密碼學是在加密貨幣，甚至在各個領域都有被運用的一種技術。

主要是市場先生在《加密貨幣圣經》一書及一些密碼學閱讀資料中的學習筆記，讓想了解加密貨幣安全性的人增加一些初步的認識。

本篇將以加密貨幣為主要案例，介紹密碼學如何運用在加密貨幣中。

密碼學是什么？

密碼學(英文：Cryptography)是一種密碼的技術，主要用來保護及隱藏資訊。密碼學的運用非常廣泛，例如我們匯款時，需要去手機收的簡訊驗證碼，就是密碼學的應用之一。

我們現(xiàn)在常聽到的加密貨幣也是密碼學的應用。

密碼學中，主要有三個技術運用在加密貨幣中，分別是加密(Encrypt)、雜湊(Hash function)、數(shù)位簽章(Digital signature )，

在很多加密貨幣白皮書或官方文件，我們都會經?？吹竭@些詞匯。

以下一一介紹。

密碼學的應用一：加密

加密就是把訊息加上密碼，能夠將看的懂的訊息，變成看不懂的訊息(例如一串文字+符號的組合)。

加密有分「對稱式加密」跟「不對稱式加密」，

簡單來說，對稱式加密就是加密/解密都采用同一把鑰匙(也就是加密貨幣里常聽的金鑰，因為英文是Key，所以中文被翻譯成鑰匙或金鑰)，不對稱加密就是加密/解密采用的是不同的鑰匙。

這里指的鑰匙不是我們常使用的那種家里鑰匙、車鑰匙…等，是指一個加密/解密的方法，可以想像是一個上面記載著密碼破解方式的一張紙。

對稱式加密

對稱式加密(英文：Symmetric-key algorithm)的加密與解密的金鑰是同一把，也就是用同一個方法，就可以完成加密與解密。

舉例來說，市場先生要發(fā)送一個訊息「Hello」并用每一個字母在鍵盤上右邊的字代替，看的懂的訊息就變成看不懂的訊息：Hello 變成Jr;;p，這樣就完成一個非常簡單的加密。

市場先生傳給同事這組字，同事把每一個字母還原，就知道訊息是Hello，這就是對稱式加密，加密與解密的方法都一樣，而「鍵盤上右邊的字代替」這個方法就是金鑰。

不對稱式加密

不對稱式加密(英文：Public-key cryptography)又稱公開金鑰加密，它加密與解密的金鑰是不一樣的，所以你(訊息接收方)需要打造兩把鑰匙：一把是公開金鑰、一把是私密金鑰。

不對稱式加密相較對稱式加密，比較不容易破解，所以這也是目前被廣泛使用的加密方式。

你可以把公開金鑰發(fā)給所有的人，讓大家都可以透過這個公開金鑰發(fā)送加密訊息給你。

私密金鑰只有你自己知道，所以只有你可以把透過公開金鑰發(fā)送給你的已加密訊息，透過私密金鑰解密。

不對稱式加密在加密貨幣上的運用

以比特幣為例，就是你可以打造一個公開金鑰，獲得一個公開的比特幣地址(有點像是銀行帳號)，任何人都可以透過這個公開金鑰轉比特幣給你，

但如果你要匯比特幣給別人，就需要私密金鑰簽署交易，才能夠成功把比特幣匯出。因為私密金鑰只有你才知道，所以有著身份驗證的功用，可以證明是「你」同意匯出比特幣。

私密金鑰的簽署，就是「數(shù)位簽章」的應用，這個之后會講到。

密碼學的應用二：雜湊

雜湊(英文：Hash function)的全名是雜湊函數(shù)，又稱雜湊演算法，是把不同長度的訊息，變成資料量固定的「值」的演算法。

雜湊函數(shù)有非常多種，例如由美·國國家·安·全·局研發(fā)的SHA系列、由美國密碼學家Ronald Linn Rivest所設計的MD5等。

舉例來說，用SHA系列中的SHA256為例：

上圖中這兩個訊息的長度不一樣，但都產生出相同資料長度的「值」，這個「值」又稱雜湊值(英文：Hash value)，它是獨一無二的(有些人會這個值為指 紋、摘要digest)。

因為雜湊函數(shù)可以產生固定長度的雜湊值，所以會被用在處理大量資料，另外，不同的訊息幾乎不可能有相同的雜湊值(說幾乎是因為以前有些雜湊函數(shù)已被破解)，所以雜湊函數(shù)也可以做驗證資料的應用。

雜湊函數(shù)中，運用在加密貨幣上的是「加密雜湊函數(shù)」，以下介紹。

加密雜湊函數(shù)

加密雜湊函數(shù)(英文：Cryptographic hash function)是一種雜湊函數(shù)，主要有幾個特性：

• 確定性：輸入同一個訊息，產生的雜湊值永遠都一樣。
• 獨特性：輸入不同的訊息，不可能有相同的雜湊值。 (如果有，就會產生雜湊碰撞collision，代表這個雜湊函數(shù)已經無法再使用)
• 長度固定：使用同一個雜湊函數(shù)，即使輸入不同的訊息也會產生一樣長度的雜湊值。
• 不可反向回推：你無法從產生的雜湊值回推原本的訊息。 (這也是加密跟雜湊最不一樣的地方)

