作者：上海交大教授、密碼學家 來學嘉
與密碼算法密不可分的區(qū)塊鏈
首先，區(qū)塊鏈是密碼算法搭起來的，所以說它和密碼算法是不可分割的。另一方面，反過來區(qū)塊鏈又對密碼學有貢獻，它對密碼學的發(fā)展提供了一些新的思路或者新的方向。最后捎帶提一些我們常用的術(shù)語，應(yīng)該怎么樣建立正確的認識。
區(qū)塊鏈本質(zhì)是什么呢，是全局分布而且同步的賬本，大家都有一個一樣的東西。這套東西能驗證賬本內(nèi)容，而這些內(nèi)容是每個人都可以驗證的。同時還能保證賬本中放的是交易，你又能驗證交易是不是合法。
說到區(qū)塊鏈不得不提到比特幣，因為區(qū)塊鏈是從比特幣來的。比特幣是分布式電子系統(tǒng)，利用網(wǎng)絡(luò)在沒有事先信任情況下實現(xiàn)交易支付。
比特幣的交易通過數(shù)字簽名鏈來實現(xiàn)，然后把這些交易記錄放到一個數(shù)據(jù)庫，一個共同驗證的數(shù)據(jù)庫，就是區(qū)塊鏈。密碼里有幾個基本的密碼函數(shù)，數(shù)字簽名、Hash函數(shù)還是最常用的，其中最古老的叫做加密，但比特幣沒有加密。
比特幣是什么東西，其實就是我們常說的地址。誰知道私鑰誰就擁有比特幣，因為我有私鑰，可以對它做操作，做支付，這就是交易。
支付就是很簡單，因為我有私鑰，可以選一個想給的人，把他的地址拿過來，把我的簽名和地址、錢綁到一起，就表明轉(zhuǎn)到他那兒。因為他有他的私鑰，可以用他的私鑰接著往下做交易。
持有者對前期交易和收款人的地址做簽名，就是交易。這個過程是可以公開驗證的，因為數(shù)字簽名的一個特性就是只有知道私鑰的人，才能夠生成簽名，而其他人都可以驗證，而且只能驗證，這樣的話就有一種抗抵賴的功能。
數(shù)字貨幣有一個很大的問題，就是copy的問題，因為一個文件和它的拷貝件是不可區(qū)分的，這樣的話，電子貨幣原則上完全可以重復(fù)使用。這樣的貨幣系統(tǒng)就失去了它的意義，所以需要一個方法防止雙花問題。
傳統(tǒng)解決方案是靠一個第三方，必須經(jīng)過銀行檢查這個錢是否用過。比特幣想了一個更好的辦法，為了防止重復(fù)花費，就把所有用過記錄全部公開，這樣的話就無法重復(fù)使用了。公開記錄的數(shù)據(jù)庫就叫做賬本，或者Blockchain，區(qū)塊鏈就是這樣來的。也就是說，區(qū)塊鏈是比特幣為了防止雙花，而提出的一種系統(tǒng)。
這個記賬的過程我們把它叫做挖礦，其實挖礦這個東西比較有意思在于，它做了好幾件事：
一，挖礦要驗證新出現(xiàn)的交易是合法的；
二，要把這些驗證過的交易記錄下來，放到賬本里面進行記賬，產(chǎn)生一個新的區(qū)塊鏈。
在產(chǎn)生新區(qū)塊的同時，實際上又生成新的貨幣。挖礦從密碼學角度講，它是很有意思的一個過程。最后，它又運用一個密碼函數(shù)，Hash函數(shù)單向性控制挖礦的速度。用代碼控制了挖礦的難度，實際上是控制Hash函數(shù)，函數(shù)碼0的個數(shù)，因為Hash是單向函數(shù)，計算的過程實際上是破譯的過程。破譯的難度可以控制，每10分鐘生成一個新的區(qū)塊。
密碼學——因為區(qū)塊鏈而更加“值錢”
看下來就知道了，區(qū)塊鏈就是用密碼算法搭起來的。經(jīng)過數(shù)字簽名的鏈保證交易正確，然后Hash函數(shù)保證完整性和不可篡改，保證數(shù)據(jù)可以驗證及其可信性。Hash函數(shù)單向性可以用來控制貨幣的生成速度，這是一方面。另一方面，區(qū)塊鏈的形成對密碼學又產(chǎn)生新的貢獻，做出我們一些過去做不到的事情。
有了區(qū)塊鏈以后，密碼學“值錢”了，過去密碼學是賠錢的，密碼是保護數(shù)據(jù)用的，成本比較高。但有了區(qū)塊鏈后，密碼學就變成值錢的東西。因為我們通過生成符合某些條件的Hash碼，經(jīng)過一些密碼函數(shù)計算結(jié)果變成了錢。同時，有了區(qū)塊鏈，有了比特幣這類應(yīng)用后，這些做密碼的人突然好像吃得開了，所以說密碼學“值錢”了。密碼函數(shù)還有勒索軟件，勒索軟件是什么東西，就是把密碼函數(shù)算一下，把你的文件變成一個密文，問你要比特幣。
