區塊鏈:院長公開課：都在說的密碼學到底跟區塊鏈有什么關系？

區塊鏈對于大家來說，應該都不陌生。這門從上世紀七十年代就已經被提出的技術，在最近這短短的十多年里迅速而又深刻的影響著我們的生活。大家在聊區塊鏈的時候，經常都會提到密碼學，其實縱觀區塊鏈的成長史，密碼學一直扮演著不可或缺的角色，本期我們就來聊聊密碼學以及密碼學和區塊鏈的那些事兒！

密碼學的發展階段

密碼學的發展大概可以分為三個階段：古典密碼學、現代密碼學、公鑰密碼學。

古典密碼學：這階段的核心密碼學思想主要為代替和置換。代替就是將明文每個字符替換成另外一種字符產生密文，接收者根據對應的字符替換密文就得到明文了。置換就是將明文的字符順序按照某種規則打亂。中國古代兵書《龍韜陰符》篇和《龍韜陰書》篇就講述了君主如何在戰爭中與在外的將領進行保密通信，而古希臘在大約在公元前700年,軍隊已經用上了一種叫做Scytale的圓木棍來進行保密通信。

聲音 | 北理工計算機學院副院長：對待數字貨幣老百姓一定要有明確的判斷:據央視新聞消息，近日， 北京理工大學計算機學院副院長祝烈煌在接受采訪時表示，“有些數字貨幣，完全是重復抄襲原有的幣，甚至有的時候它只是一個概念，它連幣都沒實現，它只是一個白皮書，甚至只是一個PPT，這個情況都有的。這個肯定要抵制，也是我們要監管的一個重要方面。國家在這個方面也是限制的，所以說老百姓一定要擦亮眼睛，要有一個明確的判斷。”[2019/12/10]

現代密碼學：這階段的發展主要是對稱加密算法。對稱加密是發送方使用某種公開的算法使用密鑰對明文進行加密，接收方使用之前發送方給予的密鑰對密文進行解密得到明文。大家在電視上經常看到多大的摩斯密碼就是現代密碼學的一個典型。摩斯密碼是一種時通時斷的信號代碼，通過不同的排列順序來表達不同的英文字母、數字和標點符號，屬于一種早期的數字化通信形式。

現場 | 火幣研究院袁院長：火幣希望打造一條全球頂級的公鏈:金色財經現場報道，8月3日，在火幣嘉年華（HUOBI CARNIVAL）現場，火幣研究院袁院長介紹了“火幣公鏈競選的規則與進程”，他解釋說雖然火幣還是一家中心化交易所，但是作為區塊鏈公司分布式才是發展的方向，所以火幣希望打造一條全球頂級的公鏈。他說，火幣已經為公鏈投入了3000萬HT（約合1億美元）,全世界20多個國家的400多名人士都參加了火幣公鏈的競選。[2018/8/3]

公匙密碼學：這個階段的發展主要是非對稱加密算法。非對稱加密的原理是公鑰加密，私鑰解密。它的實現過程是A通過某種算法產生一對密鑰，分別是公鑰和私鑰，然后將公鑰公開。B想發送信息給A，就使用A的公鑰對明文進行加密產生密文并發送給A。A接收到密文后，用自己的私鑰對密文進行解密，得到明文。

現場丨新加坡金管局學院前院長：新加坡金管局正對加密貨幣考慮出臺新的監管要求:金色財經7月17日現場報道，在新加坡世界區塊鏈峰會暨第二屆國際區塊鏈游戲論壇”，新加坡金管局學院前院長、李白金融學院院長白士泮博士說，對于加密貨幣，新加坡金管局正在考慮出臺新的監管要求，一是正擬定修改中的“認可市場操作者”，監管框架將把證券類加密貨幣交易平臺納入其監管框架之內，以迎合新的交易平臺經營模式出現；二是正擬定“支付服務法令”，把其他非證券類加密貨幣的交易平臺納入其監管范圍，要求平臺做好KYC和AML、CFT防范措施。[2018/7/17]

密碼學在區塊鏈技術上的應用

密碼學在區塊鏈技術上的應用主要體現在現代密碼學和公鑰密碼學上。密碼學在區塊鏈的應用非常廣泛，可分為3類：對稱加密算法、非對稱加密算法和哈希散列算法。常見的方法有：Merkletree哈希樹算法，橢圓曲線算法，SHA-256算法，Base58編碼。主要作用是通過hash算法快速查找、對明文進行加解密、對信息進行簽名以及驗證、產生數字證書、生成賬戶地址等。

中國政法大學互聯網金融法律研究院院長李愛君：沒有一個國家把比特幣定性為法定貨幣:中國政法大學互聯網金融法律研究院院長李愛君日前在接受采訪時表示，目前，在世界各地，比特幣的本質和法律性質的規定分為三類：第一類，把它定性為虛擬商品或數字資產。我國2013年所出臺對比特幣的風險提示中規定它是虛擬商品，大多數國家把它的定性為虛擬商品。第二類，把虛擬貨幣定性為外幣。第三類，把虛擬貨幣可以作為本國的一種支付系統。無論是哪一類，它都是屬于非法定貨幣，沒有一個國家把它定性為法定貨幣。[2018/2/19]

