区块连知识之课堂三（下篇）：必须了解的密码学

区块连知识之课堂三（下篇）：必须了解的密码学
伯连 Bottos 文案组 
引言：在上篇揭秘了密码学后，本篇将介绍密码学中基础概念和算法，例如对称加密、非对称加密和hash算法等，让读者明白这些在说到区块连或者密码学时最常听到的算法。

作者君在上篇提到过，密码学，作为研究如何隐秘地传递信息的学科，其首要目的并不是隐藏信息的存在，而是隐藏信息的含义。因此，密码学一般分为两个方向，即研究编制密码学和破译密码。
1）编码学：研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信秘密；
2）破译学：研究密码变化的客观规律，应用于破译密码以获取通信情报。
从上述的字面意思可以了解到，编码学就是将原始信息进行变化，让其他人即使拿到了传递的信息，也无法明白其想表达含义。而破译学则是在获得传递信息后，对信息进行分析，获得破解的方法，从而明白信息的原始想表达的含义。
 
图1 神秘密码学（图片来自百度）
编码学和破译学相互制约相互促进，从而推动密码学的发展。下面，作者君为介绍最常听到的一些密码学词汇及密码学算法。
（一）常见密码学词汇
不管是在区块连，还是在交流虚拟币钱包，或者是生活中，读者们应该会说到密钥，也就是所谓的密码，还有类似于明文、密文等词汇，读者一一对这些词汇进行解释。
（1）密钥：生活中，很多人都活说成密码，例如钱包密码、手机密码等。密钥分为两种类型，即加密密钥和解密密钥。
（2）明文：没有进行加密，可以直接代表原含义的信息。
（3）密文：经过加密处理后，隐藏原含义的信息。
（4）加密：明文转换成密文的实施过程。
（5）解密：密文转换成明文的实施过程。
（6）密码算法：密码系统采用的加密方法和解密方法。
值得注意的是，一般情况下，密码算法是公开的，需要保密的是密钥，若密钥丢失，对应使用该密码的信息则被他人获取。以电视剧《潜伏》为例，男主角每次通过电报机收到摩斯密码，通过对应的摩斯密码表译出对应的数字，再找到书，利用这些数字找到书中第几页第几行的汉字，将所有数字译成汉字，这些汉字就是信息原始想表达的含义。
将上述解释的词汇一一对应，原始想传递的信息为明文，将这些汉字替换成书中页码、行数和列数，也就是将汉字变换成数字，再利用摩斯密码通过电报机进行传输这些数字，因此，最后传输的摩斯密码为密文，采用的密码算法为置换密码，而对应的密钥就是那本书，若被其他人知道了那本书，则明文就被他人知晓。
当然，上述的例子中将书比喻为密钥是为了更好地让读者理解，实际生活中说的密码算法都是现代密码学说的对称密码算法、非对称密码算法等。
（二）常见密码学算法
由于密码学算法较多，本篇只对一些常见的算法进行概要说明，让读者们更好地了解。
（1）Hash算法
Hash算法应该是连圈或者币圈人士听到最多的算法，读者君首先对其进行介绍。Hash算法，也称为单向散列函数、杂凑函数、哈希函数、散列算法或消息摘要算法。用比较书面的解释，Hash算法通过一个单向数学函数应用于数据，将任意长度的数据转换为一个定长的、不可逆转的数据。
或许上述的解释，很多没有基础知识的读者依旧看不懂，更直白的说法：将一系列数据变换成一串固定长度数据的过程。该过程就是通过hash算法计算hash值，得到的固定长度的数据就是hash值。
 
图2 图示hash算法
Hash算法是单向的，也就是最后得到的hash值是无法反推出原始的数据，这就是hash算法的单向性。因此，安全的hash算法必须具备三个特性，分别为：
1）单向性：知道一个原始数据m，计算m的hash值很简单，但是若知道m的hash值，反推m是困难的。
2）弱碰撞自由：给定一个数据x，需要找到另外一个数据y，满足x的hash值和y的hash值相等，是困难的。
3）强碰撞自由：寻找两个不同的数据x和y，满足x的hash值和y的hash值相等，是困难的。
（2）对称密码算法
所谓对称密码算法，就是密码算法中使用的加密密钥和解密密钥相同。如图3所示，信息加密成密文时使用的密钥和密文解密时使用的密钥相同。例如常见的DES就是一种分组对称加密算法，国密sm1 算法是由国家密码管理局编制的一种商用密码分组标准对称算法。
 
图3 对称密码算法
（3）非对称加密算法
与对称加密算法对应的就是非对称加密算法，非对称加密算法很好了解，就是加密密钥和解密密钥不相同。在非对称加密算法中，一般都是使用公钥和私钥来说明，其中公钥是公开的密钥，而私钥是需要安全保存的密钥。
 
图4 加密数据
如图4所示，表示的是利用非对称密码算法对信息加密的过程，若Alice想发信息给Bob，在信息进行加密时她会利用Bob的公钥，得到密文后再发生给Bob。Bob得到密文后使用自己的私钥进行解密获得明文。该过程可以保证加密数据的机密性，只要其他人没有Bob的私钥，就无法获得原始信息。
 
图5 数字签名
如图5所示，表示的是利用非对称密码算法对信息进行数字签名，保证信息的是由发送者发出。Alice利用自己的私钥对信息进行签名，再发送给接受者。接受者收到签名的信息，利用Alice的公钥进行验证，就可以证明该信息是由Alice发送。
需要注意的是，加密过程中，公钥是用来加密，私钥用来解密；数字签名过程中，私钥用来签名，公钥用来验证。上述说法才是专业且正确的表达方式。

以上就是本节课上篇的内容，由于篇幅限制，只是概述了密码学的常见词汇和算法。若读者有任何问题或者疑问，欢迎大家指正。
经过课堂三的密码学知识普及，第四节课作者君会介绍密码学与区块连之间的关系，其中会涉及到私钥、公钥和地址之间的联系、钱包哪些信息可以公开等等内容。如果读者有什么疑问或者希望作者君重点讲解哪些内容，可以留言提出，作者君会积极采纳各位的意见。

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