什么是非對稱加密？原理、應用與區(qū)塊鏈實踐
非對稱加密屬于密碼學范疇，是一種可以對信息進行加密和解密的算法。它的運行需要一個公鑰和一個私鑰，公鑰用于公開給其他人，私鑰需要自己保存，兩個密鑰可以互相加密、解密。由于加密的密鑰與解密的密鑰不是同樣的而產生了非對稱性，因此被稱為非對稱加密。
與之對應是加密解密使用同一密鑰的算法，對稱加密算法。比如把單詞“gate”使用AES對稱加密算法加密可以得到字符串U2FsdGVkX18fop1iGBPzNdnADZ57AJxOn+wEBSIUAG4。反之密文也可以通過AES對稱加密算法解密得出原字符串gate。在早期，發(fā)送加密電報使用的就是這種對稱加密算法。這種方式解密過程簡單且速度快，但加密方法被泄露后，很容易將截獲的信息破譯出來，安全性不高。
非對稱加密算法的安全性相比對稱加密算法要高，但是由于運行復雜，效率比對稱加密算法要低一些。我們通過一個例子來簡單理解：假設Jim想給Bob使用非對稱加密的方式發(fā)送一條信息，需要經過以下過程：
1.Jim與Bob都需要產生一對公鑰和私鑰；
2.Jim的公鑰發(fā)送給Bob，私鑰自己保存；Bob的公鑰發(fā)送給Jim，私鑰自己保存；
3.Jim向Bob發(fā)信息時，使用Bob的公鑰加密信息；
4.Bob收到消息后，使用自己的私鑰即可解密查閱。
非對稱加密在區(qū)塊鏈中的應用
非對稱加密算法是區(qū)塊鏈中主要應用的加密算法，它的應用場景主要包括信息加密、數(shù)字簽名、登錄認證及數(shù)字證書等，其在區(qū)塊鏈中的價值是公鑰和私鑰來識別發(fā)信者和接收者的身份。
- 信息加密：確保信息的安全性。發(fā)信者手里的是公鑰，其它人知道公鑰沒有關系，因為其它人發(fā)來的信息對收信者沒有影響。而收信者手里的是私鑰，且是唯一能夠解開加密信息的人。比特幣交易的加密技術即屬于此場景。
- 數(shù)字簽名：確保信息的歸屬性。為了表明信息沒有受到偽造且確實是信息擁有者發(fā)出來的，數(shù)字簽名附在信息原文的后面。就像手寫的簽名一樣，具有唯一性性和簡潔性。
- 登錄認證：是由客戶端使用私鑰加密登錄信息后，發(fā)送給服務器，后者接收后采用該客戶端的公鑰解密并認證登錄信息。
- 數(shù)字證書：確保公鑰的合法性。為了發(fā)信者驗證從網上獲取的公鑰是真的，而生成的第三方機構CA (Certificate Authority)來保障公鑰合法性。信息原文的所有者在發(fā)布信息時，除了需要帶上自己的數(shù)字簽名外還需要數(shù)字證書，這才能確保信息不被篡改。
比特幣的非對稱加密算法如何運行
在比特幣區(qū)塊鏈中使用的非對稱加密算法為橢圓曲線加密算法。這也是目前區(qū)塊鏈常用的一種非對稱加密算法，簡稱ECDSA，其中EC是“橢圓曲線”的簡稱，DSA是“數(shù)字簽名算法”的簡稱。
在對橢圓曲線的參數(shù)確定上，比特幣系統(tǒng)又使用了名為SECP256k1的曲線參數(shù)，這樣在運作中系統(tǒng)隨機得出32個字節(jié)的私鑰，然后通過橢圓曲線數(shù)字簽名算法（使用SECP256k1曲線）得出公鑰，再運作多次哈希算法得出公鑰哈希，并結合版本號等形成了最終的賬戶地址。
用一個簡單的例子來說。
比如隨機生成兩個質數(shù)（152，891）拼成一個6位數(shù)的“私鑰”152891，而生成“公鑰”的規(guī)則是這兩個質數(shù)相乘152x891=135432。這時網絡上的人都可以拿到這個“公鑰”。當你想讓這個數(shù)據(jù)僅被你一人修改時，可以在這個數(shù)據(jù)「“公鑰”135432」后面加一個說明：只有私鑰的左三位數(shù)字乘以右三位的數(shù)字等于公鑰，才可以被修改。
如果網絡上有黑客想要不經過同意篡改數(shù)據(jù)，即使他知道“私鑰”生成“公鑰”的方式是兩個質數(shù)相乘，但他也不知道是哪兩個質數(shù)。因此他為了找到“公鑰”135423的私鑰只能用最直接的方式一個個嘗試：001x02，......，998x999等。當質數(shù)很大時這個過程是很困難的。
這樣的例子是比較簡單的，用計算機可以直接從“公鑰”算出來上述例子的“私鑰”。但比特幣系統(tǒng)使用的橢圓曲線算法從“私鑰”產生“公鑰”是現(xiàn)有技術很難破解的。因為其質數(shù)很大。并且，比特幣系統(tǒng)中私鑰解密過程是通過一種逆波蘭表示法的堆棧執(zhí)行語言實現(xiàn)的。
橢圓曲線
私鑰可以推導出公鑰和公鑰哈希，但公鑰和公鑰哈希卻不能推導出私鑰。因此私鑰需要用戶好好保管，一旦丟失私鑰，就相當于賬戶里的資產拿不回來了。
常見的非對稱加密算法
非對稱算法是區(qū)塊鏈運行的基礎。除了比特幣及以太坊等區(qū)塊鏈使用的橢圓曲線加密算法外，以下幾種不同的加密算法也在區(qū)塊鏈中較為常見。
RSA（Rivest Shamir Adleman）算法：因其難以破解的特點在數(shù)字加密和數(shù)字簽名領域被廣泛應用。在RSA算法中，使用公鑰私鑰都可以對信息加密，公鑰加密（防止信息被盜?。﹦t私鑰解密，私鑰加密（防止信息被篡改）則公鑰解密（數(shù)字簽名）。理論上，RSA算法中密鑰位數(shù)越長，其破解難度越高（未排除量子計算）。所以目前業(yè)界普遍使用的密鑰不低于2048位。
DSA數(shù)字簽名算法（Digital Signature Algorithm）：這種算法無法對信息進行加密或者解密，主要運用于對加密信息進行簽名和認證。安全程度和RSA算法一樣高，但處理速度更快。
ECC橢圓曲線加密算法（Elliptic-curve Cryptography）：加密過程源于數(shù)學中的橢圓曲線。相較于RSA算法，ECC算法加密和解密速度更快，單位安全強度更高。同樣的密鑰長度，ECC算法具有最高的安全性。
結語
密碼學是支撐區(qū)塊鏈系統(tǒng)運行的基礎技術之一，現(xiàn)已成為現(xiàn)代計算機安全中不可或缺的一部分，也是日益發(fā)展的加密貨幣生態(tài)系統(tǒng)的關鍵組成部分。隨著密碼學的不斷發(fā)展，在未來的計算機安全及加密貨幣安全驗證方面，對稱與非對稱加密算法在抵御各類威脅上會有更大的作用。
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