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

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。

韓國海關總署否認其局長使用公共計算機進行挖礦:近日韓國海關某局長在控制室用PC和電力挖礦的指控被匿名發布在韓國海關工作網站，根據指控，這位負責人曾在假期和工作時間使用公共計算機和電力進行挖礦。對此，韓國海關總署解釋說：“我們對嫌疑人和周邊員工進行了問答調查、查看電腦日志記錄、對比日常用電量和工作日記等自查，到目前為止我們已經確定指控是不真實的。”韓國海關表示，將聘請虛擬貨幣專家，并在必要時通過外部審計徹底調查事實。（韓聯社）[2021/6/23 23:59:18]

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。

中國計算機學會甘國華：贛州堅持“特色產業+區塊鏈”發展之路:中國計算機學會區塊鏈專委會委員、贛州區塊鏈技術產業園首席顧問甘國華表示，贛州發展區塊鏈有一個顯著特點，那就是堅持“特色產業+區塊鏈”的發展之路。臍橙鏈、家具鏈等區塊鏈的打造，遵循平臺思維、特色思維，將贛州的特色產業與區塊鏈技術結合，做大做強數字經濟，又進一步提升特色產業。找準了方向、形成了特色，贛州發展區塊鏈應該持之以恒、久久為功，為其他產業運用區塊鏈、為其他國家和地區發展區塊鏈提供示范作用。（江西日報）[2020/8/13]

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。

聲音 | Nick Szabo：比特幣利用計算機科學實現了前所未有的深度安全:智能合約先驅尼克·薩博（Nick Szabo）發推稱：“數字中心化資產的深層安全性較差，它們只能在一個合法穩定的環境中被設計及使用。當地方安全性較強時，房地產和黃金具有更深層次的安全性。信任最小化的比特幣利用計算機科學實現了前所未有的深度安全。”[2019/8/18]

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？

什么是XOR？

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。

動態 | 黑客冒充加密貨幣聊天小組成員 “加密劫持”計算機:據btcmanager消息，黑客正在社交軟件Slack和游戲論壇Discord上瞄準加密貨幣群體，與他們討論并使用“加密劫持”軟件劫持計算機。網絡安全聯盟Unix的研究人員發現了名為OSX.Dummy的惡意軟件的證據，SANS’InfoSec的Remco Verhoef在6月30日也證實了黑客針對蘋果電腦上Slack應用程序的一系列惡意攻擊。據報道，Discord和Slack的幾個聊天室已經向系統管理員反應，有人冒充有影響力的小組成員，發送了一個未知的，但據稱“有用的”加密貨幣手機app的鏈接。[2018/7/3]

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。

清華大學計算機系副教授陳康：區塊鏈技術并不神秘:近日，清華大學計算機系副教授陳康表示，“區塊鏈技術并不神秘，只是由于它將密碼學、分布式系統和博弈論這三個反直觀的理論結合于一身，才成為人們難以理解的事物。”陳康認為，區塊鏈可以拆分成“區塊”和“鏈”，其最大特征是一環扣一環。“鏈”就是一連串有順序的交易，而“區塊”就是將各個交易組成一塊，核心問題是如何決定交易過程中下一個“塊”的放置。[2018/4/7]

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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