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_XOR

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。

馬斯克：特斯拉Dojo超級計算機不能像ASIC設備那樣挖DOGE:特斯拉和SpaceX的負責人埃隆馬斯克發推澄清了特斯拉目前正在開發的Dojo超級計算機是否無法與基于ASIC的加密貨幣挖礦競爭的問題。馬斯克回應了狗狗幣核心開發者MichiLumin關于Dojo和DOGE的推文。Lumin表示，與許多人想象的不同，Dojo計算機沒有用于運行Dogecoin節點的特殊DOGE應用程序。馬斯克已經澄清說，Dojo不能像ASIC設備那樣挖掘DOGE。他為自己的推文在社區造成的混亂表示道歉。（u.today）[2021/7/1 0:20:19]

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。

久其軟件：擬轉讓區塊鏈供應鏈保理系統之三項計算機軟件著作權:久其軟件公告，公司全資子公司久金保擬將區塊鏈供應鏈保理系統之三項計算機軟件著作權轉讓給國久數科，轉讓價格為人民幣680萬元。[2020/3/6]

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 | Blockstream首席戰略官：開發量子計算機的同時 ASIC芯片也會迎頭趕上:在正在舉行的萊特幣峰會上，Blockstream首席戰略官Samson Mow就谷歌研究人員提出的“量子霸權理論”發表評論稱，“在開發量子計算機的時候，ASIC芯片也會得到發展。”此外，如果需要的話，甚至比特幣的協議也可以通過一個軟分支來實現協議變更，從而實現量子抵抗。因此，技術專家們采取這些措施時，不會引起市場或比特幣效用的任何變化。[2019/10/29]

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？

聲音 | 加州伯克利分校計算機教授宋曉冬：區塊鏈因探索本身和未來前景吸引中國人:計算機安全教母、加州伯克利分校計算機教授宋曉冬（Dawn Song）今日在“王峰十問”活動中針對“華人積極參與區塊鏈創業與華人對財富渴求程度有無關系？”的提問，表示，中國人是實用主義和理想主義的完美結合體。而區塊鏈能夠吸引到中國人，一方面是因為探索新領域本身充滿吸引力，另一方面是區塊鏈令人遐想的未來前景和它的長遠影響。[2018/9/6]

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。

1XOR0結果就是1；

0XOR1結果就是1；

1XOR1結果就是0；

0XOR0結果就是0；

有分析認為量子計算機無法對比特幣產生威脅:今日有分析文章稱，隨著量子計算機不斷走向成熟，整個非對稱加密體系下的算法（包括ECDSA）都會受到巨大的沖擊，但量子計算機的兩個算法Shor和Grover還無法對比特幣造成威脅。雖然比特幣的錢包地址都來源于ECDSA的私鑰和公鑰，然而錢包地址卻并不是直接公鑰，而是公鑰的哈希值，在公鑰沒有暴露的情況下，Shor是無法使用的。因而即便量子計算破解了非對稱加密算法，對于那些沒有使用過的冷錢包，也無法破解。如果非得破解冷錢包，需要先把錢包地址逆向出來其公鑰，但這個操作Shor無法完成，只能借助其他算法。而Grover雖然有破解的可能，但在可預見的時間里是無法破解的。從這個意義上講，比特幣對量子計算機還是有一定免疫力的。相反目前采用非對稱加密來保證安全的系統，如網銀、微信、支付寶等才會變得岌岌可危。[2018/3/12]

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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