區塊鏈:計算機時代的對稱密碼學：從100美元富蘭克林到二進制XOR到AES_AES

計算機沒有出現的時代是古典密碼學，計算機出現后是現代密碼學。有什么區別呢？

大家回憶下之前所講的隱藏法、移位替換、維吉尼亞加密、包括二戰時期的恩尼格碼機，都是英文字母，比如恩尼格碼機的26個齒輪槽對應26個英文字母。

計算機讀的是0和1，這根芯片基本結構單元二極管相關。那么，計算機出現后，語言學家就退居二線，現在不太需要英文字母了，加密解密的過程全部由計算機完成，而0和1的二進制世界來了。

比特序列開始統治之后，需要找個方法把語言文字變成二進制比特序列，將現實世界的東西映射為比特序列的操作叫做編碼，這個編碼有個規范叫做ASCII。

以上就是一部分二進制的對照表，網上很容易可以搜到。

3位加密科學家獲的理論計算機最高榮譽“2022年哥德爾獎”:金色財經報道，ACM算法與計算理論興趣組(SIGACT)宣布，2022年哥德爾獎授予Craig Gentry，Zvika Brakerski以及Vinod Vaikuntanathan，表彰其對密碼學做出的革命性貢獻。

據悉，Craig Gentry是一位美國計算機科學家，目前在由 Silvio Micali 創立的區塊鏈創業公司Algorand Foundation擔任研究員。

Zvika Brakerski是魏茨曼科學研究所（Weizmann Institute of Science）計算機科學與應用數學系副教授。他的研究興趣在于計算機科學基礎，目前主要研究密碼學和量子計算。

Vinod Vaikuntanathan致力于研究基于格的密碼學（格子密碼），使用整數格構建高級密碼原語。同時，還包括研究如何讓密碼抵抗泄露，開發抵抗對抗性信息泄漏的算法等等。[2022/5/22 3:34:18]

這背后有有趣的東西。ASCII是IEEE的里程碑作品之一。IEEE就很有意思了，全稱是：美國電氣和電子工程師協會。總部在美國紐約，“擁有來自175個國家42萬會員”，1963年就開始發展了。所以現在很多區塊鏈項目動不動說是十萬百萬粉絲，這個很難的，你看看IEEE的發展就好了，當然啦，你說區塊鏈行業的分布式，以及高明的傳播，會加快一切進程，也對，十萬會員的技術組織是很難的，十萬關注的人是可行的。

國家計算機網絡與信息安全管理中心官員呼吁關注數字貨幣風險:國家計算機網絡與信息安全管理中心上海分中心主任王寒梅表示，隨著互聯網金融風險專項整治的積極推進，行業監管風險得到了持續的緩解。但互聯網金融面臨的挑戰仍然存在，數字貨幣的風險仍需關注。ICON、SKO等數字貨幣交易模式異常火熱，引發詐騙、項目跑路等風險。(上證報)[2020/12/7 14:27:40]

IEEE最早的里程碑作品是本杰明·富蘭克林的成名著作《電力的實驗與發現》在1751年的時候發表，富蘭克林就是美國一百元鈔票上面的頭像人物。

電子電氣工程、通訊、計算機科學和工程這些學科的先驅之一是富蘭克林，不是二戰時候的美國總統富蘭克林·羅斯福，是美國的開國時期的大佬。密碼學和這些學科是交叉在一起的，所以，有趣的事情就是，密碼學從一開始就和錢有關系。100美元的鈔票上面印著的這個大佬，更多不是因為他在學術上的貢獻，是因為他是財政部長、外交部長、印刷廠長、起草《獨立宣言》、“第一個真正意義上的美國人”、代表了美國精神等等成就。

動態 | 歐洲一家機場50%的計算機系統感染Monero挖礦惡意軟件:歐洲一家國際機場的計算機系統中有超過50%被發現感染了Monero加密挖礦軟件。該加密劫持攻擊由Cyberbit團隊發現。他們表示，盡管所有工作站都配備了行業標準的防病軟件，但在安裝Cyberbit EDR前，該惡意軟件可能已經使用了數月。幸運的是，除了影響受感染系統的整體性能并導致功耗增加之外，并沒有影響機場的運營。（bleepingcomputer）[2019/10/18]

大家可以看下IEEE發展史，鏈接如下：

https://zh.wikipedia.org/wiki/IEEE里程碑列表

回到我們的二進制編碼，ASCII，這時候語言文字變成了0和1，也就是我們不需要對著字母去搗鼓折騰了，只需要改變0和1就可以對內容進行加密。

下面以非常直白簡單的語言講一下怎么加密的？

動態 | 中國區塊鏈論文首次入選計算機網絡頂級學術會議NSDI:據搜狐科技快訊報道，2018年12月，計算機網絡頂級學術會議NSDI宣布錄用由王嘉平博士及汪浩博士撰寫的區塊鏈研究論文，該論文提出名為異步共識組Monoxide的區塊鏈擴容方案，可以在由4.8萬個全球節點組成的測試環境中，實現比比特幣網絡高出1000倍的每秒事務處理量，以及1000倍的狀態內存容量，有望打破“不可能三角”這個長期困擾區塊鏈性能的瓶頸。區塊鏈“不可能三角”指區塊鏈網絡模型無論采用哪種共識機制來決定新區塊的生成方式，都無法同時兼顧性能、安全、去中心化這三項要求，只能滿足其中兩項而犧牲另外一項，最多三者取其二。王嘉平博士現任創新工場執行董事，投資方向為區塊鏈和人工智能，曾主導了對比特大陸的首輪機構投資。論文的兩名作者，王嘉平博士與汪浩博士均畢業于中國科院計算所，中科院計算所也是這篇論文的聯合署名單位之一。[2019/4/29]

