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匿名性的前世今生:從羊皮紙到區塊鏈密碼學

匿名性的前世今生:從羊皮紙到區塊鏈密碼學

一、匿名性:旨在保護個人隱私的密碼學技術

1、定義


匿名,顧名思義,就是在交易過程中隱藏部分信息,通常包括部分匿名和完全匿名兩類。而匿名幣是目前區塊鏈行業中比較熱門的一類通證,指的是在交易過程中隱藏交易金額和往來賬戶信息的一種特殊的區塊鏈通證。

2、種類

● 部分匿名


部分匿名,即隱藏部分交易信息。主要包括兩類:匿名限制和部分信息匿名。

匿名限制是指對于指定機構,會顯示交易的部分信息,而對于其他用戶,則會隱藏全部交易信息。

部分信息匿名是指隱藏部分交易信息,這部分信息可以是賬戶、交易過程和交易往來賬戶的其中一項或者多項。

● 完全匿名

即是指交易前后及過程中的所有數據、交易金額和流程都不公開,具有幾乎完全匿名的數字資產特性。

3、主要用途

匿名交易目前主要適用于商業應用場合,包括投競標、大額錢款轉賬等需要高度隱私的商業活動。

4、主要技術原理

匿名性的前世今生:從羊皮紙到區塊鏈密碼學
 
5、匿名幣的必要性

很早之前,作為囊括世上大部分IT精英的密碼朋克社區,就一直在嘗試開發匿名貨幣。原因在于傳統貨幣和支付手段都是靠第三方政府和銀行進行信用背書,而且對每個參與支付的用戶都要求實名制,包括通過銀行卡和ID進行的身份驗證,特別是隨著大數據時代的到來,所有人在數據面前,都是透明人,這讓很多人覺得自己的隱私受到了侵犯。這也是比特幣等數字資產逐漸出現在大眾視野中的原因,因為它們的地址不會綁定用戶身份信息,也無需實名認證,因此能保障一部分個人隱私。

但隨著比特幣公開程度的深化,其匿名性開始顯露出其存在的一些局限性。包括線上交易地址的可追溯性,會曝光某一地址相關聯的交易地址和交易記錄;而線下交易更會將錢包地址和真實身份相關聯,查詢到雙方地址的所有交易記錄。此外,雖然目前也有很多第三方提供混幣服務以幫助匿名,但相當于匿名限制,效果也較為有限。

二、發展沿革:從羊皮紙到密碼機器

1、密碼學概述


密碼學,顧名思義,就是對傳達內容和信息進行保護。根據維基百科的釋義,密碼學一詞源自于希臘語,早在公元前400多年就已經產生,是專門研究保密通信,保護傳送信息以防止第三方對信息竊取的一門學科,包括密碼編碼學和密碼分析學,主要分為古典密碼學和現代密碼學。當然,如果把戰爭時期密集使用密碼學的時間段單獨來看的話,也可以作為近代密碼學,在現代密碼學類別里做一個時間上的劃分。

2、密碼學的發展歷程

● 古典密碼學


古典密碼學主要使用文字替換的方式來達到保密的作用,最早的實際應用可以追溯到公元前60年古羅馬時期的凱撒密碼。當時的凱撒作為羅馬的執政官,深知核心軍事信息保密對一場戰役的重要性,于是凱撒設計了一種專門用在軍事上的轉換文字,主要采用了單表替換加密技術,即明文中所有字母都在字母表上向前或向后移動若干位,所以即使信息被敵方獲取也不一定能看懂,這就是最早用于實踐的密碼案例,也是著名的凱撒密碼。

雖然當時凱撒的敵人沒有意識到這種加密手段,但后來由于字母移位存在一定的限制,以及改良后的隨機移位字母表在一定的背景下也較容易被破解,后來也隨著蘇格蘭掉頭女王的慘劇落下帷幕。

除了著名的凱撒密碼,還有另外5種古典加密方式,包括:

● 近代密碼學

近代密碼學可以看做是現代密碼學的一部分,只是在時間上進行了一個劃分,將戰爭集中使用密碼學的時期單獨分開來看。

談起近代密碼學,不得不談維熱納爾密碼。雖然維熱納爾密碼在1586年就被設計出來了,但直到200年后莫爾斯電碼開始流行,這個密碼才開始進入人們的視野。因此,按照其應用的時間段,將其納入近代密碼學無可厚非。曾經,維熱納爾的《密碼理論》也被稱作“不可破譯”的密碼,直到1854年被建立現代計算機理論框架的查爾斯·巴貝奇破譯。

說起來還多虧了一個妄圖以僥幸心理獲取專利的牙醫,如若不是當時他重新包裝了維熱納爾密碼,并且為難巴貝奇破解密碼,那么維熱納爾密碼可能需要等大約10年的時間才能被卡西斯基破譯。而在當時的美國南北戰爭期間,南方聯軍一直使用的就是維熱納爾密碼,雖然早已經被破譯了,但由于當時沒有大規模發表,所以北方政府一直占據著情報獲取上的優勢,如果維熱納爾密碼那時沒有被破譯,或許南北內戰的時間還會更長一點吧。

