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:XOR幣

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。

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]

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。

北京計算機學會王娟：礦機巨頭上市的主營業務合規性基礎受到質疑:北京計算機學會數字經濟專業委員會秘書長王娟表示，在金融監管政策上，各國對比特幣業務的看法并不一致。作為新興的金融工具，同一國家在不同時期和不同地區對發幣和流通的監管態度也在變化。目前，無論行業內部還是監管當局，在風險管理的手段和方法上都較為乏力。挖礦的上端是發幣，幣圈的混亂也是有目共睹的。市場本身是灰色的，這就決定了它的風險比較大。（礦機巨頭）上市的主營業務合規性基礎是受到質疑的。（時代周報）[2020/6/2]

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 | 浙江大學計算機學院副教授：杭州真正做區塊鏈技術應用的企業只有20多家:浙江大學計算機學院副教授、杭州區塊鏈技術與應用聯合會秘書長季江民近日在接受采訪時表示，浙江大學是國內率先在本科生和研究生中開設區塊鏈選修課的高校，上課的老師中除了陳純等知名教授，實踐環節還會請IBM、微軟、趣鏈科技的工程師，學生的興致很高。浙江的區塊鏈技術起步早，不管是區塊鏈的研究還是產業發展，都走在全國前列。區塊鏈項目要上網，必須要備案，兩期下來北京有150家、廣東130家、浙江有77家。浙江與冠亞軍的差距是因為很多金融系統總部在北京和廣東，除去這個因素浙江的實力是非常不錯的。不過杭州真正做區塊鏈技術和應用的企業不多，只有20多家。反應最熱烈的還是幣圈的人。（央廣網）[2019/11/5]

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

動態 | 區塊鏈概念等多因素將使計算機行業迎來估值上升期:據中國證券報消息，21日，滬深兩市大幅波動，計算機板塊逆市活躍，上漲0.08%，僅次于傳媒行業。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，都將使得計算機行業繼續迎來估值上升期。[2018/12/22]

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。

韓國計算機硬件制造商Jooyeon Technology發布了一款高性能CPU 受礦工好評:韓國媒體消息，近日，韓國計算機硬件制造商Jooyeon Technology發布了一款高性能CPU，叫做Nvidia GTX 1080 ti。由于這種CPU風扇噪音小，冷卻系統處理好，受到礦工們的廣泛歡迎。雖然價格很高，但依然供不應求。[2018/3/29]

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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