“加密學”來自古希臘單詞“krypto”，意思是隱藏或秘密。加密學是一門保密的藝術和科學，它對我們人類的歷史產生了深遠的影響。

加密學被古埃及人、希伯來人、印第安人和希臘人使用。希羅多德和《愛經》中都提到過。幾個世紀以來，世界各地的君主、貴族、軍事將領、精英商人和宗教神職人員都在使用加密學。盡管我們對加密學的歷史有相當多的了解，但由于加密學的本質，我們很難了解關于加密學藝術發展的全部真相。很恰當地說，這在很大程度上是個秘密。幸運的是，現在這已經不是什么秘密了。

加密學和加密分析（加密破譯）從它們不起眼的開始就有了長足的發展。在古代，精英們使用相對簡單的加密來保護他們的通信。早期技術在古代世界最著名的使用是凱撒加密，以羅馬將軍尤里烏斯·凱撒的名字命名。

據我們所知，像凱撒加密這樣的加密仍然有效，直到阿拉伯學者在阿拉伯哈里發時代發明了加密分析。他們發明了一種叫做頻率分析的技術，這種技術的有效性在于發現字母，或語言中使用的字符組合，出現在不同的、多少有些可預測的頻率中。這一事實允許代碼破壞者使用統計分析相當容易地破解簡單的替換加密，比如Caesar加密。加密學的歷史是一場永遠不會結束的加密制定者和加密破譯者之間的戰斗。

中世紀和早期的現代加密學家通過創造更復雜的加密進行調整。在現代早期，加密被引入歐洲，幾百年都不會被破解。其中兩個加密，Vigenere加密和Great加密，直到19世紀才被破解。在這些加密被破解之后，直到20世紀20年代，當德國開始使用一種叫做Enigma的機器時，編碼人員才有了很大的進步。

破解的謎

在此之前，加密學很大程度上是由人類用手、紙、原始的智力和原始的加密盤來完成的。20世紀初，德國人使用的恩尼格瑪加密機是繼維吉納加密和 Great加密之后，在保護信息方面取得的第一個重大突破。它也開啟了加密學的電氣化和機械化。

破解謎機成了盟軍生死存亡的必修課。波蘭、法國和英國的加密破譯人員將加密分析提升到了一個新的水平。謎機和戰爭努力推動了必要的理論和實踐工作的研究和發展，為現代加密學、現代計算機和信息時代奠定了基礎。

多虧了瑪麗安·雷朱伊斯基和艾倫·圖靈等天才的努力，盟軍解開了這個謎。許多人把戰爭加速結束，挽救了數百萬人的生命歸功于加密的解開。

到目前為止，您所讀過的關于加密學的所有內容（破解謎）現在都稱為對稱密鑰加密術。意味著加密和解密密鑰是相同的（對稱的）。

決定任何加密強度的一個關鍵因素是密鑰的可能數量。可能性空間越大，加密越強。如果空間足夠大，找到正確的密鑰對攻擊者來說就變得不切實際。對稱加密學非常有用，但它的用處有限。

雖然對稱加密學是有效的，但它會產生所謂的“密鑰分配問題”。如何在您和另一個之間建立一個強密匙，而不以公開密匙的方式進行通信？為了解決這個問題，政府、銀行、軍隊和任何其他使用對稱加密學的人都必須使用一個可信的中間人，在希望建立安全和私人通信的雙方之間分享秘密。這個中間人不僅效率低下，難以規模化，而且還是一個失敗的中心。加密可能是無法破解的，但如果惡意方攔截或賄賂中間人的話，問題就更嚴重了。

公鑰加密（非對稱加密）

在20世紀70年代，研究人員Diffie， Helman和Merkle （DHM）通過消除共享密鑰的需要，解決了密鑰分發問題。隨著公鑰加密學的發現，他們發明了非對稱加密學。DHM團隊從概念上證明了加密和解密操作可以分為兩個不同的密鑰：公共密鑰和私有密鑰。在DHM的方案中，私鑰是解密密鑰，公鑰是加密密鑰。實際上，DHM顯示通過使用公鑰加密學促使世界上任何人都可以宣傳他們的公鑰，世界各地的其他用戶可以使用這個公鑰加密消息發送到公共密鑰的所有者，只有對應的私鑰的所有者可以解密這些消息并閱讀其內容。

雖然這兩個詞不同，但它們在數學上是相關的。DHM從概念上證明了這一點，但是這組研究人員需要找到一個合適的數學函數來實現公鑰概念。他們需要尋找一個數學函數，這個函數需要能量來執行它的運算，并且需要一個數量級的能量來逆向工程或撤銷運算。

