EEE:计算机时代的对称密码学：从100美元富兰克林到二进制XOR到AES

计算机没有出现的时代是古典密码学，计算机出现后是现代密码学。有什么区别呢？

大家回忆下之前所讲的隐藏法、移位替换、维吉尼亚加密、包括二战时期的恩尼格码机，都是英文字母，比如恩尼格码机的26个齿轮槽对应26个英文字母。

计算机读的是0和1，这根芯片基本结构单元二极管相关。那么，计算机出现后，语言学家就退居二线，现在不太需要英文字母了，加密解密的过程全部由计算机完成，而0和1的二进制世界来了。

比特序列开始统治之后，需要找个方法把语言文字变成二进制比特序列，将现实世界的东西映射为比特序列的操作叫做编码，这个编码有个规范叫做ASCII。

以上就是一部分二进制的对照表，网上很容易可以搜到。

Toniq Labs基于互联网计算机（IC）推出首个NFT市场Exponent:据官方消息，Toniq Labs宣布基于互联网计算机（IC）推出首个NFT市场Exponent，该市场的核心概念为原生交换（exchange）能力，因团队认为交换不应该要求移动代币，而是应该像“转移（transfer）”能力一样被构建到代币合约中。这将允许用户从他们的钱包中创建一个exchange/swap订单，然后将其与现有订单进行匹配，或存储为未来的交换。目前用户可以尝试eDEX协议的第一次迭代与Cronics NFT canister，通过直接从钱包中列出供出售的Cronic NFTs，以及从该市场购买（通过Stoic访问）。目前已有Cronics NFT（#1458）报价888枚ICP。[2021/7/29 1:23:32]

这背后有有趣的东西。ASCII是IEEE的里程碑作品之一。IEEE就很有意思了，全称是：美国电气和电子工程师协会。总部在美国纽约，“拥有来自175个国家42万会员”，1963年就开始发展了。所以现在很多区块链项目动不动说是十万百万粉丝，这个很难的，你看看IEEE的发展就好了，当然啦，你说区块链行业的分布式，以及高明的传播，会加快一切进程，也对，十万会员的技术组织是很难的，十万关注的人是可行的。

动态 | 南京鼓楼区与中国计算机协会签署协议 合作共建区块链技术应用合作基地:据央视网报道，6月2日，中国区块链技术与应用高峰论坛在南京市鼓楼区举行。会上，鼓楼高新区管委会与中国计算机协会举行了共同发展长远合作战略签约协议，合作共建区块链技术应用合作基地。[2019/6/2]

IEEE最早的里程碑作品是本杰明·富兰克林的成名著作《电力的实验与发现》在1751年的时候发表，富兰克林就是美国一百元钞票上面的头像人物。

电子电气工程、通讯、计算机科学和工程这些学科的先驱之一是富兰克林，不是二战时候的美国总统富兰克林·罗斯福，是美国的开国时期的大佬。密码学和这些学科是交叉在一起的，所以，有趣的事情就是，密码学从一开始就和钱有关系。100美元的钞票上面印着的这个大佬，更多不是因为他在学术上的贡献，是因为他是财政部长、外交部长、印刷厂长、起草《独立宣言》、“第一个真正意义上的美国人”、代表了美国精神等等成就。

动态 | 区块链概念等多因素将使计算机行业迎来估值上升期:据中国证券报消息，21日，沪深两市大幅波动，计算机板块逆市活跃，上涨0.08%，仅次于传媒行业。中信建投行业研究指出，目前多方面因素例如云计算落地、区块链、自主可控、工业互联网、AI等概念以及国家政策对于科技创新及信息化的支持力度与日俱增，都将使得计算机行业继续迎来估值上升期。[2018/12/22]

大家可以看下IEEE发展史，链接如下：

https://zh.wikipedia.org/wiki/IEEE里程碑列表

回到我们的二进制编码，ASCII，这时候语言文字变成了0和1，也就是我们不需要对着字母去捣鼓折腾了，只需要改变0和1就可以对内容进行加密。

下面以非常直白简单的语言讲一下怎么加密的？

什么是XOR？

XOR叫exclusiveor，也就是异或，本身是一种极为简单的运算。你把它当成小学时候学过的加减乘除的一种，当然，这么说高估了运算的简单，这么说吧，一个小学生看XOR运算，绝对比加减乘除容易非常多。

动态 | 沃萨加比奇镇的计算机遭遇比特币勒索:据ctvnews报道，安大略省沃萨加比奇镇的计算机被黑客入侵。该镇表示，所有数据在4月30日被锁定，这是赎金软件局的一部分，其中恶意软件被用来阻止用户使用电脑，直到支付赎金。

黑客最初需要11个比特币，以释放11台服务器。官员在通过“安全加密电子邮件”与黑客通信7周之后，该镇得以谈判将价格降至3个比特币，购买4台包含该镇绝大多数数据的服务器。没有个人信息被泄露。[2018/7/25]

