区块链加密方案

㈠ 区块链的故事 - 9 - RSA 算法

RSA 

迪菲与赫尔曼完美地解决了密钥分发的难题，从此，交换密钥就很简单了，爱丽丝与鲍勃完全可以可以在村头大喇叭里喊话，就能够交换出一个密钥。但加密的方式，依然是对称加密的。

DH 协议交换密钥虽然方便，但依然有一些不尽人意的麻烦处，爱丽丝还是要与鲍勃对着嚷嚷半天，二人才能生成密钥。当爱丽丝想要交换密钥的时候，若是鲍勃正在睡觉，那爱丽丝的情书，还是送不出去。

迪菲与赫尔曼在他们的论文中，为未来的加密方法指出了方向。 通过单向函数，设计出非对称加密，才是终极解决方案。 所谓非对称加密，就是一把钥匙用来合上锁，另一把钥匙用来开锁，两把钥匙不同。锁死的钥匙，不能开锁。开锁的钥匙，不能合锁。

麻省理工的三位科学家，他们是罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman），他们读了迪菲与赫尔曼的论文，深感兴趣，便开始研究。迪菲与赫尔曼未能搞定的算法，自他们三人之手，诞生了。

2002 年，这三位大师因为 RSA 的发明，获得了图灵奖。 但不要以为 RSA 就是他们的全部，这三位是真正的大师，每一位的学术生涯都是硕果累累。让我们用仰视的目光探索大师们的高度。

李维斯特还发明了 RC2, RC4, RC 5, RC 6 算法，以及著名的 MD2, MD3, MD4, MD5 算法。他还写了一本书，叫 《算法导论》，程序员们都曾经在这本书上磨损了无数的脑细胞。

萨莫尔发明了 Feige-Fiat-Shamir 认证协议，还发现了微分密码分析法。

阿德曼则更加传奇，他开创了 DNA 计算学说，用 DNA 计算机解决了 “旅行推销员” 问题。 他的学生 Cohen 发明了计算机病毒，所以他算是计算机病毒的爷爷了。他还是爱滋病免疫学大师级专家，在数学、计算机科学、分子生物学、爱滋病研究等每一个方面都作出的卓越贡献。

1976 年，这三位都在麻省理工的计算机科学实验室工作，他们构成的小组堪称完美。李维斯特和萨莫尔两位是计算机学家，他们俩不断提出新的思路来，而阿德曼是极其高明的数学家，总能给李维斯特和萨莫尔挑出毛病来。

一年过后，1977 年，李维斯特在一次聚会后，躺在沙发上醒酒，他辗转反侧，无法入睡。在半睡半醒、将吐未吐之间，突然一道闪电在脑中劈下，他找到了方法。一整夜时间，他就写出了论文来。次晨，他把论文交给阿德曼，阿德曼这次再也找不到错误来了。

在论文的名字上，这三位还着实君子谦让了一番。 李维斯特将其命名为 Adleman-Rivest-Shamir，而伟大的阿德曼则要求将自己的名字去掉，因为这是李维斯特的发明。 最终争议的结果是，阿德曼名字列在第三，于是这个算法成了 RSA。

RSA 算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易，但想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开，用作加密密钥。

例如，选择两个质数，一个是 17159，另一个是 10247，则两数乘积为 175828273。 乘积 175828273 就是加密公钥，而 （17159，10247）则是解密的私钥。

公钥 175828273 人人都可获取，但若要破解密文，则需要将 175828273 分解出 17159 和 10247，这是非常困难的。

1977 年 RSA 公布的时候，数学家、科普作家马丁加德纳在 《科学美国人》 杂志上公布了一个公钥：

114 381 625 757 888 867 669 235 779 976 146 612 010 218 296 721 242 362 562 842 935 706 935 245 733 897 830 597 123 563 958 705 058 989 075 147 599 290 026 879 543 541 

马丁悬赏读者对这个公钥进行破解。漫长的 17 年后，1994 年 4 月 26 日，一个 600 人组成的爱好者小组才宣称找到了私钥。私钥是：

p：3 490 529 510 847 650 949 147 849 619 903 898 133 417 764 638 493 387 843 990 820 577

q：32 769 132 993 266 709 549 961 988 190 834 461 413 177 642 967 992 942 539 798 288 533

这个耗时 17 年的破解，针对的只是 129 位的公钥，今天 RSA 已经使用 2048 位的公钥，这几乎要用上全世界计算机的算力，并耗费上几十亿年才能破解。

RSA 的安全性依赖于大数分解，但其破解难度是否等同于大数分解，则一直未能得到理论上的证明，因为未曾证明过破解 RSA 就一定需要作大数分解。

RSA 依然存在弱点，由于进行的都是大数计算，使得 RSA 最快的情况也比普通的对称加密慢上多倍，无论是软件还是硬件实现。速度一直是 RSA 的缺陷。一般来说只用于少量数据加密。 

RSA 还有一个弱点，这个在下文中还会提及。

在密码学上，美国的学者们忙的不亦乐乎，成果一个接一个。但老牌帝国英国在密码学上，也并不是全无建树，毕竟那是图灵的故乡，是图灵带领密码学者们在布莱切里公园战胜德国英格玛加密机的国度。

英国人也发明了 RSA，只是被埋没了。

60 年代，英国军方也在为密码分发问题感到苦恼。1969 年，密码学家詹姆斯埃利斯正在为军方工作，他接到了这个密钥分发的课题。他想到了一个主意，用单向函数实现非对称加密，但是他找不到这个函数。政府通讯总部的很多天才们，加入进来，一起寻找单向函数。但三年过去了，这些聪明的脑袋，并没有什么收获，大家都有些沮丧，这样一个单项函数，是否存在？

往往这个时候，就需要初生牛犊来救场了。科克斯就是一头勇猛的牛犊，他是位年轻的数学家，非常纯粹，立志献身缪斯女神的那种。 虽然年轻，但他有一个巨大优势，当时他对此单向函数难题一无所知，压根儿不知道老师们三年来一无所获。于是懵懵懂懂的闯进了地雷阵。