什么是XOR？

大成律所肖颯：黑客攻擊數字貨幣 至少犯了非法獲取計算機信息系統數據罪:肖颯今日表示，用戶對黑客黑客攻擊不必太過恐慌，即使ICO出口轉內銷，長臂管轄原則適用于世界各國。但目前國家沒有明確的管理身份，尤其是比特幣之外的數字貨幣，相關法律并不明確，不過如果有人像黑客一樣去偷貨幣，就是犯了非法獲取計算機信息系統數據罪。[2018/3/28]

XOR叫exclusiveor，也就是異或，本身是一種極為簡單的運算。你把它當成小學時候學過的加減乘除的一種，當然，這么說高估了運算的簡單，這么說吧，一個小學生看XOR運算，絕對比加減乘除容易非常多。

1XOR0結果就是1；

0XOR1結果就是1；

1XOR1結果就是0；

0XOR0結果就是0；

前后一樣就是1，前后不一樣就是0.從上文表格里找一個字母比如說是a，a就是01100001.隨便找一個秘鑰，比如01010101.當然可以是任意選擇的，下面會講的。

這就是用秘鑰，XOR之后的結果，00110100就是密文。對照表格，這個二進制表達的信息就是：4

于是，原文的a就變成了密文的4，當然，有時候看起來沒有這么規則更像是亂碼。

記住口訣：同就是0，異就是1.這比背乘法口訣容易太多了，小朋友很快可以掌握。

給個圖形化表達，更加容易理解：

用鑰匙去XOR原文運算之后的結果可以通過鑰匙反向推回來。這就是計算機時代的對稱加密法。

普及下知識：

什么是比特Bit？什么是字節Byte？

上文中看到八位二進制就可以表達一個英文字母，那么，一個英文字母也就是一個字節，英文叫Byte，也就是1byte=8bit=8個二進制位。因為一個比特就是代表二進制里面的一位。再比如，一個漢字就是兩個字節。標點符號另算。

下面講一下分類：一次性密碼本和分組密碼

對稱密碼學中，一次性密碼本屬于流密碼。流密碼的定義更寬一些，本章不展開。

簡單來理解就是，你有一段信息需要加密了，比如你的信息由1萬個英文字母構成，轉成二進制后有8萬比特。

我現在生成一個二進制隨機數，長度是多少呢？8萬位，也即是說這個原文每個比特我都XOR了一下，而且沒有什么規律，因為鑰匙本身是個隨機數。

但是這樣的加密比較麻煩，安全性不錯，效率不高，鑰匙和原文一樣長。你有個1GB的文件，加密一下后還是1GB，但是鑰匙也有1GB，配送和保存都是問題，記住：密碼學中也有物流問題，主要是傳輸秘鑰。

這時候用一個固定長度的加密秘鑰，去對原文循環加密，簡化模型后，可以這么說，8萬比特長度的原文，我拿著80比特長度的鑰匙去加密，需要1000個循環。記住，這是簡化的模型，實際操作的時候，比這個復雜。

分組秘鑰是被廣泛運用在通訊、電子商務、金融系統等領域的加密法。

注意，不是以后有了非對稱加密，對稱加密就沒有用了，對稱加密有對稱的安全，非對稱有非對稱的麻煩，不是一棍子直接打死的。

DES和AES是什么？

“數據加密標準是一種對稱密碼的分組密碼，由美國國家標準局于1976年選擇作為美國的官方聯邦信息處理標準，隨后廣泛被國際使用。”

后來又有了AES，A就是advanced就是更先進更高級不是American，AES的加密方法選拔是全球公開的，AES既是美國的，又是全球的。選拔由美國一個標準化機構NIST舉行，評審不是他們，是全球企業和密碼學家以及參賽者共同完成。如果全世界密碼學家都找不到加密方法的弱點，兼顧效率和安全性之后，就會被選上。

被選上的算法，要求免費公開給全球使用。有點像打擂臺，看看誰的功夫好，就選誰，并且選好了之后把這套內功心法交給全球人民。比如我們現在廣泛使用的AES實際就是Rijndael算法，是在2000年從候選算法中被選出來的。

這個圖片中的五家就是候選的算法了。出現了RSA公司，RSA算法就是非對稱密碼中最廣泛使用的密碼算法。RSA公司在20世紀末舉行過好幾場比賽，干什么呢？去組織人破譯DES的對稱算法，確實破解成功了，本來對稱密碼學中的分組密碼就是可以被破解的，RSA找人破解了DES算法，又在后來提交了AES算法，并成功“提名奧斯卡”，只是最后時刻落選了，最佳算法頒給了Rijndael。

不過，在非對稱密碼領域，RSA那是封神的存在，也正是有了非對稱密碼，區塊鏈的誕生才有可能。

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