區塊鏈: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_PLUG

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。

谷歌披露其超計算機速度、能耗效率高于英偉達A100芯片構建的同類系統:4月10日消息，谷歌本周披露其訓練人工智能模型使用的超級計算機的最新細節，其稱這些系統的速度和能耗效率均高于英偉達基于A100芯片的同類系統，其90%以上的人工智能訓練任務都通過谷歌擁有自主定制的TPU芯片完成。

目前，AI芯片主要包括GPU、FPGA、ASIC等。ASIC作為專用集成電路，廣泛應用于人工智能設備等領域，其根據終端功能又細分為TPU芯片、DPU芯片和NPU芯片等。資料顯示，ASIC在吞吐量、功耗、算力水平等單個方面都是最優秀的，其中，TPU比同時期的GPU或CPU平均提速15-30倍，能效比提升30-80倍。[2023/4/10 13:53:53]

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。

以太坊聯創Anthony Di Iorio將推出區塊鏈計算機新項目“Andiami”:金色財經報道，以太坊聯合創始人 Anthony Di Iorio 宣布將推出一個名為“Andiami”的新項目，讓那些沒有技術專長的人可以輕松運行完整節點，來對抗區塊鏈中心化。通過將游戲理論和尖端硬件相結合，Andiami公布的計劃包括：

1、2023年，推出側重于游戲理論的全新組件：一款名為“The Quest for Liberty”的游戲、玩家套件以及玩家在游戲中賺取的數字生活 Token；

2、2024年到2025年，將重點轉移到Andiami的旗艦硬件產品“The Cube”，這是一個即插即用的區塊鏈計算機，運行比特幣和以太坊等網絡的完整節點。Di Iorio希望The Cube的即插即用特性，加上精心設計的游戲產品，讓用戶輕松運行自己喜愛的網絡的完整節點，從而進一步去中心化區塊鏈基礎設施。（ coindesk ）[2022/11/8 12:30:57]

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。

DFINITY互聯網計算機瀏覽器插件錢包Plug發布AlphaV0.1.0版本:官方消息，DFINITY互聯網計算機瀏覽器插件錢包Plug發布AlphaV0.1.0版本可讓用戶訪問ICP、Cycles、其他代幣，并使用相同的主體ID登錄IC應用程序。Plug表示，第一個版本主要為ICP瀏覽器錢包，用戶可以使用它來保存和發送ICP，以及將聯系人保存在本地存儲地址簿。用戶可從GitHub發布的版本中下載并安裝Plug，適用于Chrome或Chromium瀏覽器（如Brave）和Firefox（僅限FirefoxESR、Developer或Nightly）。Plug稱接下來將發布V0.2.0、V0.3.0，1至2周內支持Cycles、應用程序身份驗證和其他代幣。Plug是DFINITY互聯網計算機瀏覽器插件錢包，可幫助用戶在互聯網計算機上管理其身份和資產。[2021/7/11 0:43:07]

觀點：擴展UTXO模型相當于計算機系統從8位突進到64位的重大飛躍:5月10日消息，擴展UTXO模型相對新穎，但許多區塊鏈研究員認為它相當于計算機系統從8位突進到64位的重大飛躍。Ergo和Cardano兩大公鏈均是這方面的先鋒，已組成擴展UTXO聯盟。擴展UTXO模型可防止以太坊等賬戶模型智能合約累積造成的區塊鏈膨脹。（Cointelegraph）[2021/5/10 21:42:34]

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。

大家可以看下IEEE發展史，鏈接如下：

現場 | Certik CEO Ronghui Gu：形式驗證方法是實現計算機系統安全和隱私的可靠的方法:金色財經現場報道，NEO DevCon 2019開發者大會今日在西雅圖舉行，Certik CEO Ronghui Gu 做了以“建設可信的區塊鏈生態”主題演講。Ronghui Gu 表示，區塊鏈目前是十分脆弱的，有許多執行上的漏洞。攻擊區塊鏈的受益也是巨大的，據統計截止到2017年已經有6.3億美元的區塊鏈資產被黑客盜取。智能合約對黑客開源，一旦執行很難去修改， 我們應該去避免區塊鏈編程上的漏洞。程序的測試可以用于展示漏洞存在，但是它不能夠去顯示漏洞不存在。而形式驗證的方法是目前唯一可靠的方法去實現計算機系統的安全和隱私，形式驗證在數學上證明代碼滿足規范。[2019/2/17]

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。

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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