面对如此凶险的地雷阵，科克斯近乎一跃而过。只用了半个小时，就解决了这个问题，然后他下班回家了，并没有把这个太当回事，领导交代的一个工作而已，无非端茶倒水扫地解数学题，早点干完，回家路上还能买到新出炉的面包。他完全不知道自己创造了历史。科克斯是如此纯粹的数学家，后来他听闻同事们送上的赞誉，还对此感到有些不好意思。在他眼里，数学应该如哈代所说，是无用的学问，而他用数学解决了具体的问题，这是令人羞愧的。

可惜的是，科克斯的发明太早了，当时的计算机算力太弱，并不能实现非对称的加解密。所以，军方没有应用非对称加密算法。詹姆斯与科克斯把非对称加密的理论发展到完善，但是他们不能说出去，军方要求所有的工作内容都必须保密，他们甚至不能申请专利。

军方虽然对工作成果的保密要求非常严格，但对工作成果本身却不很在意。后来，英国通讯总部发现了美国人的 RSA 算法，觉得好棒棒哦。他们压根就忘记了詹姆斯与科克斯的 RSA。通讯总部赞叹之余，扒拉了一下自己的知识库，才发现自己的员工科克斯早已发明了 RSA 类似的算法。 官僚机构真是人类的好朋友，总能给人们制造各种笑料，虽然其本意是要制造威权的。

科克斯对此并不介怀，他甚至是这样说的：“埋没就埋没吧，我又不想当网红，要粉丝干嘛？那些粉丝能吃？” 原话不是这样的，但表达的意思基本如此。

迪菲在 1982 年专程去英国见詹姆斯，两人惺惺相惜，真是英雄相见恨晚。可惜詹姆斯依然不能透漏他们对 RSA 的研究，他只告诉了迪菲：“你们做的比我们要好。” 全球各国的科学家们，可以比出谁更好，但全球各国的官僚们，却很难比出谁更颟顸，他们不分高下。

区块链的故事 - 1

区块链的故事 - 2

区块链的故事 - 3

区块链的故事- 4

区块链的故事 - 5

区块链的故事 - 6

区块链的故事 - 7

区块链的故事 - 8

㈡ 区块链技术的六大核心算法

区块链技术的六大核心算法
区块链核心算法一：拜占庭协定
拜占庭的故事大概是这么说的：拜占庭帝国拥有巨大的财富，周围10个邻邦垂诞已久，但拜占庭高墙耸立，固若金汤，没有一个单独的邻邦能够成功入侵。任何单个邻邦入侵的都会失败，同时也有可能自身被其他9个邻邦入侵。拜占庭帝国防御能力如此之强，至少要有十个邻邦中的一半以上同时进攻，才有可能攻破。然而，如果其中的一个或者几个邻邦本身答应好一起进攻，但实际过程出现背叛，那么入侵者可能都会被歼灭。于是每一方都小心行事，不敢轻易相信邻国。这就是拜占庭将军问题。
在这个分布式网络里：每个将军都有一份实时与其他将军同步的消息账本。账本里有每个将军的签名都是可以验证身份的。如果有哪些消息不一致，可以知道消息不一致的是哪些将军。尽管有消息不一致的，只要超过半数同意进攻，少数服从多数，共识达成。
由此，在一个分布式的系统中，尽管有坏人，坏人可以做任意事情(不受protocol限制)，比如不响应、发送错误信息、对不同节点发送不同决定、不同错误节点联合起来干坏事等等。但是，只要大多数人是好人，就完全有可能去中心化地实现共识
区块链核心算法二：非对称加密技术
在上述拜占庭协定中，如果10个将军中的几个同时发起消息，势必会造成系统的混乱，造成各说各的攻击时间方案，行动难以一致。谁都可以发起进攻的信息，但由谁来发出呢?其实这只要加入一个成本就可以了，即：一段时间内只有一个节点可以传播信息。当某个节点发出统一进攻的消息后，各个节点收到发起者的消息必须签名盖章，确认各自的身份。
在如今看来，非对称加密技术完全可以解决这个签名问题。非对称加密算法的加密和解密使用不同的两个密钥.这两个密钥就是我们经常听到的”公钥”和”私钥”。公钥和私钥一般成对出现, 如果消息使用公钥加密,那么需要该公钥对应的私钥才能解密; 同样，如果消息使用私钥加密,那么需要该私钥对应的公钥才能解密。
区块链核心算法三：容错问题
我们假设在此网络中，消息可能会丢失、损坏、延迟、重复发送，并且接受的顺序与发送的顺序不一致。此外，节点的行为可以是任意的：可以随时加入、退出网络，可以丢弃消息、伪造消息、停止工作等，还可能发生各种人为或非人为的故障。我们的算法对由共识节点组成的共识系统，提供的容错能力，这种容错能力同时包含安全性和可用性，并适用于任何网络环境。
区块链核心算法四：Paxos 算法(一致性算法)
Paxos算法解决的问题是一个分布式系统如何就某个值(决议)达成一致。一个典型的场景是，在一个分布式数据库系统中，如果各节点的初始状态一致，每个节点都执行相同的操作序列，那么他们最后能得到一个一致的状态。为保证每个节点执行相同的命令序列，需要在每一条指令上执行一个“一致性算法”以保证每个节点看到的指令一致。一个通用的一致性算法可以应用在许多场景中，是分布式计算中的重要问题。节点通信存在两种模型：共享内存和消息传递。Paxos算法就是一种基于消息传递模型的一致性算法。
区块链核心算法五：共识机制
区块链共识算法主要是工作量证明和权益证明。拿比特币来说，其实从技术角度来看可以把PoW看做重复使用的Hashcash，生成工作量证明在概率上来说是一个随机的过程。开采新的机密货币，生成区块时，必须得到所有参与者的同意，那矿工必须得到区块中所有数据的PoW工作证明。与此同时矿工还要时时观察调整这项工作的难度，因为对网络要求是平均每10分钟生成一个区块。
区块链核心算法六：分布式存储
分布式存储是一种数据存储技术，通过网络使用每台机器上的磁盘空间，并将这些分散的存储资源构成一个虚拟的存储设备，数据分散的存储在网络中的各个角落。所以，分布式存储技术并不是每台电脑都存放完整的数据，而是把数据切割后存放在不同的电脑里。就像存放100个鸡蛋，不是放在同一个篮子里，而是分开放在不同的地方，加起来的总和是100个。