1XOR0结果就是1；

0XOR1结果就是1；

1XOR1结果就是0；

0XOR0结果就是0；

前后一样就是1，前后不一样就是0.从上文表格里找一个字母比如说是a，a就是01100001.随便找一个秘钥，比如01010101.当然可以是任意选择的，下面会讲的。

有分析认为量子计算机无法对比特币产生威胁:今日有分析文章称，随着量子计算机不断走向成熟，整个非对称加密体系下的算法（包括ECDSA）都会受到巨大的冲击，但量子计算机的两个算法Shor和Grover还无法对比特币造成威胁。虽然比特币的钱包地址都来源于ECDSA的私钥和公钥，然而钱包地址却并不是直接公钥，而是公钥的哈希值，在公钥没有暴露的情况下，Shor是无法使用的。因而即便量子计算破解了非对称加密算法，对于那些没有使用过的冷钱包，也无法破解。如果非得破解冷钱包，需要先把钱包地址逆向出来其公钥，但这个操作Shor无法完成，只能借助其他算法。而Grover虽然有破解的可能，但在可预见的时间里是无法破解的。从这个意义上讲，比特币对量子计算机还是有一定免疫力的。相反目前采用非对称加密来保证安全的系统，如网银、微信、支付宝等才会变得岌岌可危。[2018/3/12]

这就是用秘钥，XOR之后的结果，00110100就是密文。对照表格，这个二进制表达的信息就是：4

于是，原文的a就变成了密文的4，当然，有时候看起来没有这么规则更像是乱码。

记住口诀：同就是0，异就是1.这比背乘法口诀容易太多了，小朋友很快可以掌握。

给个图形化表达，更加容易理解：

用钥匙去XOR原文运算之后的结果可以通过钥匙反向推回来。这就是计算机时代的对称加密法。

普及下知识：

什么是比特Bit？什么是字节Byte？

上文中看到八位二进制就可以表达一个英文字母，那么，一个英文字母也就是一个字节，英文叫Byte，也就是1byte=8bit=8个二进制位。因为一个比特就是代表二进制里面的一位。再比如，一个汉字就是两个字节。标点符号另算。

下面讲一下分类：一次性密码本和分组密码

对称密码学中，一次性密码本属于流密码。流密码的定义更宽一些，本章不展开。

简单来理解就是，你有一段信息需要加密了，比如你的信息由1万个英文字母构成，转成二进制后有8万比特。

我现在生成一个二进制随机数，长度是多少呢？8万位，也即是说这个原文每个比特我都XOR了一下，而且没有什么规律，因为钥匙本身是个随机数。

但是这样的加密比较麻烦，安全性不错，效率不高，钥匙和原文一样长。你有个1GB的文件，加密一下后还是1GB，但是钥匙也有1GB，配送和保存都是问题，记住：密码学中也有物流问题，主要是传输秘钥。

这时候用一个固定长度的加密秘钥，去对原文循环加密，简化模型后，可以这么说，8万比特长度的原文，我拿着80比特长度的钥匙去加密，需要1000个循环。记住，这是简化的模型，实际操作的时候，比这个复杂。

分组秘钥是被广泛运用在通讯、电子商务、金融系统等领域的加密法。

注意，不是以后有了非对称加密，对称加密就没有用了，对称加密有对称的安全，非对称有非对称的麻烦，不是一棍子直接打死的。

DES和AES是什么？

“数据加密标准是一种对称密码的分组密码，由美国国家标准局于1976年选择作为美国的官方联邦信息处理标准，随后广泛被国际使用。”

后来又有了AES，A就是advanced就是更先进更高级不是American，AES的加密方法选拔是全球公开的，AES既是美国的，又是全球的。选拔由美国一个标准化机构NIST举行，评审不是他们，是全球企业和密码学家以及参赛者共同完成。如果全世界密码学家都找不到加密方法的弱点，兼顾效率和安全性之后，就会被选上。

被选上的算法，要求免费公开给全球使用。有点像打擂台，看看谁的功夫好，就选谁，并且选好了之后把这套内功心法交给全球人民。比如我们现在广泛使用的AES实际就是Rijndael算法，是在2000年从候选算法中被选出来的。

这个图片中的五家就是候选的算法了。出现了RSA公司，RSA算法就是非对称密码中最广泛使用的密码算法。RSA公司在20世纪末举行过好几场比赛，干什么呢？去组织人破译DES的对称算法，确实破解成功了，本来对称密码学中的分组密码就是可以被破解的，RSA找人破解了DES算法，又在后来提交了AES算法，并成功“提名奥斯卡”，只是最后时刻落选了，最佳算法颁给了Rijndael。

不过，在非对称密码领域，RSA那是封神的存在，也正是有了非对称密码，区块链的诞生才有可能。

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