對稱加密(也叫私鑰加密)指加密和解密使用相同密鑰的加密算法。有時又叫傳統密碼算法，就是加密密鑰能夠從解密密鑰中推算出來，同時解密密鑰也可以從加密密鑰中推算出來。而在大多數的對稱算法中，加密密鑰和解密密鑰是相同的，所以也稱這種加密算法為秘密密鑰算法或單密鑰算法。它要求發送方和接收方在安全通信之前，商定一個密鑰。對稱算法的安全性依賴于密鑰，泄漏密鑰就意味著任何人都可以對他們發送或接收的消息解密，所以密鑰的保密性對通信的安全性至關重要。基于“對稱密鑰”的加密算法主要有DES、TripleDES、RC2、RC4、RC5和Blowfish等

中國政法大學資本金融研究院副院長武長海：虛擬貨幣市場必然需要政府的監管:日前，中國政法大學資本金融研究院副院長武長海在接受采訪時表示，虛擬貨幣市場必然需要政府的監管。其實虛擬貨幣的交易，尤其是區塊鏈技術為代表的比特幣在2009年出現之初，各國包括我國政府都是寬容的態度，其市場發展完全是自發狀態。隨著虛擬貨幣的發展，欺詐、價格操控、盜竊等問題開始大量出現，其既有可能影響一國經濟安全，也侵害了眾多中小投資者利益。政府監管部門出面進行干預和進行監管也是必然的。[2018/2/3]

對稱加密算法的特點是算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高，最大的優點在于加解密的高速度和使用長密鑰時的難破解性。

不足之處是，交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。此外，每對用戶每次使用對稱加密算法時，都需要使用其他人不知道的惟一鑰匙，這會使得發收信雙方所擁有的鑰匙數量呈幾何級數增長，密鑰管理成為用戶的負擔。

非對稱加密需要兩個密鑰：公鑰(publickey)和私鑰(privatekey)。公鑰和私鑰是一對，如果用公鑰對數據加密，那么只能用對應的私鑰解密。如果用私鑰對數據加密，只能用對應的公鑰進行解密。因為加密和解密用的是不同的密鑰，所以稱為非對稱加密。非對稱加密的主要算法有RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC(橢圓曲線加密算法)等。其中使用最廣泛的是RSA算法和Elgamal。我們常見的數字證書、加密狗即是采用非對稱加密來完成安全驗證的。

非對稱加密的優點是安全性更高，公鑰是公開的，秘鑰是自己保存的，不需要將私鑰給別人。缺點是加密和解密花費時間長、速度慢，只適合對少量數據進行加密。

Hash算法可以將一個數據轉換為一個標志，這個標志和源數據的每一個字節都有十分緊密的關系。Hash算法還具有一個特點，就是很難找到逆向規律。Hash算法是一個廣義的算法，也可以認為是一種思想，使用Hash算法可以提高存儲空間的利用率，可以提高數據的查詢效率，也可以做數字簽名來保障數據傳遞的安全性。所以Hash算法被廣泛地應用在互聯網應用中。Hash算法也被稱為散列算法，Hash算法雖然被稱為算法，但實際上它更像是一種思想。Hash算法沒有一個固定的公式，只要符合散列思想的算法都可以被稱為是Hash算法。常見的Hash算法是MD5和SHA-1。

哈希算法的優點多得讓人難以置信。不論哈希表中有多少數據，插入和刪除只需要接近常量的時間即0(1）的時間級。對我們來說，這是一瞬間的事。哈希表運算得非常快，在計算機程序中，如果需要快速查詢數據的話，哈希表的速度明顯比樹快，樹的操作通常需要O(N)的時間級。哈希表不僅速度快，編程實現也相對容易。

哈希表的缺點是它是基于數組的，數組創建后難于擴展某些哈希表被基本填滿時，當數組被填滿后，性能會受到很大的影響。并且也沒有一種簡便的方法可以遍歷表中數據項。如果需要遍歷，就只能選擇其他數據結構。

區塊鏈的發展與密碼學緊密相連

如果我們打開區塊鏈的歷史，會發現區塊鏈的歷史和密碼學的進展是緊密相連的。

比特幣的pow算法的實現就是利用了hash函數，而pow算法是1993年提出的。

IPFS的整個算法的核心是時空證明算法，這是2014年提出的。

chia的核心算法同樣也是時空證明算法。

drand區塊鏈的核心算法是來自于多方隨機數協議，這也是最近幾年提出的。

每一個新的區塊鏈核心都往往需要一個核心算法，這個算法來支撐著整個系統的架構。

人物簡介

韓冬，1981年生，現任變量數字化研究院院長。韓院長04年畢業于鄭州大學計算機專業，從事科技行業17載，指導項目超過70個，服務用戶超過1000萬。自2016年起，韓院長專注于前沿科技產業，致力于服務企業進行數字化轉型，為多家企業提供數字化能力服務。

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