㈢ 区块链的加密技术

数字加密技能是区块链技能使用和开展的关键。一旦加密办法被破解，区块链的数据安全性将受到挑战，区块链的可篡改性将不复存在。加密算法分为对称加密算法和非对称加密算法。区块链首要使用非对称加密算法。非对称加密算法中的公钥暗码体制依据其所依据的问题一般分为三类:大整数分化问题、离散对数问题和椭圆曲线问题。第一，引进区块链加密技能加密算法一般分为对称加密和非对称加密。非对称加密是指集成到区块链中以满意安全要求和所有权验证要求的加密技能。非对称加密通常在加密和解密进程中使用两个非对称暗码，称为公钥和私钥。非对称密钥对有两个特点:一是其间一个密钥(公钥或私钥)加密信息后，只能解密另一个对应的密钥。第二，公钥可以向别人揭露，而私钥是保密的，别人无法通过公钥计算出相应的私钥。非对称加密一般分为三种首要类型:大整数分化问题、离散对数问题和椭圆曲线问题。大整数分化的问题类是指用两个大素数的乘积作为加密数。由于素数的出现是没有规律的，所以只能通过不断的试算来寻找解决办法。离散对数问题类是指基于离散对数的困难性和强单向哈希函数的一种非对称分布式加密算法。椭圆曲线是指使用平面椭圆曲线来计算一组非对称的特殊值，比特币就采用了这种加密算法。非对称加密技能在区块链的使用场景首要包含信息加密、数字签名和登录认证。(1)在信息加密场景中，发送方(记为A)用接收方(记为B)的公钥对信息进行加密后发送给

B，B用自己的私钥对信息进行解密。比特币交易的加密就属于这种场景。(2)在数字签名场景中，发送方A用自己的私钥对信息进行加密并发送给B，B用A的公钥对信息进行解密，然后确保信息是由A发送的。(3)登录认证场景下，客户端用私钥加密登录信息并发送给服务器，服务器再用客户端的公钥解密认证登录信息。请注意上述三种加密计划之间的差异:信息加密是公钥加密和私钥解密，确保信息的安全性；数字签名是私钥加密，公钥解密，确保了数字签名的归属。认证私钥加密，公钥解密。以比特币体系为例，其非对称加密机制如图1所示:比特币体系一般通过调用操作体系底层的随机数生成器生成一个256位的随机数作为私钥。比特币的私钥总量大，遍历所有私钥空间获取比特币的私钥极其困难，所以暗码学是安全的。为便于辨认，256位二进制比特币私钥将通过SHA256哈希算法和Base58进行转化，构成50个字符长的私钥，便于用户辨认和书写。比特币的公钥是私钥通过Secp256k1椭圆曲线算法生成的65字节随机数。公钥可用于生成比特币交易中使用的地址。生成进程是公钥先通过SHA256和RIPEMD160哈希处理，生成20字节的摘要成果(即Hash160的成果)，再通过SHA256哈希算法和Base58转化，构成33个字符的比特币地址。公钥生成进程是不可逆的，即私钥不能从公钥推导出来。比特币的公钥和私钥通常存储在比特币钱包文件中，其间私钥最为重要。丢掉私钥意味着丢掉相应地址的所有比特币财物。在现有的比特币和区块链体系中，现已依据实践使用需求衍生出多私钥加密技能，以满意多重签名等愈加灵敏杂乱的场景。

㈣ 区块链密码算法是怎样的

区块链作为新兴技术受到越来越广泛的关注，是一种传统技术在互联网时代下的新的应用，这其中包括分布式数据存储技术、共识机制和密码学等。随着各种区块链研究联盟的创建，相关研究得到了越来越多的资金和人员支持。区块链使用的Hash算法、零知识证明、环签名等密码算法:

Hash算法

哈希算法作为区块链基础技术，Hash函数的本质是将任意长度（有限）的一组数据映射到一组已定义长度的数据流中。若此函数同时满足：

（1）对任意输入的一组数据Hash值的计算都特别简单；

（2）想要找到2个不同的拥有相同Hash值的数据是计算困难的。

满足上述两条性质的Hash函数也被称为加密Hash函数，不引起矛盾的情况下，Hash函数通常指的是加密Hash函数。对于Hash函数，找到使得被称为一次碰撞。当前流行的Hash函数有MD5,SHA1,SHA2,SHA3。

比特币使用的是SHA256，大多区块链系统使用的都是SHA256算法。所以这里先介绍一下SHA256。

1、 SHA256算法步骤

STEP1：附加填充比特。对报文进行填充使报文长度与448模512同余（长度=448mod512），填充的比特数范围是1到512，填充比特串的最高位为1，其余位为0。

STEP2：附加长度值。将用64-bit表示的初始报文（填充前）的位长度附加在步骤1的结果后（低位字节优先）。

STEP3：初始化缓存。使用一个256-bit的缓存来存放该散列函数的中间及最终结果。

STEP4：处理512-bit（16个字）报文分组序列。该算法使用了六种基本逻辑函数，由64 步迭代运算组成。每步都以256-bit缓存值为输入，然后更新缓存内容。每步使用一个32-bit 常数值Kt和一个32-bit Wt。其中Wt是分组之后的报文，t=1,2,...,16 。

STEP5：所有的512-bit分组处理完毕后，对于SHA256算法最后一个分组产生的输出便是256-bit的报文。

2、环签名

2001年，Rivest, shamir和Tauman三位密码学家首次提出了环签名。是一种简化的群签名，只有环成员没有管理者，不需要环成员间的合作。环签名方案中签名者首先选定一个临时的签名者集合,集合中包括签名者。然后签名者利用自己的私钥和签名集合中其他人的公钥就可以独立的产生签名,而无需他人的帮助。签名者集合中的成员可能并不知道自己被包含在其中。