具有這兩個屬性的函數稱為單向功能。舉個例子，想吃雞蛋，先煮熟就是一個單向功能。它需要一些能量和工作來打破和烹飪，但不烹飪和把雞蛋放回它的殼將需要更多的能量。

盡管DHM在1970年初發明了公鑰加密學的概念，但是直到1970年代末，麻省理工學院的另一組研究人員才找到了解決方案。他們將DHM概念的實現命名為RSA，基于每個研究人員的名字。這些研究人員是第一個為公鑰加密學的概念找到合適的單向函數的。這使這個概念有了實際的實施。RSA后來被一些大型機構使用，如政府、軍隊和擁有大量商業和金融利益的組織。直到90年代，只有大型組織才有能力和計算能力創建非對稱密鑰。

然而，隨著個人計算革命開始加速，到80年代末，每天的用戶都有足夠的計算能力在他們的設備上創建非對稱密鑰對，這是使用公鑰加密學所必需的。一位名叫菲爾·齊默爾曼的計算機科學家和軟件工程師知道這一點，他想為大眾開發非對稱加密學軟件，從而結束政府和商業上對非對稱加密學的壟斷。

他成功地推出了革命性的PGP（相當好的隱私）產品，這是第一個向個人計算機用戶提供非對稱加密的免費開源軟件。普通電腦用戶現在可以使用菲爾·齊默爾曼的PGP產品進行安全、私密的交流，該產品至今仍在使用。PGP是第一個公開使用非對稱加密學，但它不會是最后一個。

下一個大規模使用的公鑰加密學實現是TSL（傳輸層安全性），以前稱為SSL（安全套接字層）。數十億人每天都在使用TSL，卻不知道它可以安全地瀏覽web、發送安全消息，以及任何其他在internet上完成的、用戶從未見過或與加密密鑰交互的操作。在瀏覽體驗的背景下，TSL結合使用對稱和非對稱加密技術為盡可能多的用戶創建安全的互聯網體驗。

比特幣

通過在2009年創造比特幣，中本聰不僅創造了一種新貨幣，還使用公鑰加密學（非對稱密鑰）作為這種新貨幣的基礎之一。

比如，DHM， Satoshi想要移除中間人。公開密鑰加密學消除了對對稱加密學所需的中間人的需求，但在比特幣的情況下，中間人并不是一個秘密共享者，而是一個決定交易的有效性和時間順序（支付處理器）以及新單元的供應及其供應計劃的組織（中央銀行）。Satoshi結合了公鑰加密學和加密哈希值函數（單向函數），消除了對這類組織或可信第三方的需要。似乎，嵌套在公鑰加密學和單向函數是比特幣的本質。多虧了DHM、Satoshi和其他無數人，系統取代了中間人，確保我們的溝通和金錢安全。

“我們將電子代幣定義為數字簽名鏈”——中本聰

數字簽名允許某人在不暴露私鑰本身的情況下，從數學上證明他們擁有私鑰。在比特幣和所有其他使用公鑰加密的加密貨幣資產的情況下，任何用戶都可以檢查簽名和公鑰之間的適當數學關系，并以這種方式驗證每筆交易的有效性。如果確定了適當的數學關系，網絡上的其他人就知道，傳播交易的人控制了生成適當簽名和適當公鑰所需的私鑰。同樣，每個人都可以證明他們有某種秘密，而不需要透露它，網絡上的其他人也可以在沒有第三方幫助的情況下從數學上驗證真相。這是非常強大的。

但公鑰加密學本身不足以產生比特幣。你可以把錢定義為一個數字簽名鏈，但是誰來決定交易的順序呢？一個單獨的用戶怎么知道付款人沒有花同樣的代幣呢？付款人可能已經從數學上證明了他們有一個秘密，但他們可能在兩筆不同的交易中，對同一種電子代幣使用了相同的簽名。這就是著名的雙重消費問題。Satoshi認識到，其他基于數字簽名的貨幣方案依賴第三方監控每筆交易的雙倍支出，并監控整個網絡的仿冒品。這種體制的問題在于它完全依賴中央權威。Satoshi需要一個解決方案來消除對中央集權的需求。

“我們提出的解決方案從時間戳服務器開始。時間戳服務器的工作方式是獲取要進行時間戳項目塊的哈希值，并廣泛地發布哈希值，比如在報紙或Usenet post［2-5］中。時間戳證明，為了進入哈希值，數據必須在當時存在。每個時間戳在它的哈希值中包含前一個時間戳，形成一個鏈，每個額外的時間戳加強前一個時間戳。- Satoshi NakamotoIn解釋說“通過使用單向函數并公開發布它們（時間戳），我們可以證明數據在發布時一定存在”。并且在每個時間戳中包含“其哈希值中的前一個時間戳，形成一個鏈”。不僅代幣在使用數字簽名鏈接，交易數據塊還使用加密哈希值鏈接。哈希值的時間戳無限地滾動到下一個哈希值的時間戳中，使得網絡上的每個人都知道交易何時發生，并且可以用數學方法確定這個時間戳，而不需要永遠信任第三方。