而近代密碼學被頻繁使用還是二戰時期。1918年,在一戰即將結束的時候,德國人亞瑟·謝爾比烏斯參考科赫的構想后設計出了一種密碼機器,也就是后來世界聞名的Enigma。Enigma是一種多表替換的加密實踐,其加密核心是3個轉輪。每個轉輪的外層邊緣都寫著26個德文字母,用以表示26個不同的位置,而經過轉輪內部不同導線的連接,改變輸入和輸出的位置,從而進行加密。一個3轉輪的Enigma機器,能進行17576中不同的加密變化。Enigma在二戰中作為德國海陸空三軍最高級的密碼機,曾一度在二戰前期勢不可擋。當時的Enigma較剛設計出來的原始形態做了一些改變,使用了3個正規輪和1個反射輪,極大提高了軍事信息的安全性。

但是1939年,當二戰剛剛拉開序幕,波蘭密碼學家馬里安·雷耶夫斯基、杰爾茲·羅佐基和亨里克·佐加爾斯基就將破譯Enigma的研究成果共享給英國盟友,幫了很大的忙。然而在德國和波蘭、英國的密碼學戰爭較量中,還有兩個人我們不能忽視,一個是英國密碼破譯專家諾克斯,一個是圖靈。如果說波蘭對Enigma的破譯奠定了二戰密碼破譯的基礎,那圖靈、諾克斯和他們的團隊就是二戰破譯德軍密碼的核心力量。德國對Enigma不斷進行編碼程序的變更和改進,圖靈團隊就不斷對德國的密碼機器進行研究、模仿和破譯,最終制作了能破譯德國情報的密碼機,命名為“炸彈”。從此,有了“炸彈”的助力,德軍在二戰中的極大多數行動,都源源不斷的從圖靈團隊傳到英國軍事指揮中心,幫助英軍取得勝利,減少戰爭損失。可以說,二戰的轉機也與密碼機的破譯有很大的關系,但是至于為什么密碼機早就被破譯了,但是戰爭還持續了6年之久,這就與當時同盟國的政策和軍事策略有很大關系了,畢竟密碼學只是一個助力。

● 現代密碼學

現代密碼學主要是依據密碼學建立了理論基礎,成為一門科學來判定。1949年,香農發布了一篇名為《保密系統的信息理論》的論文,將信息論引入,提出了混淆和擴散兩大設計原則,奠定了密碼學的相對成體系的理論基礎。香農的密碼學理論偏向對稱密碼學,分成分組密碼和流密碼。分組加密是將明文分成多個等長的模塊,使用確定的算法和對稱密鑰對每組分別加密,應用于軟件類加密,比如電子郵件加密和銀行交易轉賬加密等;而流密碼是加密和解密雙方使用相同的偽隨機加密數據流作為密鑰,通常是對一個位進行加密操作,由于實際操作相對更困難,所以通常用于硬件加密。

雖然在1949年,密碼學就開始有了一定的理論雛形,但是由于受到歷史和現實條件的局限,主要還是政府機關和軍事指揮處應用的更為廣泛。而密碼學真正意義上開始進入發展期還是從七十年代中期。1976年,美國密碼學家迪菲和赫爾曼發表了一篇名為《密碼學的新方向》,開啟了公鑰密碼體制的新篇章,是當代。主要采用了將加密和解密兩個相關密鑰單獨操作,加密密鑰是公開的,稱為“公鑰”,不僅可以公開算法,連密鑰也可以公開,而解密密鑰專屬于用戶,稱為“私鑰”,兩種密鑰相關而存異,基于一種特殊的單向陷門函數,不再是簡單的表單替代和置換,使得保密程度又上升了一個層次。1977年美國官方頒布了數據加密標準DES用于非國家保密機關,形成了密碼學行業的初期規范,并將密碼學推向更廣泛的應用。而最經典的公鑰加密算法莫過于1978年由美國麻省理工出身的里維斯特、沙米爾和阿德曼在數論方法上構造的RSA算法,更偏向非對稱加密,目前是安全系數較高的一種加密算法,也是迄今為止最成熟的公鑰密碼體制。

談到這里,我們可以看到,密碼學終于開始與區塊鏈的加密技術在表面上呈現出一定的相關性了。因為區塊鏈里最普遍使用的加密技術就是利用了RSA的非對稱加密技術,每個用戶的收款地址就是公鑰,同時也需要使用私鑰進行簽名,對信息進行非對稱加密,保障其安全性。

隨著時間的發展以及人們對隱私和自由的追求,由極客組成的密碼朋克開始探索匿名通訊、匿名交易、盲簽名技術和數字資產,追求建立在個人意愿上的隱私暴露。因此,就有了創建了匿名數字現金eCash和盲簽名技術的數字資產先驅大衛·查姆,以及后來我們所知道的在區塊鏈行業中廣泛使用的比特幣、時間戳、分布式存儲等技術。當然,這里就暫不贅述目前匿名幣主要應用的幾項技術了,這些在主要技術原理和主流匿名幣對比中我們會再詳細敘述。

三、技術應用:匿名幣的主要數據對比

1、現存的匿名幣

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2、目前主流匿名幣分析

1) 技術優劣勢對比

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2)關鍵數據對比

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參考資料:

[1]. 維基百科:密碼學

[2]. 秦隴紀,《密碼學歷史及近40年人物技術里程碑》

[3]. 孫雪,《密碼學的發展史》

來源:達令智庫

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