环签名方案由以下几部分构成：

（1）密钥生成。为环中每个成员产生一个密钥对(公钥PKi,私钥SKi)。

（2）签名。签名者用自己的私钥和任意n个环成员(包括自己)的公钥为消息m生成签名a。

（3）签名验证。验证者根据环签名和消息m,验证签名是否为环中成员所签,如果有效就接收,否则丢弃。

环签名满足的性质：

（1）无条件匿名性:攻击者无法确定签名是由环中哪个成员生成,即使在获得环成员私钥的情况下,概率也不超过1/n。

（2）正确性:签名必需能被所有其他人验证。

（3）不可伪造性:环中其他成员不能伪造真实签名者签名,外部攻击者即使在获得某个有效环签名的基础上,也不能为消息m伪造一个签名。

3、环签名和群签名的比较

（1）匿名性。都是一种个体代表群体签名的体制，验证者能验证签名为群体中某个成员所签，但并不能知道为哪个成员，以达到签名者匿名的作用。

（2）可追踪性。群签名中，群管理员的存在保证了签名的可追踪性。群管理员可以撤销签名，揭露真正的签名者。环签名本身无法揭示签名者,除非签名者本身想暴露或者在签名中添加额外的信息。提出了一个可验证的环签名方案,方案中真实签名者希望验证者知道自己的身份,此时真实签名者可以通过透露自己掌握的秘密信息来证实自己的身份。

（3）管理系统。群签名由群管理员管理，环签名不需要管理，签名者只有选择一个可能的签名者集合，获得其公钥，然后公布这个集合即可，所有成员平等。

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㈤ 区块链中现代密码学

1983年 - David Chaum描述的盲签
1997年 - Adam Back发明的HashCash（工作证明制度的一个例子）
2001年 - Ron Rivest，Adi Shamir和Yael Tauman向加密社区提出了环签名
2004年 - Patrick P. Tsang和Victor K.提出使用环签名系统进行投票和电子现金;
2008年 - 由Satoshi Nakamoto出版的Bitcoin白皮书
2011年 - 比特币系统中的匿名分析，Fergal Reid和Martin Harrigan
2012 - 目的地址比特币匿名（CryptoNote中的一次性地址）。

安全多方计算起源于1982年姚期智的百万富翁问题。后来Oded Goldreich有比较细致系统的论述。

姚氏百万富翁问题是由华裔计算机科学家、图灵奖获得者姚启智教授首先提出的。该问题表述为：两个百万富翁Alice和Bob想知道他们两个谁更富有，但他们都不想让对方知道自己财富的任何信息。该问题有一些实际应用：假设Alice希望向Bob购买一些商品，但她愿意支付的最高金额为x元；Bob希望的最低卖出价为y元。Alice和Bob都非常希望知道x与y哪个大。如果x>y，他们都可以开始讨价还价；如果z<y，他们就不用浪费口舌。但他们都不想告诉对方自己的出价，以免自己在讨价还价中处于不利地位。

该方案用于对两个数进行比较，以确定哪一个较大。Alice知道一个整数i；Bob知道一个整数j, Alice与B0b希望知道究竟i>=j还是j>i，但都不想让对方知道自己的数。为简单起见，假设j与i的范围为[1，100】。Bob有一个公开密钥Eb和私有密钥Db。

安全多方计算（Secure Multi-Party Computation）的研究主要是针对无可信第三方的情况下, 如何安全地计算一个约定函数的问题. 安全多方计算在电子选举、电子投票、电子拍卖、秘密共享、门限签名等场景中有着重要的作用。

同态加密（Homomorphic Encryption）是很久以前密码学界就提出来的一个Open Problem。早在1978年，Ron Rivest, Leonard Adleman, 以及Michael L. Dertouzos就以银行为应用背景提出了这个概念[RAD78]。对，你没有看错，Ron Rivest和Leonard Adleman分别就是著名的RSA算法中的R和A。

什么是同态加密？提出第一个构造出全同态加密（Fully Homomorphic Encryption）[Gen09]的Craig Gentry给出的直观定义最好：A way to delegate processing of your data, without giving away access to it.

这是什么意思呢？一般的加密方案关注的都是数据存储安全。即，我要给其他人发个加密的东西，或者要在计算机或者其他服务器上存一个东西，我要对数据进行加密后在发送或者存储。没有密钥的用户，不可能从加密结果中得到有关原始数据的任何信息。只有拥有密钥的用户才能够正确解密，得到原始的内容。我们注意到，这个过程中用户是不能对加密结果做任何操作的，只能进行存储、传输。对加密结果做任何操作，都将会导致错误的解密，甚至解密失败。

同态加密方案最有趣的地方在于，其关注的是数据处理安全。同态加密提供了一种对加密数据进行处理的功能。也就是说，其他人可以对加密数据进行处理，但是处理过程不会泄露任何原始内容。同时，拥有密钥的用户对处理过的数据进行解密后，得到的正好是处理后的结果。

有点抽象？我们举个实际生活中的例子。有个叫Alice的用户买到了一大块金子，她想让工人把这块金子打造成一个项链。但是工人在打造的过程中有可能会偷金子啊，毕竟就是一克金子也值很多钱的说… 因此能不能有一种方法，让工人可以对金块进行加工（delegate processing of your data），但是不能得到任何金子（without giving away access to it）？当然有办法啦，Alice可以这么做：Alice将金子锁在一个密闭的盒子里面，这个盒子安装了一个手套。工人可以带着这个手套，对盒子内部的金子进行处理。但是盒子是锁着的，所以工人不仅拿不到金块，连处理过程中掉下的任何金子都拿不到。加工完成后。Alice拿回这个盒子，把锁打开，就得到了金子。

这里面的对应关系是：盒子：加密算法盒子上的锁：用户密钥将金块放在盒子里面并且用锁锁上：将数据用同态加密方案进行加密加工：应用同态特性，在无法取得数据的条件下直接对加密结果进行处理开锁：对结果进行解密，直接得到处理后的结果同态加密哪里能用？这几年不是提了个云计算的概念嘛。同态加密几乎就是为云计算而量身打造的！我们考虑下面的情景：一个用户想要处理一个数据，但是他的计算机计算能力较弱。这个用户可以使用云计算的概念，让云来帮助他进行处理而得到结果。但是如果直接将数据交给云，无法保证安全性啊！于是，他可以使用同态加密，然后让云来对加密数据进行直接处理，并将处理结果返回给他。这样一来：用户向云服务商付款，得到了处理的结果；云服务商挣到了费用，并在不知道用户数据的前提下正确处理了数据；

