密碼學(xué)是什么？跟加密貨幣有什么關(guān)系
密碼學(xué)是在加密貨幣，甚至在各個(gè)領(lǐng)域都有被運(yùn)用的一種技術(shù)。
主要是市場(chǎng)先生在《加密貨幣圣經(jīng)》一書及一些密碼學(xué)閱讀資料中的學(xué)習(xí)筆記，讓想了解加密貨幣安全性的人增加一些初步的認(rèn)識(shí)。
本篇將以加密貨幣為主要案例，介紹密碼學(xué)如何運(yùn)用在加密貨幣中。
密碼學(xué)是什么？
密碼學(xué)(英文：Cryptography)是一種密碼的技術(shù)，主要用來保護(hù)及隱藏資訊。密碼學(xué)的運(yùn)用非常廣泛，例如我們匯款時(shí)，需要去手機(jī)收的簡訊驗(yàn)證碼，就是密碼學(xué)的應(yīng)用之一。
我們現(xiàn)在常聽到的加密貨幣也是密碼學(xué)的應(yīng)用。
密碼學(xué)中，主要有三個(gè)技術(shù)運(yùn)用在加密貨幣中，分別是加密(Encrypt)、雜湊(Hash function)、數(shù)位簽章(Digital signature )，
在很多加密貨幣白皮書或官方文件，我們都會(huì)經(jīng)?？吹竭@些詞匯。
以下一一介紹。
密碼學(xué)的應(yīng)用一：加密
加密就是把訊息加上密碼，能夠?qū)⒖吹亩挠嵪?，變成看不懂的訊?例如一串文字+符號(hào)的組合)。
加密有分「對(duì)稱式加密」跟「不對(duì)稱式加密」，
簡單來說，對(duì)稱式加密就是加密/解密都采用同一把鑰匙(也就是加密貨幣里常聽的金鑰，因?yàn)橛⑽氖荎ey，所以中文被翻譯成鑰匙或金鑰)，不對(duì)稱加密就是加密/解密采用的是不同的鑰匙。
這里指的鑰匙不是我們常使用的那種家里鑰匙、車鑰匙…等，是指一個(gè)加密/解密的方法，可以想像是一個(gè)上面記載著密碼破解方式的一張紙。
對(duì)稱式加密
對(duì)稱式加密(英文：Symmetric-key algorithm)的加密與解密的金鑰是同一把，也就是用同一個(gè)方法，就可以完成加密與解密。
舉例來說，市場(chǎng)先生要發(fā)送一個(gè)訊息「Hello」并用每一個(gè)字母在鍵盤上右邊的字代替，看的懂的訊息就變成看不懂的訊息：Hello 變成Jr;;p，這樣就完成一個(gè)非常簡單的加密。
市場(chǎng)先生傳給同事這組字，同事把每一個(gè)字母還原，就知道訊息是Hello，這就是對(duì)稱式加密，加密與解密的方法都一樣，而「鍵盤上右邊的字代替」這個(gè)方法就是金鑰。
不對(duì)稱式加密
不對(duì)稱式加密(英文：Public-key cryptography)又稱公開金鑰加密，它加密與解密的金鑰是不一樣的，所以你(訊息接收方)需要打造兩把鑰匙：一把是公開金鑰、一把是私密金鑰。
不對(duì)稱式加密相較對(duì)稱式加密，比較不容易破解，所以這也是目前被廣泛使用的加密方式。
你可以把公開金鑰發(fā)給所有的人，讓大家都可以透過這個(gè)公開金鑰發(fā)送加密訊息給你。
私密金鑰只有你自己知道，所以只有你可以把透過公開金鑰發(fā)送給你的已加密訊息，透過私密金鑰解密。
不對(duì)稱式加密在加密貨幣上的運(yùn)用
以比特幣為例，就是你可以打造一個(gè)公開金鑰，獲得一個(gè)公開的比特幣地址(有點(diǎn)像是銀行帳號(hào))，任何人都可以透過這個(gè)公開金鑰轉(zhuǎn)比特幣給你，
但如果你要匯比特幣給別人，就需要私密金鑰簽署交易，才能夠成功把比特幣匯出。因?yàn)樗矫芙痂€只有你才知道，所以有著身份驗(yàn)證的功用，可以證明是「你」同意匯出比特幣。
