加密故事：从对称加密到比特币的简史

从 Whitfield-Diffie 到比特币第一笔比特币交易，密码学的历史不断进步。

文字 | 余顺穗

没有公钥加密，加密货币就会失败。 公钥加密证明所有权并加强隐私。 但是，尽管它恰逢 20 世纪 70 年代中期的个人电脑革命，但它直到最近才实现。

16世纪法国密码机

人们使用密码学的艺术和科学来编码（即加密）信息，以便除了目标受众之外没有人可以阅读它。 只有正确的接收者才能解码（即解密）消息，从而保护通信者之间的隐私。

密钥用于加密和解密信息。 在非对称密码术（公钥密码术的另一个术语）中，用于加密信息的密钥不同于用于解密信息的密钥。

而在对称密码学中，用于解密消息的密钥与用于加密消息的密钥相同。 这就产生了密钥交换的问题：发送方不仅要发送消息，还要找到一种安全的方式来发送密钥。 如果坏人同时截取了密钥和信息，就会侵犯隐私。

Whitfield-Diffie 密钥交换方案

语言学、语言和谜题技术长期以来一直主导着密码学的历史。 但从 20 世纪中叶开始，数学占据了主导地位。

在 1970 年代，斯坦福大学的 Whitfield Diffie、Martin Hellman 和 Ralph Merkle 发现了密钥交换问题的数学解决方案。 在他们的解决方案中，他们使用了一种模块化算法和单向函数。 （Ralph Merkle 是 Merkle 树的发明者，对加密货币做出了巨大贡献。）

模块化算法使用余数并组合一组数字，这些数字在达到某个点后开始循环。 也就是说，7 模 3 等于 1，因为 7 除以 3 后的余数是 1。模算法循环最常见的例子是 12 小时制。 如果是早上8:00，6小时后就不是14:00，而是下午2:00。 关键是模块化算法的行为不直观并产生意想不到的结果。

在数学中，单向函数很容易实现，但也强烈抵制逆向工程。 举个例子，餐厅里的一碗汤。 厨师可以轻松地遵循食谱或使用手头的食材即兴创作。 你也许能找到那种味道和这些香料，但如果没有食谱和厨师使用的确切成分，就很难复制那种汤。

根据 Whitfield-Diffie 算法，通信者共享密钥的一些公开信息，但保留私有信息，从而防止窃听者复制密钥。 该团队于 1976 年 6 月在全国计算机会议（美国）上公开展示了他们的解决方案。

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。

在了解了 Whitfield-Diffie 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 开始寻找基于这些数学概念的非对称加密方案。 1977年4月，他们成功找到了RSA算法。

使用非对称加密时，您会发布一个公钥。 人们可以使用公钥加密信息，但只有你才能解密，因为你有私钥。 简而言之，公钥就是将两个私钥相乘产生的数字。 如果使用的数字足够大，其他人将需要大量计算和时间才能找到这两个数字。

公众加密

1923 电子密码机专利申请

当时，使用 RSA 加密对计算机资源来说是一项挑战。 加密只属于有权势和富有的人——军队、政府、大公司等。保罗齐默尔曼设想任何人都可以使用个人电脑进行加密。 1991 年 6 月，他创建了 Pretty Good Privacy (PGP) 并免费向公众发布。

Zimmerman通过混合算法解决了非对称加密消耗资源多、计算速度慢的问题。 人们使用对称密钥对消息本身进行加密，然后使用非对称加密来处理密钥并与消息一起安全地发送。

哈尔芬尼和数字货币

秘密内容解码环

Phil Zimmerman 为 PGP 聘用的第一位员工是 Hal Finney。 2008 年，当一个自称中本聪的不知名人士出现并提出所谓的比特币时第一笔比特币交易，哈尔芬尼是第一个表达兴趣的人。

在 20 世纪 90 年代，许多使用非对称加密创建私人电子货币的尝试都没有成功。

David Chaum 创建了 DigiCash，但要求所有交易都由中央公司验证。 1998年，Chaum的公司破产，DigiCash也随之破产。

1997 年，英国研究员 Adam Back 使用工作量证明机制（Proof of Work）创建了 HashCash。 HashCash最后也失败了，因为一个币只能用一次。 用户每次需要购买东西时都需要铸造新币。

Hal Finney 创建了第一个可以解决 HashCash 问题的可重用工作量证明 (RPOW) 系统。 他试图用所谓的 CRASH（Crypto cASH 的缩写）运行数字货币项目。 （经验教训：如果您以 CRASH 命名一个计算机程序，则预计它会崩溃。）

比特币时代

Hal Finney 是自中本聪以来第一个运行比特币节点的人，也是网络上第一笔比特币交易的接收者。

哈尔芬尼曾鼓励中本聪：“想象一下，比特币成功了，将成为全球使用的支付系统。那么货币的总价值应该等于世界上所有财富的总价值……即使比特币很难有了这样的成功，他们真的值一亿比一吗？这真是值得思考的问题。”

后来，哈尔芬尼患上了致命疾病肌萎缩侧索硬化症（ALS）。 在2013年3月19日给社区的告别信中，他提到：

“过了几天，比特币跑的很稳定，我就让它自己跑。那时候难度只有1，用CPU就可以挖块，连GPU都不需要。我接下来的几天会挖一些区块。但是因为它让我的电脑很热，而且风扇噪音很烦，所以我把它关掉了。。。后来听说比特币是2010年底的，我很惊讶的发现不是只是比特币还在发展，其实还有货币价值，我打开之前的钱包，发现比特币还在，这让我松了口气，随着比特币价格的攀升，我把比特币转移到线下钱包，希望它们有一些价值给我的继承人。”

一点点想法

从 Whitfield-Diffie 到比特币，密码学的历史不断进步。 数学提供了基础。 现代数学开启了 20 世纪中叶闻所未闻的可能性。 数学研究仍在继续，当量子计算变得普遍时，新的数学可能性将会出现。

除了数学之外，去中心化还推动了现代密码学的发展。 每个人都应该有隐私权。 当 Rivest、Shamir 和 Adelman 创建公钥密码学时，只有强大且集中的组织立即受益。 Phil Zimmerman 的 PGP 协议将市场扩展到任何想在个人计算机上使用加密的人。 有了比特币，任何使用加密货币的人都可以享受公钥密码学带来的隐私。