区块链技术为什么不能脱离密码学而单独存在

引言

关于中央第十八次集体学习时强调区块链技术的报道，行业媒体们已经给予了充分的重视。然而，人们却对两天之后的另一条重要报道，没有表现出应有的重视。

这条报道是，10月26日，十三届全国人大常委会第十四次会议26日下午表决通过《中华人民共和国密码法》，将自2020年1月1日起施行。

从中央开展对区块链技术的学习，在战略层面对区块链技术予以承认，到正式出台的密码法，偶然中也蕴含着必然。

区块链技术分布式、防篡改、可溯源的好处已经人尽皆知，但所谓万物相生，事实证明，区块链技术难以脱离密码学而单独存在，原因有二：

第一，与传统技术思路不同，区块链技术大大削弱了单一中心的控制力，各参与方的数据安全性离不开密码学的保护。比特币诞生已超过十年，在恰当的密码学的保障下，去中心化的比特币始终保持着较为平稳安全的运行。

第二，在实际应用中，许多参与节点不希望自己的数据被完全公开出来，因此不愿意数据上链，这显然限制了区块链技术的应用落地。如何维护链上数据的隐私性成为区块链应用的一大难题，密码学则大大有利于为这一点提供补充。

谈到区块链，就绕不开比特币，更加离不开密码学。本文旨在探讨以椭圆加密算法（以下简称ECC）为代表的密码学的由来、价值、现状，以及在未来量子计算机时代中密码学的前景。

从RSA到ECC

区块链最著名的应用莫过于比特币，而作为比特币的保镖，基于ECC的椭圆曲线数字签名算法（以下简称ECDSA）对区块链的价值不可谓不显著。可以说，ECC与区块链可谓休戚相关。在谈ECC之前，我们先介绍一下RSA算法。

密码本是二战影视剧有一个重要的题材。对交战国来说，国之重器不是大炮坦克，也不是金银钞票，甚至不是航母飞机，而是那个不太起眼的密码本。

1942年，太平洋海战重要的转折点——中途岛海战中，美军之所以取得胜利，一个重要的因素就是美军获得了日本的加密文件，并破译出日本即将攻击中途岛的重要情报。

1943年，日本联合舰队司令，海军大将山本五十六在视察部队时，座机被美军击落而毙命，直接原因就是通讯密码被美军破译。

二战前后，诸如此类的事例不胜枚举。即便到了冷战时期，破译密电也是美苏情报部门的一项主要工作。到了1977年，Rivest、Shamir和Adleman三位教授用名字的首字母命名一种新算法：RSA。不同于以往的对称加密需要厚厚的密码本，RSA算法属于非对称加密。所谓非对称加密，是指将秘钥分为公钥和私钥，公钥和私钥必须成对出现，不能单独生成。公钥任何人都可以知道，用以加密；私钥只有接受信息的人才能知道，用以解密。

RSA的诞生可谓历史性突破，堪称古典与现代密码学的分水岭。只要RSA的质数足够大，解密将会耗费巨大的算力和时间，短期内难以破解。

但所谓福祸相依，为了追求安全性，RSA需要非常大的质数作为基础，拉长秘钥会大大增加加密成本，降低速度。更要命的是，RSA算法在应对量子计算机的威胁时颇为力不从心。

此时，ECC应运而生。ECC于1985年由Koblitz和Miller两位教授发明。与RSA算法一样，ECC同样属于非对称加密，但ECC在使用中的便捷性和安全性大大强过RSA。

什么是ECC呢？可能大家对这一点很感兴趣。

我们定义平行线相交于无穷远点P∞，使平面上所有直线都统一为有唯一的交点，而区别于无穷远点的原来平面上的点为平常点。通过无穷远点和平常点我们可以引入射影平面的概念。

射影平面：平面上全体无穷远点与全体平常点构成射影平面。

而椭圆曲线，指的就是在射影平面上满足威尔斯特拉斯方程（Weierstrass）所有点的集合，且曲线上所有点都是非奇异的。

所谓非奇异，指的是曲线上任意一点的偏导数不能同时为0。

明白了椭圆曲线的由来，我们再来看椭圆曲线在密码学上应用的方案。首先面对的问题就是椭圆曲线是连续的，并不适合用于加密。因此，椭圆曲线密码学的第一要务就是把椭圆曲线定义在有限域上，（有限域Fp ，p为素数），并提出一条适于加密的曲线：y2=x3+ax+b （modp）。

区块链技术为什么不能脱离密码学而单独存在

相比起在商业中被广泛采用的RSA加密算法，ECC优势是可以使用更短的密钥，来实现与RSA相当或更高级别的安全。

通过下图我们清楚的发现，160位ECC加密安全性相当于1024位RSA加密，而210位ECC加密安全性甚至相当于2048位RSA加密。ECC中256位数的密钥与RSA算法中3072位数密钥所提供的安全强度相同。

区块链技术为什么不能脱离密码学而单独存在

因此，ECC具备计算量更小，处理速度更快，占据存储空间更小的优点，在资源、算力有限的前提下，ECC比RSA具备显著的优势。这些优势已经使得ECC逐渐完成了对RSA的取代，成为了新一代的通用公钥加密算法。

如今，ECC早已无处不在：我们的第二代身份证都基于ECC，美国政府部门也用ECC加密内部通信，FireFox和Chrome浏览器、苹果的iMessage服务都使用ECC。

那么，ECC、ECDSA等密码技术在应用过程中有哪些值得关注的地方呢？另外，近期火热的“量子霸权”讲的又是什么，它会对密码学产生什么影响呢？

在后续的系列文章中，我们将会继续对其展开讨论。

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