私密金鑰的簽署，就是「數(shù)位簽章」的應(yīng)用，這個(gè)之后會(huì)講到。
密碼學(xué)的應(yīng)用二：雜湊
雜湊(英文：Hash function)的全名是雜湊函數(shù)，又稱雜湊演算法，是把不同長度的訊息，變成資料量固定的「值」的演算法。
雜湊函數(shù)有非常多種，例如由美·國國家·安·全·局研發(fā)的SHA系列、由美國密碼學(xué)家Ronald Linn Rivest所設(shè)計(jì)的MD5等。
舉例來說，用SHA系列中的SHA256為例：
上圖中這兩個(gè)訊息的長度不一樣，但都產(chǎn)生出相同資料長度的「值」，這個(gè)「值」又稱雜湊值(英文：Hash value)，它是獨(dú)一無二的(有些人會(huì)這個(gè)值為指 紋、摘要digest)。
因?yàn)殡s湊函數(shù)可以產(chǎn)生固定長度的雜湊值，所以會(huì)被用在處理大量資料，另外，不同的訊息幾乎不可能有相同的雜湊值(說幾乎是因?yàn)橐郧坝行╇s湊函數(shù)已被破解)，所以雜湊函數(shù)也可以做驗(yàn)證資料的應(yīng)用。
雜湊函數(shù)中，運(yùn)用在加密貨幣上的是「加密雜湊函數(shù)」，以下介紹。
加密雜湊函數(shù)
加密雜湊函數(shù)(英文：Cryptographic hash function)是一種雜湊函數(shù)，主要有幾個(gè)特性：
- 確定性：輸入同一個(gè)訊息，產(chǎn)生的雜湊值永遠(yuǎn)都一樣。
- 獨(dú)特性：輸入不同的訊息，不可能有相同的雜湊值。 (如果有，就會(huì)產(chǎn)生雜湊碰撞collision，代表這個(gè)雜湊函數(shù)已經(jīng)無法再使用)
- 長度固定：使用同一個(gè)雜湊函數(shù)，即使輸入不同的訊息也會(huì)產(chǎn)生一樣長度的雜湊值。
- 不可反向回推：你無法從產(chǎn)生的雜湊值回推原本的訊息。 (這也是加密跟雜湊最不一樣的地方)
加密雜湊函數(shù)常見的例子就是密碼，在網(wǎng)路上要登入某個(gè)帳戶，我們就必須輸入密碼，系統(tǒng)會(huì)對(duì)我們輸入的密碼進(jìn)行加密雜湊函數(shù)的運(yùn)算，產(chǎn)生雜湊值，再跟系統(tǒng)自己的雜湊值比對(duì)：
加密雜湊函數(shù)在加密貨幣上的運(yùn)用
加密雜湊函數(shù)比特幣挖礦的過程、區(qū)塊鏈的連結(jié)區(qū)塊識(shí)別碼、數(shù)位簽章等等，都會(huì)運(yùn)用到加密雜湊函數(shù)。
以下會(huì)以數(shù)位簽章為例，介紹雜湊的運(yùn)用。
密碼學(xué)的應(yīng)用三：數(shù)位簽章
數(shù)位簽章(英文：Digital signatures)是一個(gè)加密后的簽章，目的是用在驗(yàn)證訊息的真實(shí)性。數(shù)位簽章并不會(huì)保密原始資訊，但可以幫助我們確認(rèn)原始資訊發(fā)送者的身分，驗(yàn)證該內(nèi)容訊息是否真的是由某人發(fā)出的。
例如我們收到一份紙本文件，上面有老板的簽名，我們會(huì)認(rèn)為這是老板提供給自己的文件(如果簽名沒被仿冒的話)。但在數(shù)位的世界，我們?cè)趺创_定一個(gè)訊息真的是老板發(fā)出的呢？要怎么辨識(shí)？數(shù)位簽章的功用不是為了保密這些訊息，而是為了幫我們確認(rèn)訊息真的是由某人所發(fā)出的，而不是他人仿冒的。
數(shù)位簽章屬于是電子簽章的其中一種，但它并不是我們親手在電腦或平板上簽名的簽章。
