密碼學的發展階段介紹

作者

區塊鏈基礎設施實驗室

王倩雯 呂雯

區塊鏈本身作為一個分散式賬本技術，在信息傳輸和確認的過程，需要藉助密碼學來保護隱私、驗證所有權和確認信息未被篡改。密碼學（Cryptology）是一個既古老又新興的學科，它源自希臘文「Krypto"s」及「Logos」兩字，分別直譯為「隱藏」及「訊息」之意，當然密而不宣總是扮演主要角色。密碼學有一個奇妙的發展歷程，基本可以劃分為三個階段：

第一階段：從古代到1949年

這一時期可以看作是科學密碼學的前夜時期，這階段的密碼技術可以說是一種藝術，而不是一種科學，密碼學專家常常是憑知覺和信念來進行密碼設計和分析，而不是推理和證明。早在古埃及就已經開始使用密碼技術，但主要是用于軍事目的。在第二次世界大戰中，密碼更是扮演一個舉足輕重的角色，許多人認為同盟國之所以能打贏這場戰爭完全歸功於戰時所發明的破譯密文數位式計算機破解德日密碼。

20世紀初，義大利物理學家奎里亞摩·馬可尼發明了無線電報，讓無線電波成為新的通訊手段，它實現了遠距離通訊的即時傳輸。由於通過無線電波送出的每條信息不僅傳給了己方，也傳送給了敵方，這就意味著必須給每條信息加密。

在第一次世界大戰之初，隱文術與密碼術同時在發揮著作用。在索姆河前線德法交界處，儘管法軍哨兵林立，對過往行人嚴加盤查，德軍還是對協約國的駐防情況了如指掌，並不斷發動攻勢使其陷入被動，法國情報人員都感到莫名其妙。一天，有位提籃子的德國農婦在過邊界時受到了盤查，哨兵打開農婦提著的籃子，見裡頭都是煮熟的雞蛋，亳無可疑之處，便無意識地拿起一個拋向空中，農婦慌忙把它接住。哨兵們覺得這很可疑，他們將雞蛋剝開，發現蛋白上布滿了字跡，都是英軍的詳細布防圖，還有各師旅的番號。原來，這種傳遞情報的方法是德國一位化學家提供的隱文術，其作法並不複雜：用醋酸在蛋殼上寫字，等醋酸幹了後，再將雞蛋煮熟，字跡便透過蛋殼印在蛋白上，外面卻沒有任何痕迹。

1914年8月5日，英國「泰爾哥尼亞」號船上的潛水員割斷了德國在北大西洋海下的電纜，他們的目的很簡單，就是想讓德國的日子更難過，沒想到這卻使德方大量的通訊從電纜轉向了無線電。結果，英方順勢截取了大量原本無法得到的情報。情報一旦截獲，就被送往40號房間——英國海軍部的密件分析部門。40號房間可以說是現代密件分析組織的原型，這裡聚集了數學家、語言學家、棋類大師等任何善於解謎的人。1914年9月，英國人收到了一份「珍貴」的禮物：同盟者俄國人在波羅的海截獲了一艘德國巡洋艦「瑪格德伯格」號並得到一本德國海軍的密碼本。他們立即將密碼本送至40號房間，根據解碼信息及時在戰爭期間圍困德軍戰船。

第一次世界大戰前，重要的密碼學進展很少出現在公開文獻中。直到1918年，二十世紀最有影響的密碼分析文章之一William F. Friedman的專題論文《重合指數及其在密碼學中的應用》作為私立的「河岸（River Bank）實驗室」的一份研究報告問世了，其實，這篇著作涉及的工作是在戰時完成的。一戰後，完全處於秘密工作狀態的美國陸軍和海軍的機要部門開始在密碼學方面取得根本性的進展，但是公開的文獻幾乎沒有。

第二階段:從1949年到1975年

1949年仙農(Claude Shannon)《保密系統的通信理論》，為近代密碼學建立了理論基礎。從1949年到1967年，密碼學文獻近乎空白，許多年以來密碼學一直是軍隊獨家專有的領域。美國國家安全局以及前蘇聯、英國、法國、以色列及其它國家的安全機構已將大量的財力投入到加密自己的通信、同時又千方百計地去破譯別人的通信的殘酷遊戲之中，面對這些政府，個人既無專門知識又無足夠財力保護自己的秘密。

1967年，David Kahn《破譯者》(The Code Breaker)的出現，對以往的密碼學歷史作了相當完整的記述，《破譯者》的意義不僅在於涉及到相當廣泛的領域，它使成千上萬的人了解了密碼學。此後，密碼學文章開始大量湧現。比較有代表性的是Horst Feistel團隊，他在位於紐約約克鎮高地的IBM Watson實驗室里花費了畢生精力致力於密碼學的研究，在那裡他開始著手美國數據加密標準（DES）的研究，到70年代初期，IBM發表了Feistel和他的同事在這個課題方面的一些有影響力的技術報告。

第三階段:從1976年至今

1976年，Diffie和Hellman發表的文章《密碼學的新動向》一文導致了密碼學上的一場革命。他們首先證明了在發送端和接受端無密鑰傳輸的保密通訊是可能的，從而開創了公鑰密碼學的新紀元。

1978年，R.L.Rivest，A.Shamir和L.Adleman實現了RSA公鑰密碼體制。

1969年，哥倫比亞大學的Stephen Wiesner首次提出「共軛編碼」（Conjugate Coding）的概念。1984年，H. Bennett 和G. Brassard在這一思想啟發下，提出量子理論BB84協議，從此量子密碼理論宣告誕生，其安全性在於：可以發現竊聽行為；可以抗擊無限能力計算行為。

1985年，Miller和Koblitz首次將有限域上的橢圓曲線用到了公鑰密碼系統中，其安全性是基於橢圓曲線上的離散對數問題。

1989年，R.Mathews, D.Wheeler等人首次把混沌理論使用到序列密碼及保密通信理論，為序列密碼研究開闢了新途徑。

2000年，歐盟啟動了新歐洲數據加密、數字簽名、數據完整性計劃NESSIE，研究適應於21世紀信息安全發展全面需求的序列密碼、分組密碼、公開密鑰密碼、Hash函數以及隨機雜訊發生器等技術。

然而，隨著密碼技術的飛速發展，曾經認為是完美的加密方法和它的變種也逐步被破解了，沒有哪種「絕對安全」的密碼是不會被攻破的，這只是個時間問題。為了實現區塊鏈所採用的密碼學演算法是安全的，需要及時跟蹤和關注密碼學領域理論和實踐的最新進展，以保證交易的隱私性和安全性。

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