聚合签名由Boneh等人提出，主要是通过聚合多个签名为一个签名，来提高签名与验证的效率。要对多个用户的数据进行签名，聚合签名能够极大地降低签名计算复杂度。CL就是聚合签名。

零知识证明过程有两个参与方，一方叫证明者，一方叫验证者。证明者掌握着某个秘密，他想让验证者相信他掌握着秘密，但是又不想泄漏这个秘密给验证者。

双方按照一个协议，通过一系列交互，最终验证者会得出一个明确的结论，证明者是或不掌握这个秘密。

对于比特币的例子，一笔转帐交易合法与否，其实只要证明三件事：

发送的钱属于发送交易的人
发送者发送的金额等于接收者收到金额
发送者的钱确实被销毁了
整个证明过程中，矿工其实并不关心具体花掉了多少钱，发送者具体是谁，接受者具体是谁。矿工只关心系统的钱是不是守恒的。

zcash 就是用这个思路实现了隐私交易。

零知识证明的三条性质对应：

（1）完备性。如果证明方和验证方都是诚实的，并遵循证明过程的每一步，进行正确的计算，那么这个证明一定是成功的，验证方一定能够接受证明方。
（2）合理性。没有人能够假冒证明方，使这个证明成功。
（3）零知识性。证明过程执行完之后，验证方只获得了“证明方拥有这个知识”这条信息，而没有获得关于这个知识本身的任何一点信息。

只有环成员，没有管理者，不需要环成员之间的合作，签名者利用自己的私钥和集合中其他成员的公钥就能独立的进行签名，不需要其他人的帮助，集合中的其他成员可能不知道自己被包含在了其中。
环签名可以被用作成一种泄露秘密的方式，例如，可以使用环形签名来提供来自“白宫高级官员”的匿名签名，而不会透露哪个官员签署了该消息。 环签名适用于此应用程序，因为环签名的匿名性不能被撤销，并且因为用于环签名的组可以被即兴创建。

1）密钥生成。为环中每个成员产生一个密钥对（公钥PKi，私钥SKi)
2）签名。签名者用自己的私钥和任意n个环成员的公钥为消息m生成签名a
3）签名验证。签名者根据环签名和消息m，验证签名是否是环中成员所签。如果有效就接收，如果无效就丢弃。

群签名的一般流程

盲数字签名（Blind Signature）简称盲签名——是一种数字签名的方式，在消息内容被签名之前，对于签名者来说消息内容是不可见的。1982年大卫·乔姆首先提出了盲签名的概念。盲签名因为具有盲性这一特点，可以有效保护所签署消息的具体内容，所以在电子商务和电子选举等领域有着广泛的应用。

类比例子：对文件签名就是通过在信封里放一张复写纸，签名者在信封上签名时，他的签名便透过复写纸签到文件上。

所谓盲签名，就是先将隐蔽的文件放进信封里，而除去盲因子的过程就是打开这个信封，当文件在一个信封中时，任何人不能读它。对文件签名就是通过在信封里放一张复写纸，签名者在信封上签名时，他的签名便透过复写纸签到文件上。

一般来说，一个好的盲签名应该具有以下的性质：

不可伪造性。除了签名者本人外，任何人都不能以他的名义生成有效的盲签名。这是一条最基本的性质。
不可抵赖性。签名者一旦签署了某个消息，他无法否认自己对消息的签名。
盲性。签名者虽然对某个消息进行了签名，但他不可能得到消息的具体内容。
不可跟踪性。一旦消息的签名公开后，签名者不能确定自己何时签署的这条消息。
满足上面几条性质的盲签名，被认为是安全的。这四条性质既是我们设计盲签名所应遵循的标准，又是我们判断盲签名性能优劣的根据。

另外，方案的可操作性和实现的效率也是我们设计盲签名时必须考虑的重要

因素。一个盲签名的可操作性和实现速度取决于以下几个方面：

1,密钥的长度；
2,盲签名的长度；
3,盲签名的算法和验证算法。
盲签名具体步骤
1,接收者首先将待签数据进行盲变换，把变换后的盲数据发给签名者。
2,经签名者签名后再发给接收者。
3,接收者对签名再作去盲变换，得出的便是签名者对原数据的盲签名。
4,这样便满足了条件①。要满足条件②，必须使签名者事后看到盲签名时不能与盲数据联系起来，这通常是依靠某种协议来实现的。

㈥ 区块链技术如何保障信息主体隐私和权益

隐私保护手段可以分为三类：
一是对交易信息的隐私保护，对交易的发送者、交易接受者以及交易金额的隐私保护，有混币、环签名和机密交易等。
二是对智能合约的隐私保护，针对合约数据的保护方案，包含零知识证明、多方安全计算、同态加密等。
三是对链上数据的隐私保护，主要有账本隔离、私有数据和数据加密授权访问等解决方案。
拓展资料：
一、区块链加密算法隔离身份信息与交易数据
1、区块链上的交易数据，包括交易地址、金额、交易时间等，都公开透明可查询。但是，交易地址对应的所用户身份，是匿名的。通过区块链加密算法，实现用户身份和用户交易数据的分离。在数据保存到区块链上之前，可以将用户的身份信息进行哈希计算，得到的哈希值作为该用户的唯一标识，链上保存用户的哈希值而非真实身份数据信息，用户的交易数据和哈希值进行捆绑，而不是和用户身份信息进行捆绑。
2、由此，用户产生的数据是真实的，而使用这些数据做研究、分析时，由于区块链的不可逆性，所有人不能通过哈希值还原注册用户的姓名、电话、邮箱等隐私数据，起到了保护隐私的作用。
二、区块链“加密存储+分布式存储”
加密存储，意味着访问数据必须提供私钥，相比于普通密码，私钥的安全性更高，几乎无法被暴力破解。分布式存储，去中心化的特性在一定程度上降低了数据全部被泄漏的风险，而中心化的数据库存储，一旦数据库被黑客攻击入侵，数据很容易被全部盗走。通过“加密存储+分布式存储”能够更好地保护用户的数据隐私。
三、区块链共识机制预防个体风险
共识机制是区块链节点就区块信息达成全网一致共识的机制，可以保障最新区块被准确添加至区块链、节点存储的区块链信息一致不分叉，可以抵御恶意攻击。区块链的价值之一在于对数据的共识治理，即所有用户对于上链的数据拥有平等的管理权限，因此首先从操作上杜绝了个体犯错的风险。通过区块链的全网共识解决数据去中心化，并且可以利用零知识证明解决验证的问题，实现在公开的去中心化系统中使用用户隐私数据的场景，在满足互联网平台需求的同时，也使部分数据仍然只掌握在用户手中。
四、区块链零知识证明
零知识证明指的是证明者能够在不向验证者提供任何有用的信息的情况下，使验证者相信某个论断是正确的，即证明者既能充分证明自己是某种权益的合法拥有者，又不把有关的信息泄漏出去，即给外界的“知识”为“零”。应用零知识证明技术，可以在密文情况下实现数据的关联关系验证，在保障数据隐私的同时实现数据共享。