要產(chǎn)生及驗(yàn)證數(shù)位簽章，就需要用到不對(duì)稱式加密的技術(shù)，如果訊息太長，還會(huì)用到加密雜湊函數(shù)的計(jì)算。
數(shù)位簽章的原理
數(shù)位簽章屬于不對(duì)稱式加密反向的運(yùn)用，也就是公開金鑰是用來解密、私密金鑰是用來加密。
數(shù)位簽章的原理有點(diǎn)復(fù)雜，以下分別以簽署人、驗(yàn)證人的方式介紹：
- 簽署人將原始訊息用加密雜湊函數(shù)計(jì)算產(chǎn)生雜湊值
- 簽署人對(duì)雜湊值用私密金鑰加密，產(chǎn)生數(shù)位簽章
- 簽署人將數(shù)位簽章附在原始訊息上，并且公布公開金鑰
這時(shí)，因?yàn)楹炇鹑斯剂斯_金鑰，所以任何一個(gè)人都可以用公開金鑰驗(yàn)證這個(gè)數(shù)位簽章…
- 驗(yàn)證人收到附上數(shù)位簽章的原始訊息
- 驗(yàn)證人用公開金鑰解密數(shù)位簽章，獲得雜湊值
- 驗(yàn)證人對(duì)拿掉數(shù)位簽章的原始訊息，進(jìn)行加密雜湊函數(shù)的計(jì)算后，獲得雜湊值
- 驗(yàn)證人將兩個(gè)獲得的雜湊值進(jìn)行比對(duì)
- 如果兩個(gè)雜湊值相同，這個(gè)數(shù)位簽章就得到驗(yàn)證
數(shù)位簽章在加密貨幣上的運(yùn)用
要進(jìn)行加密貨幣交易時(shí)，就需要用數(shù)位簽章來驗(yàn)證交易，也因?yàn)榧用茇泿诺慕灰锥紩?huì)被記錄在區(qū)塊鏈上，所以任何一個(gè)人都可以用簽署人公布的公開金鑰去驗(yàn)證交易。
另外，也能對(duì)簽署人有身份驗(yàn)證的作用：
- 只有簽署人有私密金鑰，沒有任何一個(gè)人可以制作簽署人的數(shù)位簽章
- 也因?yàn)橹挥泻炇鹑擞兴矫芙痂€，簽署人無法否定原本訊息不是他簽的
不只加密貨幣，目前數(shù)位簽章也被廣泛運(yùn)用在各個(gè)領(lǐng)域中。
密碼學(xué)重點(diǎn)整理
1. 密碼學(xué)(Cryptography)是一種密碼的技術(shù)，主要用來保護(hù)及隱藏資訊。密碼學(xué)的運(yùn)用非常廣泛，在加密貨幣中主要有加密、雜湊、數(shù)位簽章的運(yùn)用。
2. 加密就是把訊息加上密碼，能夠?qū)⒖吹亩挠嵪?，變成看不懂的訊息。加密有分「?duì)稱式加密」跟「不對(duì)稱式加密」，對(duì)稱式加密就是加密/解密都采用同一把鑰匙，不對(duì)稱加密就是加密/解密采用的是不同的鑰匙(公開金鑰、私密金鑰)。
3. 雜湊(Hash function)雜湊函數(shù)、雜湊演算法，是把不同長度的訊息，變成資料量固定的「值」的演算法。
4. 數(shù)位簽章(Digital signatures)是一個(gè)加密后的簽章，常被用在驗(yàn)證訊息的真實(shí)性，屬于不對(duì)稱式加密反向的運(yùn)用。將原本訊息用加密雜湊函數(shù)計(jì)算后獲得雜湊值，再用私密金鑰加密，就會(huì)產(chǎn)生數(shù)位簽章。驗(yàn)證方需用公開金鑰解密數(shù)位簽章獲得雜湊值，再用加密雜湊函數(shù)計(jì)算原始訊息獲得的雜湊值進(jìn)行比對(duì)，
一樣則驗(yàn)證成功。
在閱讀許多加密貨幣白皮書等文件時(shí)，上述這些概念會(huì)經(jīng)常被看到，
希望這篇解說，能讓大家對(duì)加密貨幣及區(qū)塊鏈基礎(chǔ)運(yùn)作原理有更多了解。
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