真正從學術(shù)和技術(shù)上來講，密碼學真正貢獻在哪里呢，就是Non-Repudiation（不可否認性）。圖示這五個性質(zhì)是ISO定義的安全服務(wù)要素。保密性就是加密，認證真實性就是數(shù)字簽名，完整性就是Hash函數(shù)。Non-Repudiation是不可否認性、抗抵賴，數(shù)據(jù)函數(shù)只有一個性質(zhì)，其他人只能驗證。數(shù)字簽名為抗抵賴提供一個證據(jù)。
密碼學過去實現(xiàn)不了抗抵賴，區(qū)塊鏈出來之后就有意思了，你就發(fā)現(xiàn)區(qū)塊鏈本身提供了抗抵賴的平臺，因為區(qū)塊鏈就是我們現(xiàn)在可信第三方，大家都服從它。鏈上說什么就是什么，很自然就可以起到抗抵賴的作用，這也是比特幣中的雙花問題。
還有一種，我們過去做不到的事情是抗捏造。這件事情過去密碼算法也做不到，因為密碼學里用的是單向函數(shù)，必須已經(jīng)有了數(shù)據(jù)之后才能實現(xiàn)某些功能。區(qū)塊鏈就把你過去做的事情全部記下來，你想捏造，捏造不出來，大家只認賬上的東西?？傊畞碚f，區(qū)塊鏈就給密碼學中或者安全中需要的抗抵賴、抗捏造，從這個角度講提供了一套完整的解決方案。
安全服務(wù)里這一大塊實際上是密碼的東西，但有了區(qū)塊鏈后密碼學的作用又能更多一點，因為區(qū)塊鏈是由密碼函數(shù)構(gòu)造，對密碼學起了促進作用，在抗抵賴、抗捏造方面有了新的方法。
常用術(shù)語的正確理解
看了比特幣構(gòu)造之后，用了簽名、Hash就是沒有用加密，不管怎么說，首先基本的區(qū)塊鏈、比特幣沒有加密，盡量避免用加密貨幣這個詞。但是另一方面完全公開的內(nèi)容又讓區(qū)塊鏈應(yīng)用受到限制，很多人不愿意把他干的事情全部公開，讓每個人知道。我們現(xiàn)在干的事情就是把加密功能放到區(qū)塊鏈里，但這就麻煩了，區(qū)塊鏈特性是公開可驗證，參與人都可以驗證這件事情，我接受記賬才有效。
這時候用了保密，就是說驗證人看不到內(nèi)容，還要承認他，怎么辦呢，密碼學的方法就是零知識證明、環(huán)簽名等等，過去我們認為高精尖技術(shù)都堆到這里來了，雖然比較困難，但它又解決了很多實際問題。
很多人都在說區(qū)塊鏈的去中心化，仔細想想，區(qū)塊鏈根本沒有去中心，而是重新建立了一個中心，大家就認這個唯一的中心，更強的中心，就是鏈本身，大家只認數(shù)據(jù)。
或者說我們重新造一個上帝作為中心，所謂去中心，理解的角度是從比特幣來講。比特幣去掉了發(fā)行貨幣的銀行作為中心，也就是在交易時沒有中心了。但真正用區(qū)塊鏈實際上是創(chuàng)造出了一個中心。所以“去中心化”這個詞用起來也要當心。
無論是POW還是POS，真正共識、唯一的共識，就是我們參與者只認可最長鏈的內(nèi)容。POW、POS等等本質(zhì)上是記賬權(quán)，是在比特幣中挖礦的結(jié)果，挖礦的目的是為了驗證交易，同時因為驗證交易的行為獲取獎勵，就是創(chuàng)造新的比特幣。
什么叫公有鏈呢，公有鏈就是每個人都有記賬權(quán)，全民投票。聯(lián)盟鏈是只有大股東才有投票權(quán)、記賬權(quán)。私有鏈是老板記賬，回到中心化。有了這些東西后，再來看看公有、聯(lián)盟、私有角度，看看區(qū)塊鏈什么地方能用。從區(qū)塊鏈角度講，記賬功能和交易功能是相對獨立的兩件事情，也就是這邊記賬，那邊是賬本里交易。如果是公有鏈，交易也是公開的，那就是比特幣。
如果是私有鏈，交易也是私有，只有特定人才能干，其實就是數(shù)據(jù)庫，沒什么新鮮的。用得最多是聯(lián)盟鏈，有權(quán)限限制的各種交易和有權(quán)限限制的記賬功能。從應(yīng)用角度講，這句話很重要，即區(qū)塊鏈真正意義是什么，它重建了信任機制。
上個月天津海關(guān)的一個區(qū)塊鏈跨境貿(mào)易平臺上線，用的就是平安壹賬鏈，我剛好參與這個項目。這個項目干了什么事情呢，就是把境內(nèi)境外買方賣方，還有銀行、物流這些都放到一個鏈上。通過這個鏈，任何一方都可以看看相關(guān)的內(nèi)容是否可信。比如賣方，從買方購買記錄、物流記錄、銀行記錄等看出是否相信他，銀行也從記錄里看出是否給他貸款。
總結(jié)一下，密碼學搭建了區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈反過來給密碼學增加了新功能，以及從這個角度理解，一些常用的詞要如何正確使用。
