本体技术视点 | 密码学到底是什么？

从罗马帝国到纳粹德国，密码学一直被用作争夺全球主导地位的有力武器。今天，同样的技术存在于每个人的生活中，从电子邮件到电子商务，我们几乎每天都在跟密码学打交道，那么密码学到底是什么呢？了解密码学对于理解我们这个时代最重要的辩论之一：个人隐私与公共安全，有着至关重要的作用。

下面，基于区块链知名媒体 Cointelegraph 制作的纪录片《密码学的历史》，我们从专业的角度为大家深入解读密码学的前世今生。

什么是密码学？

密码学（Cryptography），是由希腊单词 Kryptos（隐藏）和 Graphin（写）派生出来的单词，意思是用来隐秘地传递信息，密码学最开始的功能是在有恶意攻击者存在的环境下，保护双方通信安全，现在则是用来保护信息安全的核心技术。

现代信息安全的基本要求：

• 信息的保密性（Confidentiality）：防止信息泄漏给未经授权的人（加密解密技术）

• 信息的完整性（Integrity）：防止信息被未经授权的篡改（消息认证码，数字签名）

• 认证性（Authentication）：保证信息来自正确的发送者（消息认证码，数字签名）

• 不可否认性 (Non-repudiation) ：保证发送者不能否认他们已发送的消息（数字签名）

事实上，密码学是保证区块链安全的基石，而区块链的广泛应用也推进了密码学的发展。在区块链的整个体系中大量使用了密码学算法，比如用于 PoW 的哈希算法，用于完整性验证的 Merkle Tree，用于交易签名与验证的数字签名算法，用于隐私保护的零知识证明等等。

密码加密技术史

公共安全和个人隐私，两者都是我们理想中社会的基本方面，要了解二者冲突产生的根源，我们需要回到密码技术的起源。对密码加密通信的需求可以追溯到远古时代，凯撒大帝使用密码加密信息与他的将军们交流。当凯撒的敌人收集到信息却没有密钥时，他们会认为这是某种无法理解的外语。比如对于“CAT”（猫）这个词，需要按照字母表的顺序，每个字母向后数三位，这就是凯撒密码，凯撒密码也因此被认为是最简单的加密系统之一，因为破解起来相对容易。

图片源于纪录片：《密码学的历史》

尽管如此，在那个时代，密码学仍然是政府实现外交和军事目标以确保国家安全的强大工具，但同样的技术落入敌人手中时，也可能对国家构成威胁。

快进到20世纪，密码技术的新突破使其成为现代战争的关键工具。第二次世界大战时期，纳粹德国使用了当时最先进的加密设备，恩尼格玛密码机，它由许多转子组成，可以通过打乱字母表的26个字母来加密信息。

图片源于网络

恩尼格玛机曾被认为无法破解，直到英国数学家艾伦·图灵发现了其机制上的弱点。图灵发明了破解恩尼格玛机的机器 Bombe，这使得盟国赢得了大西洋海战，也使得美国能够为英国提供所有必须的装备，并把军队派过去，接着就有了诺曼底登陆日。

图片源于纪录片《密码学的历史》

密码学在二战期间发挥的关键作用，再次强调了这项技术在国家安全上的重要性。

密码学的新方向

“我的名字叫做 Whitfield Diffie，最近人们想采访我，因为我在47年前的1975年春天做的一些工作。最近一段时间，密码技术帮助互联网商业变得更为安全。“

1976年，密码学家 Whitfield Diffie 和 Martin Hellman 发表了论文《密码学的新方向》，标志着公钥密码学的诞生。公钥的发明，堪称是两千年以来密码学的最伟大成就，也是今天区块链最重要的基础技术之一。 

在之前的密码系统中，有了密码就可以解密加密的信息，而密钥必须通过安全渠道在发送方和接收方之间共享，这就导致密钥有被泄露的风险。此外，每次通信都需要一个新的密钥，这就意味着这一系统不可扩展。

图片源于纪录片《密码学的历史》

在公钥密码技术中，发送方和接收方有公开和私有两种类型的密钥，公钥可以公开分发，用于加密消息，私钥是保密的，用于结合公钥对信息进行解密。公钥密码技术通过避免共享一个密钥，解决了密码加密技术的可扩展性问题。历史上第一次，所有人都可以进行私密交流。

图片源于网络

“自从有了互联网，每个人都有了电脑，每个人都与其他人，其他事物连接起来，每个人都有手机，我们把密码加密技术装进了口袋，装进了银行卡，装进了手机，以及我们拥有的所有设备里，密码加密技术无处不在。” 这是一种推动自由，创造更新、更加丰富的人际交流的方式。

国际上提出了许多公钥密码系统，例如基于难以分解大整数的密码系统 RSA 密码系统及其变体，以及基于离散对数问题的公钥密码系统 - ElGamal 密码系统及其变体 ECC 等，这些密码系统已被广泛使用，并为信息时代提供了各种安全服务，其安全性取决于数学问题（大整数分解问题和离散对数问题）的难度。但在量子计算的情况下，这些问题可以通过 Shor 算法轻松解决。因此，研究具有量子抗性的密码算法是未来密码学的新研究方向。

“加密战争”

加密技术在合适的人手中是必不可少的网络安全工具，但像其他工具一样，它可能会被滥用。

80年代末，一群密码学者、工程师和隐私倡导者被称为“密码朋克”，他们开始反对政府对于密码加密技术的限制，这场交锋被称为“加密战争”。“密码朋克”们认为密码加密技术是公民实现个人隐私，并保护自己免受政府监视的一种工具。到90年代末，对使用强密码术的大多数限制最终都被取消了，这是隐私倡导者和利益受损的企业共同施压的结果。

近年来对隐私问题的担忧迅速成为全球关注的焦点，2013年，中情局雇员爱德华·斯诺登揭露了由美国国安局开展的大规模监听计划，引发了对关注隐私的技术的新需求，科技公司开始在其短信服务和移动设备中实施端到端加密，在端到端加密通信中，只有相关方能访问内容，连服务提供商也无法访问。

加密技术后门的支持者则指出：个人隐私并不是一项绝对权利，在某些情况下，限制这项权利对于保护整个社会十分必要。然而许多人认为，允许政府访问流行的加密消息服务达不到预防犯罪的预期目的，只会导致心怀不轨的人转而使用其他可以广泛访问的加密工具。

结语

密码学是许多常见互联网协议的重要部分，自互联网诞生以来一直被使用，计算机科学家认为密码学可靠且必要，就像宇航科学之于 NASA 一样。随着科技水平的进步，现代社会对密码机制的安全性提出了更高的要求，驱动着密码从业者不断推陈出新，保卫网络空间的安全。

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本文内容基于 Cointelegraph 纪录片《密码学的历史》展开，由本体研究院整理与解读。

参考文章：

- 秘猿科技 Cryptape《密码学入门系列（一）》

- 科学电台 SciFM《从艺术到科学一一密码学的发展历程》

在此表达诚挚的感谢。

 

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