㈦ 区块链之加密原理总结(一)

    先放一张以太坊的架构图：

    在学习的过程中主要是采用单个模块了学习了解的，包括P2P,密码学，网络，协议等。直接开始总结：

                秘钥分配问题也就是秘钥的传输问题，如果对称秘钥，那么只能在线下进行秘钥的交换。如果在线上传输秘钥，那就有可能被拦截。所以采用非对称加密，两把钥匙，一把私钥自留，一把公钥公开。公钥可以在网上传输。不用线下交易。保证数据的安全性。

        如上图，A节点发送数据到B节点，此时采用公钥加密。A节点从自己的公钥中获取到B节点的公钥对明文数据加密，得到密文发送给B节点。而B节点采用自己的私钥解密。

        2、无法解决消息篡改。

    如上图，A节点采用B的公钥进行加密，然后将密文传输给B节点。B节点拿A节点的公钥将密文解密。

        1、由于A的公钥是公开的，一旦网上黑客拦截消息，密文形同虚设。说白了，这种加密方式，只要拦截消息，就都能解开。

        2、同样存在无法确定消息来源的问题，和消息篡改的问题。

        如上图，A节点在发送数据前，先用B的公钥加密，得到密文1，再用A的私钥对密文1加密得到密文2。而B节点得到密文后，先用A的公钥解密，得到密文1，之后用B的私钥解密得到明文。

        1、当网络上拦截到数据密文2时， 由于A的公钥是公开的，故可以用A的公钥对密文2解密，就得到了密文1。所以这样看起来是双重加密，其实最后一层的私钥签名是无效的。一般来讲，我们都希望签名是签在最原始的数据上。如果签名放在后面，由于公钥是公开的，签名就缺乏安全性。

        2、存在性能问题，非对称加密本身效率就很低下，还进行了两次加密过程。

        如上图，A节点先用A的私钥加密，之后用B的公钥加密。B节点收到消息后，先采用B的私钥解密，然后再利用A的公钥解密。

        1、当密文数据2被黑客拦截后，由于密文2只能采用B的私钥解密，而B的私钥只有B节点有，其他人无法机密。故安全性最高。

        2、当B节点解密得到密文1后， 只能采用A的公钥来解密。而只有经过A的私钥加密的数据才能用A的公钥解密成功，A的私钥只有A节点有，所以可以确定数据是由A节点传输过来的。

        经两次非对称加密，性能问题比较严重。

        基于以上篡改数据的问题，我们引入了消息认证。经过消息认证后的加密流程如下：

        当A节点发送消息前，先对明文数据做一次散列计算。得到一个摘要, 之后将照耀与原始数据同时发送给B节点。当B节点接收到消息后，对消息解密。解析出其中的散列摘要和原始数据，然后再对原始数据进行一次同样的散列计算得到摘要1, 比较摘要与摘要1。如果相同则未被篡改，如果不同则表示已经被篡改。

        在传输过程中，密文2只要被篡改，最后导致的hash与hash1就会产生不同。

        无法解决签名问题，也就是双方相互攻击。A对于自己发送的消息始终不承认。比如A对B发送了一条错误消息，导致B有损失。但A抵赖不是自己发送的。

        在(三)的过程中，没有办法解决交互双方相互攻击。什么意思呢？ 有可能是因为A发送的消息，对A节点不利，后来A就抵赖这消息不是它发送的。

        为了解决这个问题，故引入了签名。这里我们将(二)-4中的加密方式，与消息签名合并设计在一起。

       在上图中，我们利用A节点的私钥对其发送的摘要信息进行签名，然后将签名+原文，再利用B的公钥进行加密。而B得到密文后，先用B的私钥解密，然后 对摘要再用A的公钥解密，只有比较两次摘要的内容是否相同。这既避免了防篡改问题，有规避了双方攻击问题。因为A对信息进行了签名，故是无法抵赖的。

        为了解决非对称加密数据时的性能问题，故往往采用混合加密。这里就需要引入对称加密，如下图:

        在对数据加密时，我们采用了双方共享的对称秘钥来加密。而对称秘钥尽量不要在网络上传输，以免丢失。这里的共享对称秘钥是根据自己的私钥和对方的公钥计算出的，然后适用对称秘钥对数据加密。而对方接收到数据时，也计算出对称秘钥然后对密文解密。

        以上这种对称秘钥是不安全的，因为A的私钥和B的公钥一般短期内固定，所以共享对称秘钥也是固定不变的。为了增强安全性，最好的方式是每次交互都生成一个临时的共享对称秘钥。那么如何才能在每次交互过程中生成一个随机的对称秘钥，且不需要传输呢？

        那么如何生成随机的共享秘钥进行加密呢？

        对于发送方A节点，在每次发送时，都生成一个临时非对称秘钥对，然后根据B节点的公钥 和 临时的非对称私钥 可以计算出一个对称秘钥(KA算法-Key Agreement)。然后利用该对称秘钥对数据进行加密，针对共享秘钥这里的流程如下：

        对于B节点，当接收到传输过来的数据时，解析出其中A节点的随机公钥，之后利用A节点的随机公钥 与 B节点自身的私钥 计算出对称秘钥(KA算法)。之后利用对称秘钥机密数据。

        对于以上加密方式，其实仍然存在很多问题，比如如何避免重放攻击(在消息中加入 Nonce )，再比如彩虹表(参考 KDF机制解决 )之类的问题。由于时间及能力有限，故暂时忽略。