現在，Satoshi建立了一個基于鏈接哈希值時間戳證明交易順序的系統，他需要一種方法讓網絡保護數據不受稍后更改的影響，并對網絡已接受的交易塊發出一致的信號。比特幣的工作量證明系統使用加密哈希只函數SHA-256來實現這兩個目的：保護存儲在塊中的數據的完整性，以及對塊及其包含的交易做出多數決策。

“要在對等的基礎上實現分布式時間戳服務器，我們需要使用工作量證明系統”——中本聰

一旦網絡接受了具有適當簽名、哈希值和工作量證明的塊，攻擊者必須重做修改塊中數據的工作量證明，并重做他們試圖修改的第一個塊之后生成的每個塊的工作量證明。這是一個非常昂貴的攻擊，不僅包括昂貴的直接成本，而且包括昂貴的機會成本。此外，攻擊的總成本呈指數增長，你離鏈的頂端越遠，你進行的攻擊就越難。

有了這個設計，我們已經保護了比特幣區塊鏈數據的完整性，但如何證明工作有助于達成共識？

要向比特幣區塊鏈添加一個交易塊，該協議需要生成一個哈希值，該哈希值僅在10分鐘內由一定數量的哈希能力生成。生成哈希值所需的能量應該大致等于當前比特幣網絡上哈希值的能量。這個哈希值不僅是生成散哈希值的單個礦工的工作量證明，而且還作為整個網絡工作的證明。由于哈希競賽是一種隨機性的游戲，生成哈希只的難度等于網絡的集合哈希值能力，因此整個網絡需要為至少一個哈希集合花費能量，以生成具有適當工作量證明的正確哈希只。競爭與團隊合作的結合讓比特幣夢想成真。每十分鐘重新啟動一次的PoW游戲是一種集體合作競爭，它消除了對中央集權的需要。

那些從事工作量證明的人，礦工，聚集在最長的加密有效區塊鏈的頂部，積累了最多的工作量證明。“電子代幣”由數字簽名連接在一起，塊由時間戳哈希值連接，塊本身受SHA-256保護。

加密學使這一切成為可能。

Airbitz

Satoshi為比特幣的雙重消費問題提出了一個優雅的解決方案，但比特幣的早期用戶界面并不友好。比特幣用戶被提供了一個wallet.dat文件，其中保存了他們的私鑰信息，需要定期備份以防他們的電腦死機。除非他們的文件被正確加密（這通常是一個復雜而艱苦的過程），否則這個wallet.dat文件通常位于用戶的計算機上，不受普通軟件的保護。此外，用戶在丟失加密加密的情況下無法恢復。為了減輕這種不確定性，開發人員開始進一步探索安全性和可用性之間根深蒂固的關系。

2012年，比特幣開發商Pieter Wuille發布了比特幣改進方案（Bitcoin Improvement Proposal， BIP） 32，概述了分層確定性錢包的發明，該錢包允許用戶擁有一個主私鑰，用于無限多個公共地址。當時，這是比特幣用戶體驗基礎設施的重大改進。您可以將所有這些信息合并到一個文件中，而不必加密和記住每個私鑰。加密和備份這個文件可以保護當前資金和您錢包可能收到的任何未來資金。

此后不久，在2013年底，HD錢包又有了進一步的改進，引入了助記種子（BIP39），允許主密鑰由12或24個單詞表示。用戶現在可以通過寫下12-24個單詞并將其放在一個安全的位置來備份他們的錢包。

雖然改進了用戶體驗，但我們的聯合創始人認為，作為備份的12-24個單詞種子還不夠好，不適合大規模采用。2013年，我們的聯合創始人著手打造一個非托管的比特幣錢包，不再需要記錄、加密和備份私人密鑰或隨機的12或24個單詞種子。他們在2014年末成功推出了我們的第一款產品：Airbitz比特幣錢包。

Airbitz（現在的Edge）用戶不需要加密和備份私鑰或12-24個單詞種子，只需提供用戶名和加密，就可以備份和保護他們的比特幣錢包。用戶名用于備份，加密用于保護這些備份。我們的軟件哈希用戶加密，這些哈希加密被用作加密和解密密鑰，以保護和解鎖用戶帳戶。此外，我們的軟件會根據用戶使用的設備的功能對加密進行哈希。更強大的CPU將產生更強大的加密哈希值，從而產生更強的加密密鑰。隨著硬件的不斷改進，我們的加密哈希值將隨著這些改進而逐步增強。

