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_區塊鏈

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。

99歲匈牙利藝術家的計算機生成的NFT系列以120萬美元售出:金色財經報道，匈牙利藝術家Vera Molnár與Martin Grasser合作創建的計算機生成的NFT系列在蘇富比荷蘭拍賣會上不到一小時就售罄，總計631枚以太坊（約120萬美元）。根據公告，“主題與變奏”系列包含500種收藏品，這些收藏品是通過170種調色板和遞歸網格的算法組合生成的。該集合在OpenSea等二級市場上的交易量已超過589枚ETH。截至發稿時，Themes and Variations的地板價在銷售結束后不久就從平均1.52 ETH上漲了100%以上。[2023/7/28 16:03:38]

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。

a16z合伙人Chris Dixon：區塊鏈是可以做出承諾的計算機:12月18日消息，a16z合伙人Chris Dixon發推表示，“區塊鏈比傳統計算機慢”是事實，這是在性能和對用戶和開發者做出長期承諾之間的權衡。區塊鏈是可以做出承諾的計算機，它和不能做出承諾的計算機（谷歌/AWS服務器）之間的性能差距將隨著時間的推移而縮小。區塊鏈的一個了不起的特點是，任何人都可以不經許可加入，并成為網絡中的礦工/驗證者。但我們也需要一些系統來篩選參與者，以避免垃圾郵件/攻擊。因此，有了工作量證明和權益證明。[2021/12/18 7:47:43]

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。

金色相對論 | 肖臻：區塊鏈核心技術還是屬于分布式系統、密碼學等計算機傳統領域，跟機器學習也有很好的結合點:在今日的金色相對論中，針對“區塊鏈、分布式系統以及機器學習領域的研究具體應用有哪些”的問題，北京大學計算機系研究員、博士生導師，肖臻表示，雖然區塊鏈表面上是個新的領域，其實核心技術還是屬于分布式系統、密碼學等計算機傳統領域，跟機器學習也有很好的結合點，目前我們正在致力于利用該技術實現智能合約的高效、細粒度并發執行。已有的區塊鏈技術（比如以太坊中的智能合約）只支持單線程，就是因為在多核環境下并行程序的執行存在不確定性，影響區塊鏈中的節點達成共識。我的課題組開發的確定性重演技術有希望極大地提高智能合約的執行效率，成為區塊鏈3.0中的核心技術。我們的另一項成果是基于多智能體的智能決策系統，通過強化學習技術使得各智能體在去中心化的情況下獨立做出判斷，實現某個預先設定好的效益函數的最大化。[2019/9/12]

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 | 中信建投：區塊鏈等概念因素對科技創新支持力度增強 將使計算機行業繼續迎來估值上升期:據投資快報今日消息，中信建投行業研究指出，目前多方面因素例如云計算落地、區塊鏈、自主可控、工業互聯網、AI等概念以及國家政策對于科技創新及信息化的支持力度與日俱增，將會使得計算機行業繼續迎來估值上升期。[2019/1/16]

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。

聲音 | 新華社：區塊鏈技術是計算機在互聯網時代的創新應用模式:據新華網報道，區塊鏈技術是計算機在互聯網時代的創新應用模式，分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法、去中心化等技術正在革新社會的生產力和生產關系。[2018/7/20]

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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