他们的解决方案。

进入非对称加密时代

Whitfield-Diffie解决了密钥交换问题，但仍然使用对称加密。

在得知Whitfield-Diffie解决方案后，麻省理工学院计算机科学实验室的Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adelman开始基于这些数学概念，寻找非对称加密的解决方案。1977年4月，他们成功找到了RSA算法。

使用非对称加密技术时，你可以发布一个公钥。人们可以使用公钥来加密信息，但是只有你能解密，因为私钥在你手上。简而言之，公钥只是将两个私钥相乘所产生的数字。如果使用的数字足够大，那么其他人找到这两个数字就需要大量计算和时间。

面向公众的加密技术

1923年的电动密码机专利申请

在当时，使用RSA加密技术面临着计算机资源的挑战。加密技术只属于强大而富有的群体——军队、政府、大型公司等。Paul Zimmerman设想，任何人可以通过使用个人电脑进行加密。1991年6月，他创建了优良保密协议（Pretty Good Privacy，PGP）并免费向公众发布。

Zimmerman通过使用混合算法，解决了非对称加密技术消耗大量资源并且计算缓慢的问题。人们使用对称密钥对信息本身加密，然后利用非对称加密技术处理密钥，将密钥与信息一起安全地发送出去。

Hal Finney和数字货币

秘密内容解码器环

Phil Zimmerman为PGP聘用的第一位员工是Hal Finney。当自称中本聪的不知名人士在2008年露面并提出所谓的比特币，Hal Finney是第一个表示感兴趣的人。

在20世纪90年代，很多人尝试利用非对称加密技术创建私人电子货币，但是都没有成功。

David Chaum创建了DigiCash，但要求所有交易都由中心化的公司进行验证。1998年，Chaum的公司破产，DigiCash也随之破产。

1997年，英国研究人员Adam Back利用工作量证明机制（Proof of Work）创建了HashCash。HashCash最后也没能成功，因为一个币只能使用一次。用户每次需要购买东西时都需要制造新的币。

Hal Finney创建了第一个可重复使用工作量系统证明（RPOW）系统，可以解决HashCash的问题。他试图用所谓的CRASH（Crypto cASH的缩写）方式运行数字货币项目。（学到的经验：如果以CRASH命名一个电脑程序，那就等着崩溃吧。）

比特币时代

Hal Finney是继中本聪之后第一个运行比特币节点的人，并且是网络上第一笔比特币交易的接收人。

Hal Finney曾经鼓励中本聪：“想象一下，比特币是成功的，并将成为全球使用的支付系统。那么货币总价值应该等于世界所有财富的总价值......即使比特币很难取得这种程度的成功，他们真的是一亿对一的价值吗？这确实是值得思考的东西。”

之后，Hal Finney患了致命疾病肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）。他在2013年3月19日向社区发布的告别信中提到：

“几天后，比特币运行得非常稳定，所以我就让它自己运行。那时候，难度还只有1，你可以通过CPU挖到区块，甚至不需要GPU。我在接下来的几天里挖了一些区块。但是因为它让我的电脑很烫，而且风扇的噪音令人困扰，于是我关闭了……后来再听说比特币是在2010年末，我惊讶地发现比特币不仅仍在发展，实际上具备了货币价值。我打开之前的钱包，欣慰地发现比特币仍然还在。随着比特币价格攀升，我将比特币转入离线钱包，希望它们对我的继承人有点价值。”

一点思考

从Whitfield-Diffie到比特币，密码学的历史在不断进步。数学提供了基础。现代数学解开了20世纪中叶前所未闻的可能性。数学研究仍在继续，当量子计算变得普遍时，将出现新的数学可能性。

除了数学之外，去中心化推动了现代密码学的发展。每个人都应该享有隐私权。Rivest、Shamir和Adelman创建公钥密码系统时，只有强大和集中的组织才能立即受益。而Phil Zimmerman的PGP协议将市场扩大到任何想在个人电脑上使用加密技术的人。有了比特币，使用加密货币的人都可以享受公钥密码系统带来的隐私权。

更多阅读

实际上，许多消息来源提供了有关密码学历史和加密货币出现的深度信息：

一本关于密码学史的热门书籍是西蒙·辛格（Simon Singh）的《码书：从古埃及到量子密码学的保密科学》（The Code Book:The Science of Secrecy from Ancient Egypt to Quantum Cryptography）。

纳撒尼尔·波普尔（Nathaniel Popper）在《数字黄金：比特币和试图重塑货币体系的边缘人与百万富翁们的内幕故事》（Digital Gold:Bitcoin and the Inside Story of the Misfits and Millionaires Trying to Reinvent Money ）的前面章节中讲述了加密货币的早期历史。

原创文章，转载/内容合作/寻求报道请联系[e-mail]；未经授权严禁转载，违规转载法律必究。

-END-

点击阅读原文，登陆Odaily星球