為了構建Airbitz比特幣錢包，兩位創始人結合使用對稱和非對稱加密技術，創建了一個安全、私密、易用的比特幣錢包。聯合創始人使用對稱加密學保護私鑰免受丟失和盜竊，他們還使用非對稱加密學使用戶能夠在比特幣等網絡上進行交易。

Edge

進入2017年，加密貨幣資產領域的深度和廣度自2014年以來顯著擴大，加密貨幣資產總量突破1000億美元，整個生態系統市值達到數千億美元。到2017年底，我們能夠擴大我們的錢包和平臺的能力，包括比特幣以外的其他資產。

新的多資產錢包Edge的用戶可以訪問更多的資產，這些資產具有與Airbitz相同的安全性、私密性和可用性。隨著Edge錢包的發布，世界上任何地方的用戶都可以通過一個用戶名和加密，在許多不同的資產上備份大量的價值。Edge像Airbitz和TSL一樣，利用對稱和非對稱加密學，以盡可能多的方式創建一種安全、私有和簡單的方式與貨幣互聯網交互。

例如，假設Edge的用戶居住在委內瑞拉，并持有分布在BTC、DASH和ETH的2，000美元。這是他和他家人一生的積蓄。這名用戶想要越過邊境進入哥倫比亞，但他知道委內瑞拉安全部隊以沒收手機和行李等個人物品、檢查其內容以及扣留貴重物品而聞名。這個假想的用戶可以在到達邊境之前刪除他的Edge錢包，通過邊境檢查站，在同一部手機或新手機上下載哥倫比亞的Edge錢包，并輸入用戶名和加密。用戶的手機將從Edge服務器下拉他的賬戶的加密副本，而他剛剛輸入的加密的哈希值將直接解密他手機上的賬戶。然后用戶將在他離開的地方看到他所有的價值，并將能夠與任何他喜歡的人，在他喜歡的任何時間，私下和安全地進行交易。

加密學的威脅：量子計算？

Edge、比特幣或任何其他加密資產的加密技術會被量子計算機破解嗎？好消息是量子計算機的存在并沒有使Edge對對稱加密學的使用面臨風險。量子計算機在破解對稱加密學方面并不比經典計算機強。壞消息是，量子計算機的存在在理論上使某些公鑰加密和數字簽名系統處于危險之中，比如RSA和ECDSA（比特幣目前使用的）。然而，目前使用的非對稱加密學的比特幣和其他加密貨幣資產非常強大，其他公開可用的非對稱加密學可能具有量子抵抗能力。

加密分析（或譯碼器）需要一個巨大的理論或技術突破，才能將加密貨幣資產的使用置于危險之中。由于因數分解的性質和素數的性質，純數學理論似乎是一個死胡同。因式分解是困難的、耗時的、耗費精力的，并且包含了許多在數學上看來不可協商的步驟。打破不對稱加密學的希望和夢想似乎主要在于技術的進步。加密破解者把量子計算看作是打破非對稱加密體制所需要的技術突破。

量子計算機是一種威脅，因為它們可以同時計算很多東西。它們的對手是經典計算機，比如您現在使用的那個，一次只能計算一個數字。由于量子計算機可以同時計算很多東西，研究人員認為他們可以打破離散對數問題的有用性，而離散對數問題是許多非對稱加密學的數學基礎。但這一事實并不能讓我們得出量子計算破壞了所有公鑰加密的結論。量子計算機可能能夠破解RSA或ECDSA等特定方案，但也有其他類型的加密系統，如基于晶格的加密術和基于多元二次方程的加密術，據信可以抵御量子計算攻擊。

盡管使用ECDSA等簽名算法對加密貨幣的理論威脅是真實存在的，但從短期到中期來看，量子計算似乎并不是一個相關的實際威脅。這為加密貨幣網絡的用戶和開發人員在適當的時候提供了研究、測試、選擇和切換到抗量子加密系統的時間。一些研究人員甚至正在開發一種協議，允許用戶安全地將資金從舊的（非抗量子）輸出轉移到堅持抗量子數字簽名方案的資金。研究人員表示，這可以通過比特幣的軟叉來實現。

此外，技術可以以多種方式使用。一些研究人員和組織將使用量子計算來進行令人費解的加密分析，但他們也可能使用量子計算來發展面部融合的量子加密術。事實上，一位年輕的研究人員在1970年提出了一項名為量子貨幣的理論建議，利用量子加密技術制造出不可偽造的紙幣。他的提議最初被否決，直到1983年才發表。這種量子貨幣是一個理論構想，但它表明，研究人員可以用強大的技術在許多不同的方向進行研究。量子計算也許能夠打破現有的不對稱加密學，并有助于發展一種新的量子加密學范式。

加密學的歷史是一個永遠不會結束的戰斗。戰斗一直持續到今天，而且和以前一樣激烈。