加密雜湊函數(shù)常見的例子就是密碼，在網路上要登入某個帳戶，我們就必須輸入密碼，系統(tǒng)會對我們輸入的密碼進行加密雜湊函數(shù)的運算，產生雜湊值，再跟系統(tǒng)自己的雜湊值比對：

加密雜湊函數(shù)在加密貨幣上的運用

加密雜湊函數(shù)比特幣挖礦的過程、區(qū)塊鏈的連結區(qū)塊識別碼、數(shù)位簽章等等，都會運用到加密雜湊函數(shù)。

以下會以數(shù)位簽章為例，介紹雜湊的運用。

密碼學的應用三：數(shù)位簽章

數(shù)位簽章(英文：Digital signatures)是一個加密后的簽章，目的是用在驗證訊息的真實性。數(shù)位簽章并不會保密原始資訊，但可以幫助我們確認原始資訊發(fā)送者的身分，驗證該內容訊息是否真的是由某人發(fā)出的。

例如我們收到一份紙本文件，上面有老板的簽名，我們會認為這是老板提供給自己的文件(如果簽名沒被仿冒的話)。但在數(shù)位的世界，我們怎么確定一個訊息真的是老板發(fā)出的呢？要怎么辨識？數(shù)位簽章的功用不是為了保密這些訊息，而是為了幫我們確認訊息真的是由某人所發(fā)出的，而不是他人仿冒的。

數(shù)位簽章屬于是電子簽章的其中一種，但它并不是我們親手在電腦或平板上簽名的簽章。

要產生及驗證數(shù)位簽章，就需要用到不對稱式加密的技術，如果訊息太長，還會用到加密雜湊函數(shù)的計算。

數(shù)位簽章的原理

數(shù)位簽章屬于不對稱式加密反向的運用，也就是公開金鑰是用來解密、私密金鑰是用來加密。

數(shù)位簽章的原理有點復雜，以下分別以簽署人、驗證人的方式介紹：

• 簽署人將原始訊息用加密雜湊函數(shù)計算產生雜湊值
• 簽署人對雜湊值用私密金鑰加密，產生數(shù)位簽章
• 簽署人將數(shù)位簽章附在原始訊息上，并且公布公開金鑰

這時，因為簽署人公布了公開金鑰，所以任何一個人都可以用公開金鑰驗證這個數(shù)位簽章…

• 驗證人收到附上數(shù)位簽章的原始訊息
• 驗證人用公開金鑰解密數(shù)位簽章，獲得雜湊值
• 驗證人對拿掉數(shù)位簽章的原始訊息，進行加密雜湊函數(shù)的計算后，獲得雜湊值
• 驗證人將兩個獲得的雜湊值進行比對
• 如果兩個雜湊值相同，這個數(shù)位簽章就得到驗證

數(shù)位簽章在加密貨幣上的運用

要進行加密貨幣交易時，就需要用數(shù)位簽章來驗證交易，也因為加密貨幣的交易都會被記錄在區(qū)塊鏈上，所以任何一個人都可以用簽署人公布的公開金鑰去驗證交易。

另外，也能對簽署人有身份驗證的作用：

• 只有簽署人有私密金鑰，沒有任何一個人可以制作簽署人的數(shù)位簽章
• 也因為只有簽署人有私密金鑰，簽署人無法否定原本訊息不是他簽的

不只加密貨幣，目前數(shù)位簽章也被廣泛運用在各個領域中。

密碼學重點整理

1. 密碼學(Cryptography)是一種密碼的技術，主要用來保護及隱藏資訊。密碼學的運用非常廣泛，在加密貨幣中主要有加密、雜湊、數(shù)位簽章的運用。

2. 加密就是把訊息加上密碼，能夠將看的懂的訊息，變成看不懂的訊息。加密有分「對稱式加密」跟「不對稱式加密」，對稱式加密就是加密/解密都采用同一把鑰匙，不對稱加密就是加密/解密采用的是不同的鑰匙(公開金鑰、私密金鑰)。

3. 雜湊(Hash function)雜湊函數(shù)、雜湊演算法，是把不同長度的訊息，變成資料量固定的「值」的演算法。

4. 數(shù)位簽章(Digital signatures)是一個加密后的簽章，常被用在驗證訊息的真實性，屬于不對稱式加密反向的運用。將原本訊息用加密雜湊函數(shù)計算后獲得雜湊值，再用私密金鑰加密，就會產生數(shù)位簽章。驗證方需用公開金鑰解密數(shù)位簽章獲得雜湊值，再用加密雜湊函數(shù)計算原始訊息獲得的雜湊值進行比對，
一樣則驗證成功。

在閱讀許多加密貨幣白皮書等文件時，上述這些概念會經常被看到，

希望這篇解說，能讓大家對加密貨幣及區(qū)塊鏈基礎運作原理有更多了解。