        那么究竟应该采用何种加密呢？

        主要还是基于要传输的数据的安全等级来考量。不重要的数据其实做好认证和签名就可以，但是很重要的数据就需要采用安全等级比较高的加密方案了。

        密码套件 是一个网络协议的概念。其中主要包括身份认证、加密、消息认证(MAC)、秘钥交换的算法组成。

        在整个网络的传输过程中，根据密码套件主要分如下几大类算法：

        秘钥交换算法：比如ECDHE、RSA。主要用于客户端和服务端握手时如何进行身份验证。

        消息认证算法：比如SHA1、SHA2、SHA3。主要用于消息摘要。

        批量加密算法：比如AES, 主要用于加密信息流。

        伪随机数算法：例如TLS 1.2的伪随机函数使用MAC算法的散列函数来创建一个 主密钥 ——连接双方共享的一个48字节的私钥。主密钥在创建会话密钥（例如创建MAC）时作为一个熵来源。

        在网络中，一次消息的传输一般需要在如下4个阶段分别进行加密，才能保证消息安全、可靠的传输。

        握手/网络协商阶段：

        在双方进行握手阶段，需要进行链接的协商。主要的加密算法包括RSA、DH、ECDH等

        身份认证阶段：

        身份认证阶段，需要确定发送的消息的来源来源。主要采用的加密方式包括RSA、DSA、ECDSA(ECC加密，DSA签名)等。

        消息加密阶段：

        消息加密指对发送的信息流进行加密。主要采用的加密方式包括DES、RC4、AES等。

        消息身份认证阶段/防篡改阶段：

        主要是保证消息在传输过程中确保没有被篡改过。主要的加密方式包括MD5、SHA1、SHA2、SHA3等。

         ECC ：Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学。是一种根据椭圆上点倍积生成 公钥、私钥的算法。用于生成公私秘钥。

         ECDSA ：用于数字签名,是一种数字签名算法。一种有效的数字签名使接收者有理由相信消息是由已知的发送者创建的，从而发送者不能否认已经发送了消息(身份验证和不可否认)，并且消息在运输过程中没有改变。ECDSA签名算法是ECC与DSA的结合，整个签名过程与DSA类似，所不一样的是签名中采取的算法为ECC，最后签名出来的值也是分为r,s。 主要用于身份认证阶段 。

         ECDH ：也是基于ECC算法的霍夫曼树秘钥，通过ECDH，双方可以在不共享任何秘密的前提下协商出一个共享秘密，并且是这种共享秘钥是为当前的通信暂时性的随机生成的，通信一旦中断秘钥就消失。 主要用于握手磋商阶段。

         ECIES： 是一种集成加密方案,也可称为一种混合加密方案，它提供了对所选择的明文和选择的密码文本攻击的语义安全性。ECIES可以使用不同类型的函数：秘钥协商函数(KA)，秘钥推导函数(KDF)，对称加密方案(ENC)，哈希函数(HASH), H-MAC函数(MAC)。

         ECC 是椭圆加密算法，主要讲述了按照公私钥怎么在椭圆上产生，并且不可逆。 ECDSA 则主要是采用ECC算法怎么来做签名， ECDH 则是采用ECC算法怎么生成对称秘钥。以上三者都是对ECC加密算法的应用。而现实场景中，我们往往会采用混合加密(对称加密，非对称加密结合使用，签名技术等一起使用)。 ECIES 就是底层利用ECC算法提供的一套集成(混合)加密方案。其中包括了非对称加密，对称加密和签名的功能。

        ECC 是 Elliptic Curve Cryptography的简称。那么什么是椭圆加密曲线呢？Wolfram MathWorld 给出了很标准的定义： 一条椭圆曲线就是一组被  ​  定义的且满足  ​ ​ 的点集。  

这个先订条件是为了保证曲线不包含奇点。

所以，随着曲线参数a和b的不断变化，曲线也呈现出了不同的形状。比如:

        所有的非对称加密的基本原理基本都是基于一个公式 K = k*G。其中K代表公钥，k代表私钥，G代表某一个选取的基点。非对称加密的算法 就是要保证 该公式  不可进行逆运算( 也就是说G/K是无法计算的 )。

        ECC是如何计算出公私钥呢？这里我按照我自己的理解来描述。

         我理解，ECC的核心思想就是：选择曲线上的一个基点G，之后随机在ECC曲线上取一个点k(作为私钥)，然后根据k*G计算出我们的公钥K。并且保证公钥K也要在曲线上。

        那么k*G怎么计算呢？如何计算k*G才能保证最后的结果不可逆呢？这就是ECC算法要解决的。

        首先，我们先随便选择一条ECC曲线，a = -3, b = 7 得到如下曲线：

​        在这个曲线上，我随机选取两个点，这两个点的乘法怎么算呢？我们可以简化下问题，乘法是都可以用加法表示的，比如2*2 = 2+2，3*5 = 5+5+5。 那么我们只要能在曲线上计算出加法，理论上就能算乘法。所以，只要能在这个曲线上进行加法计算，理论上就可以来计算乘法，理论上也就可以计算k*G这种表达式的值。

