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数据与安全息息相关，没有任何一项技术是永恒不变的伟大和保证数据的永远安全。2010年，曾经被认为超级安全的索尼PS3私有密钥算法，在其发售4年后，被成功破，通过该密钥，任何自制程序或盗版软件都可以在PS3主机上正常运行畅通无阻。随后，曾因只身破解iPhone而被称为“神奇小子”的破解达人Geohot也在自己的网站上公布了PS3破解密钥。为此索尼公司向旧金山地方法院提出诉讼，状告Geohot和fail0verflow团队成员，这一诉讼案终以终止侵权而结束。

经典的案例，从单单一个产品上，影射安全的相对性。而区块链建立在庞大的网路及数据流基础上，没有强大的安全盾，将无法维持其对未来技术变革的支持。呼噜将对区块链核心技术之一——密码学，做系列文章，剖析密码学对于区块链的理论应用及核心算法。

从技术角度讲，区块链涉及到的领域比较杂，包括分布式、存储、密码学、心理学、经济学、博弈论、网络协议等，其中密码学是区块链以及一切网络安全相关产业的基础，也是目前被认为有待解决的关键技术之一。呼噜简单说一说：

（1）古典密码学

古典密码编码方法归根结底主要有两种，即置换和代换。

把明文中的字母重新排列，字母本身不变，但其位置改变了，这样编成的密码称为置换密码。最简单的置换密码是把明文中的字母顺序倒过来，然后截成固定长度的字母组作为密文。

列置换

加密：将明文按固定长m分组，即每行m个字母，在密钥控制下按某一顺序交换列，最后按列优先的顺序依次读出，即产生了密文。解密：逆过程。

周期置换

很大程度上同列置换，只不过加、解密时，在列交换后是按行优先的顺序向下进行。

代换密码则是将明文中的字符替代成其他字符，有单表代换和多表代换。

单表代换密码

① 加法密码

A和B是有 n个字母的字母表。

定义一个由A到B的映射：f:A→B

f(ai )= bi=aj

j=i+k mod n

加法密码是用明文字母在字母表中后面第 k个字母来代替。

K=3 时是著名的凯撒密码。恺撒密码——历史上第一个密码技术，“恺撒密码”是古罗马恺撒大帝在营救西塞罗战役时用来保护重要军情的加密系统（《高卢战记》）。

②乘法密码

A和B是有n个字母的字母表。?定义一个由A到B的映射：f:A→B f(ai )= bi= aj j=ik mod n 其中，(n,k)=1。注意：只有(n,k)=1，才能正确解密。

③密钥词组代替密码

随机选一个词语，去掉其中的重复字母，写到矩阵的第一行，从明文字母表中去掉这第一行的字母，其余字母顺序写入矩阵。然后按列取出字母构成密文字母表。

多表代换密码

单表代替密码的安全性不高，一个原因是一个明文字母只由一个密文字母代替。可以利用频率分析来破译。故产生了更为安全的多表代换密码，即构造多个密文字母表，在密钥的控制下用以一系列代换表依次对明文消息的字母序列进行代换。著名的多表代替密码有Vigenere密码等。

① Vernam密码

明文、密文、密钥都表示为二进制位：

M=m1,m2,… ,mn K =k1,k2,… ,kn C =c1,c2,… ,cn

②Playfair密码

用密钥控制生成矩阵，然后每两个字母为单位进行代换。

③Hill密码（乘积密码）

建立在矩阵相乘的基础上，但不能抵抗已知明文攻击。

（2）现代密码学

1984年10月香农（信息论之父）的信息论诞生，信息论将信息传递作为是一种统计现象来考虑，这也标志着密码学进入了第二阶段，即现代密码学，它指的是发端到收端的安全传输和安全存储。加密算法一般通过密匙来解密，信息通过密匙加密后，明文通过二进制的方式转播，与此同时，公匙密码学的出现，拥有了非对称加密，和之前的对称加密最大的区别就是：加密解密分别使用公匙和私匙，密匙以一对的方式出现。

加解密系统基本组成

现代加解密系统的典型组件一般包括：加解密算法、加密密钥、解密密钥。其中，加解密算法自身是固定不变的，并且一般是公开可见的；密钥则是最关键的信息，需要安全地保存起来，甚至通过特殊硬件进行保护。一般来说，对同一种算法，密钥需要按照特定算法每次加密前随机生成，长度越长，则加密强度越大。加解密的基本过程如下图所示：

加解密的基本过程

区块链中主要运用到的密码大致有： Merkle tree 哈希树算法，椭圆曲线算法，SHA-256算法，Base58编码。

哈希算法 比特币系统中使用的两个哈希函数分别是：1.SHA-256，主要用于完成PoW（工作量证明）计算；2.RIPEMD160，主要用于生成比特币地址。

Merkle哈希树 基于哈希值的二叉树或多叉树，在计算机领域，Merkle树大多用来进行完整性验证处理，在分布式环境下，其进行完整性验证能大量减少数据传输和计算的复杂程度。

椭圆曲线算法 比特币中使用基于secp256k1椭圆曲线数学的公钥密码学算法进行签名与验证签名，一方面可以保证用户的账户不被冒名顶替，另一方面保证用户不能否认其所签名的交易。用私钥对交易信息签名，矿工用用户的公钥验证签名，验证通过，则交易信息记账，完成交易。

对称加密算法 比特币官方客户端使用AES（对称分组密码算法）加密钱包文件，用户设置密码后，采用用户设置饿密码通过AES对钱包私钥进行加密，确保客户端私钥的安全。

Base58编码 Base58是比特币使用的一种独特的编码方式，主要用于产生比特币的钱包地址，其类似于古典密码学里的置换算法机制，目的是为里增加可读性，把二进制的哈希值变成了我们看到的地址。

密码学对于区块链来说，犹如安全盾一般，它也将伴随区块链技术的应用得到进一步发展。