密码学技术在区块链中的应用

现在人们热切关注的区块链是基于密码学的。 密码学专家表示：如果要评估区块链应用的可行性，就不能对密码学一无所知。

2014年，上映电影《模仿游戏》。 二战期间，英国数学家、密码学家、信息科学家图灵破译了德国纳粹通讯密码，帮助英美盟军取得胜利。 他最后被迫害的人生故事被搬上了大银幕，也让冷门的密码学进入了大众的视野。 有意思的是，现在人们热切关注的话题：区块链运行的基础是密码学。

区块链是比特币运作的基础。 近年来，随着比特币市场的兴起，舆论对区块链的各种可能应用进行了热烈讨论。 很多人期待，除了金融应用，区块链在未来会取代现在的互联网应用架构，形成新一代的互联网运营模式。

基于不可篡改的事实，区块链成为一种信任机制

在比特币发明者中本聪发表论文之前，学术界已经研究数字货币 30 年。 为了使数字货币发挥作用，必须避免重复支付。 在现实世界中，人们进行交易时，钞票不会同时存在于两个人的手中。 持有的钞票不复存在。 但是，电子形式的文档或文件很容易复制。 如果A把数字货币给了B，但还持有原币，一百块钱就变成两百块钱，数字货币系统就不行了。 解决问题的传统方法是建立一个中央控制机制。

然而，中本聪巧妙地结合了现有的密码学、信息科学、货币和网络技术，设计出比特币，可以在没有中央控制的情况下避免双重支付。 通过他称之为区块链的设计，数字货币交易具有不可篡改的特性，因此在虚拟世界中，出现了一种可以信任的机制，价值交换成为可能。

区块链和比特币的运行都与密码学高度相关。

数字签名计算容易求解难，破解私钥更难

比特币没有中央控制机制，但可以通过公开所有交易来避免双重支出。 当一笔交易完成后，网络上的所有节点都会知道这笔交易已经进行，因此通过算法设计，不会出现重复交易。

例如，比特币使用数字签名进行交易。 每个比特币账户都有一对私钥和公钥，是由0和1组成的比特串。交易发起方必须妥善保管隐藏私钥并对交易进行签名； 而互联网上的任何人都可以使用公开对应的公钥来验证交易，确认交易的来源和正确性。

用私钥推算出公钥很容易，但是如果想从公钥推导出私钥，设计交易机制几乎是不可能的。 即私钥是两个非常大的质数。 熟悉数学的人都知道，质数相乘可以很容易地计算出乘积比特币报酬率，但即使看到一个非常大的整数，分解还原两个质数也是极其困难的。 这就是数字签名的运作原理。 比特币的数字签名使用椭圆曲线，其操作方式与加密操作背后的数学工具相同，但更难破解。

但是怎么才能防篡改呢？ 答案在于密码学中广泛使用的“哈希函数”特性。

在现实世界中，有锁、金库和保险箱来保管财产； 在由比特组成的虚拟世界中，必须使用密码学来保护信息安全。 因此，很多专家认为，比特币的运行本质上是一套密码学协议。

密码学渗透到日常生活中

事实上，无论是数字签名还是哈希函数，它们比大多数人意识到的更深入到我们的日常生活中。

例如，登录电子邮箱时，必须输入密码； Gmail等提供电子邮件服务的平台，为了防止黑客轻易获取密码比特币报酬率，网站服务器不会直接存储您的密码，而是将密码代入一个哈希函数，存储在服务器上的称为哈希值。 即使黑客得到了哈希值，也没有办法反向得到你的密码。

比特币或区块链的不可变特性是基于哈希函数。 如果对哈希函数的输入值进行任何微小的改变，即使只改变一位，也会导致输出的哈希值发生不可预知的大变化。

即便中美两国都致力于发展的超级计算技术“量子计算”现在已经成熟，但要对哈希值进行倒转，仍然需要2的128次方，计算起来仍需要一百年的时间。 另一方面，从比特币公钥逆向得到私钥，所需的计算量也是2的128次方。

既然如此，为什么比特币被黑客窃取的消息时常出现呢？ “那是因为黑客不计算比特币的私钥，而是侵入比特币持有者的电脑，直接窃取未保存的私钥。虽然所有的比特币交易都是在互联网上完全公开的，但是，账户是匿名的。甚至如果知道数字货币被转移，不知道是谁拿走的，很难追查。

复杂的计算与成本相关，影响最终回报率

关于区块链的不可篡改特性，为什么会影响选择区块链的组织或个人，能否获得预期收益？ 专家表示，这是因为计算需要人力物力，自然也会影响投入成本。

以比特币为例。 中本聪在设计比特币时，为人们如何找到比特币设定了计算游戏规则。 能够计算出满足要求的哈希值的人，就可以获得比特币。 因此，自2009年以来，经常出现个人或组织想要获取比特币“挖矿”报告的消息； 这意味着通过像挖矿这样的计算，最快获得足够小的哈希值，人们就可以获得比特币。 早些年，因为投资计算的人比较少，人们用CPU芯片就可以得到比特币。 后来为了能够打败对手，比别人更快拿到比特币，投入了各种提高算力的软件和硬件，制造了一场军备竞赛。 该方法不断升级，推高了获得比特币的成本。

除了比特币之外，如果一个企业或组织想建立一个私有链供企业使用（编者按：区块链的一种；相对于任何节点都可以参与和退出的公链，它通常是由一个组织设计的，只为参与者提供权限的区块链。）虽然不需要竞争性挖矿，但它还涉及组织现有的数字能力是否可以控制区块链的运行，组织内部现有信息系统的集成，以及管理接口是否可以它与新的区块链设计相结合。 而这些投资，当然需要软硬件的投入，也需要人力物力的投入。 最终能否产生预期效益，更多的是与投资回报相关。

金融科技应用潜力最大

目前，关于区块链相对成熟应用的讨论主要集中在金融领域。 因为如果有银行可以在几秒钟内跨境转账，但没有区块链的银行需要两三天，这将造成竞争力的显着差距。

除了金融领域，更成熟的应用可能是食品安全供应链管理和跨医疗机构的病历管理。 由于这些需求，系统需要在保持隐私的同时实现信息的跨境共享，保护信息不被随意篡改，这恰恰符合区块链的特性。

至于其他不需要区块链特性的需求，由于有很多可供选择的信息工具，区块链可能不是最有效的选择。