        曲线上两点的加法又怎么算呢？这里ECC为了保证不可逆性，在曲线上自定义了加法体系。

        现实中，1+1=2，2+2=4，但在ECC算法里，我们理解的这种加法体系是不可能。故需要自定义一套适用于该曲线的加法体系。

         ECC定义，在图形中随机找一条直线，与ECC曲线相交于三个点(也有可能是两个点)，这三点分别是P、Q、R。

         那么P+Q+R = 0。其中0 不是坐标轴上的0点，而是ECC中的无穷远点。也就是说定义了无穷远点为0点。

        同样，我们就能得出 P+Q = -R。 由于R 与-R是关于X轴对称的，所以我们就能在曲线上找到其坐标。

        P+R+Q = 0, 故P+R = -Q , 如上图。

以上就描述了ECC曲线的世界里是如何进行加法运算的。

        从上图可看出，直线与曲线只有两个交点，也就是说 直线是曲线的切线。此时P,R 重合了。

        也就是P = R, 根据上述ECC的加法体系，P+R+Q = 0, 就可以得出 P+R+Q = 2P+Q = 2R+Q=0

        于是乎得到 2*P = -Q (是不是与我们非对称算法的公式 K = k*G 越来越近了)。

        于是我们得出一个结论，可以算乘法，不过只有在切点的时候才能算乘法，而且只能算2的乘法。

        假若 2 可以变成任意个数进行想乘，那么就能代表在ECC曲线里可以进行乘法运算，那么ECC算法就能满足非对称加密算法的要求了。

        那么我们是不是可以随机任何一个数的乘法都可以算呢？ 答案是肯定的。 也就是点倍积 计算方式。

        选一个随机数 k, 那么k * P等于多少呢？

        我们知道在计算机的世界里，所有的都是二进制的，ECC既然能算2的乘法，那么我们可以将随机数k描 述成二进制然后计算。假若k = 151 = 10010111

        由于2*P = -Q 所以 这样就计算出了k*P。 这就是点倍积算法 。所以在ECC的曲线体系下是可以来计算乘法，那么以为这非对称加密的方式是可行的。

        至于为什么这样计算 是不可逆的。这需要大量的推演，我也不了解。但是我觉得可以这样理解：

        我们的手表上，一般都有时间刻度。现在如果把1990年01月01日0点0分0秒作为起始点，如果告诉你至起始点为止时间流逝了 整1年，那么我们是可以计算出现在的时间的，也就是能在手表上将时分秒指针应该指向00：00：00。但是反过来，我说现在手表上的时分秒指针指向了00：00：00,你能告诉我至起始点算过了有几年了么？

        ECDSA签名算法和其他DSA、RSA基本相似，都是采用私钥签名，公钥验证。只不过算法体系采用的是ECC的算法。交互的双方要采用同一套参数体系。签名原理如下：

        在曲线上选取一个无穷远点为基点 G = (x,y)。随机在曲线上取一点k 作为私钥， K = k*G 计算出公钥。

         签名过程：

        生成随机数R, 计算出RG.

        根据随机数R,消息M的HASH值H,以及私钥k, 计算出签名S = (H+kx)/R.

        将消息M,RG,S发送给接收方。

         签名验证过程：

        接收到消息M, RG,S

        根据消息计算出HASH值H

        根据发送方的公钥K,计算 HG/S + xK/S, 将计算的结果与 RG比较。如果相等则验证成功。

         公式推论：

        HG/S + xK/S = HG/S + x(kG)/S = (H+xk)/GS = RG

        在介绍原理前，说明一下ECC是满足结合律和交换律的，也就是说A+B+C = A+C+B = (A+C)+B。

        这里举一个WIKI上的例子说明如何生成共享秘钥，也可以参考  Alice And Bob  的例子。

        Alice 与Bob 要进行通信，双方前提都是基于 同一参数体系的ECC生成的 公钥和私钥。所以有ECC有共同的基点G。

         生成秘钥阶段：

        Alice 采用公钥算法 KA = ka * G ，生成了公钥KA和私钥ka, 并公开公钥KA。

        Bob 采用公钥算法 KB = kb * G ，生成了公钥KB和私钥 kb, 并公开公钥KB。

         计算ECDH阶段：

        Alice 利用计算公式 Q = ka * KB  计算出一个秘钥Q。

        Bob 利用计算公式 Q' = kb * KA 计算出一个秘钥Q'。

         共享秘钥验证：

        Q = ka  KB = ka * kb * G = ka * G * kb = KA * kb = kb * KA = Q'

        故 双方分别计算出的共享秘钥不需要进行公开就可采用Q进行加密。我们将Q称为共享秘钥。

        在以太坊中，采用的ECIEC的加密套件中的其他内容：

        1、其中HASH算法采用的是最安全的SHA3算法 Keccak 。

        2、签名算法采用的是 ECDSA

        3、认证方式采用的是  H-MAC

        4、ECC的参数体系采用了secp256k1,  其他参数体系 参考这里

        H-MAC 全程叫做 Hash-based Message Authentication Code. 其模型如下：

在 以太坊 的 UDP通信时(RPC通信加密方式不同)，则采用了以上的实现方式，并扩展化了。

首先，以太坊的UDP通信的结构如下：

        其中，sig是 经过 私钥加密的签名信息。mac是可以理解为整个消息的摘要， ptype是消息的事件类型，data则是经过RLP编码后的传输数据。

        其UDP的整个的加密，认证，签名模型如下：

㈧ 什么是区块链加密算法

区块链加密算法（EncryptionAlgorithm）
非对称加密算法是一个函数，通过使用一个加密钥匙，将原来的明文文件或数据转化成一串不可读的密文代码。加密流程是不可逆的，只有持有对应的解密钥匙才能将该加密信息解密成可阅读的明文。加密使得私密数据可以在低风险的情况下，通过公共网络进行传输，并保护数据不被第三方窃取、阅读。
区块链技术的核心优势是去中心化，能够通过运用数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励等手段，在节点无需互相信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的点对点交易、协调与协作，从而为解决中心化机构普遍存在的高成本、低效率和数据存储不安全等问题提供了解决方案。
区块链的应用领域有数字货币、通证、金融、防伪溯源、隐私保护、供应链、娱乐等等，区块链、比特币的火爆，不少相关的top域名都被注册，对域名行业产生了比较大的影响。

㈨ 什么是区块链加密算法

这个是比特币的一个重要概念，比特币的底层技术区块链运用了很多优秀的加密算法来保证系统可靠性。具体的理解和操作可以去下载链派社区app，听一下里面讲师的课程，你就清楚了。

㈩ 区块链以什么方式保证数据安全

在区块链技术中，数字加密技术是其关键之处，一般运用的是非对称加密算法，即加密时的密码与解锁时的密码是不一样的。
简单来说，就是我们有专属的私钥，只要把自己的私钥保护好，把公钥给对方，对方用公钥加密文件生成密文，再将密文传给你，我们再用私钥解密得到明文，就能够保障传输内容不被别人看到，这样子，加密数据就传输完毕了。同时，还有数字签名为我们加多一重保障，用来证明文件发给对方过程中没有被篡改。
作为底层加密技术，区块链加密技术能够有效保障数据安全，改变当下数据易泄露、易被利用的现状，让个人信息数据得到全面的保护，也有望给物联网、大数据、信用监管、移动办公等领域带来亟需的改变。