比特币前传：70年代——密码学三剑客传奇

第一节前言

如果你问人们比特币或加密货币从何而来？ 你会得到很多答案，如果他们是正确的，他们很可能对事实含糊不清。 很多人不知道的是，比特币是密码朋克运动的产物。 它起源于 70 年代，但始于 90 年代，与美国政府围绕数字自由的不公正作斗争，并开创了现代个人隐私权。

虽然你可以很容易地通过谷歌等搜索引擎找到关于密码朋克的信息，但除非你了解运动本身的历史背景和意义，否则你可能很难深入了解整个画面。 你一定知道密码朋克运动是谁发起的？ 这些想法从何而来？

其实早在比特币出现之前，就有一系列的加密货币技术和哲学观点充斥着各个技术圈。

为此，我将撰写一系列文章，重点关注密码学、所有加密货币的基础机制，以及随着时间的推移发展起来的隐私保护哲学观点。 我们将逐个十年地探索 70 年代、80 年代、90 年代和千禧年。

本系列将分以下几个部分进行讲解：

第 1 部分 - 70 年代：密码学知识如何随着公钥密码学的发布而民主化

第二部分 - 80 年代：去中心化服务、匿名通信网络和数字现金的起源

第三部分 - 90 年代：密码朋克的兴起

第 4 部分 - 千年：密码朋克运动中出现的新技术和应用

第五部分——比特币：比特币和早期数字货币的设计

本系列将是一篇长篇读物。 它既不是一本为市场人员普及知识的小册子，也不是一篇中篇小说，更不是一篇普通的短小有趣的散文。 要真正理解这些内容，历史背景非常重要，花时间学习和理解这些知识将是一项重要的投资，对您在数字货币投资领域驰骋具有重要的参考价值。

介绍

我们从哪里开始了解加密货币及其历史？

首先，我想谈谈 70 年代和公钥密码学的创建。 虽然你可能会嘲笑 70 年代布满灰尘的黑白图像，就像我刚开始学习密码学时所做的那样，但你必须意识到这十年对密码学近 40 年的重要性。

直到 1970 年代，加密技术主要由军方用来保护军事通信。 密码学研究主要由情报机构（如 GCHQ、NSA 等）或由政府或军方许可的研究实验室（如 IBM）进行。 尽管一小部分密码学用于商业用途，但公众对它知之甚少。 这时，赫尔曼、迪菲和默克尔三位密码学家发布的公开密码学打破了现代密码学的局面。 他们的研究工作首次引起了人们对密码学的广泛关注。

什么是公钥加密？

密码学是一种保护信息不被“敌人”或无权获取信息的人窃取的做法。 它是确保信息真实性和完整性的根本机制，也是最终使区块链和加密货币成为可能的技术。

公钥密码学是密码学使用的转变，现在可以保护大多数加密货币协议。

公钥是如何工作的？

本质上，公钥加密允许人们通过不安全的渠道将加密信息发送到公共地址。 并且只有拥有公钥对应私钥的人才有权访问和解密信息。 私钥还用于对发出的信息进行签名和验证，以验证其来源的合法性，比如现在非常流行的CA证书。

在加密货币的情况下，虽然人们可以将比特币发送到公共地址并查看一个帐户持有多少比特币，但只有相应私钥的所有者才能使用（例如发送）比特币。

三位早期密码学家的故事

1970年代，出现了三位重要的密码学家，Martin Hellman、Whitfield Diffie和Ralph Merkle，他们为打破军方和政府对密码学知识的控制做出了杰出贡献：

马丁赫尔曼的故事。

海尔曼由他的父亲抚养长大，父亲是一名高中物理老师。 他记得：

“我父亲在书架上放了一些书，我会拿出来阅读。其中包括 Ganot 的物理学，这是他从 1890 年代买的一本旧物理教科书。显然，这本书对他来说也是古董。以及科学实践我七年级做的project就是受这本书的启发。所以，我从小就对科学有浓厚的兴趣，但对密码学没有兴趣。特别冷，我喜欢数学。”

早期事业

赫尔曼对科学产生兴趣后，他选择了在纽约大学学习电气工程，并于 1967 年在斯坦福大学完成了电气工程硕士学位。他非常适合学术，并且在学校度过了愉快的时光。

也许他在某个时候学习过密码学，但直到那时他才与计算机科学领域有太多联系。 相反，他以事业为导向，很早就规划了自己的生活：他设想在 35 岁结婚，然后在这之前周游世界并在大公司的管理部门工作。

22 岁时，他开始攻读博士学位。 一种叫做“决策逻辑”的神秘思维方式。

具有讽刺意味的是，在攻读博士学位的第一年，他就结了婚。 这并没有让他放慢脚步，在开始攻读博士学位的两年内，24 岁的他取得了早期的突破。 他发表了论文《学习有限记忆》。

之后，他继续自己设计的宏伟人生计划，前往IBM工作。

Harry Feistel 和 Peter Elias 的早期影响

在获得博士学位、赚更多钱的公司工作和环游世界之间，他决定，“不，我不想成为穷人。” 因此，他去了 IBM 在纽约 Thomas J. Watson 研究中心工作。 Hellman 在模式识别部门工作，机器识别技术从照片中识别数字（验证码）。

尽管 Hellman 的工作与密码学无关，但 IBM 有自己的部门专门从事密码学研究。 在系里，他认识了一位名叫 Horst Feistel 的德国研究员，并结下了深厚的友谊，后者向 Hellman 介绍了密码学。 他们经常一起吃午饭，讨论密码学和看似无法解决的问题。 Hellman 认为 Feistel 是他早期影响最大的人之一，并为后来为政府设计数据加密标准 (DES) 奠定了基础。

随着他心理的成熟和妻子的怀孕，他问自己，“我是真的想环游世界，还是想多陪陪家人？”。 这是几乎每个人都面临的永恒难题：妻子、孩子和金钱。

择业后，他成为了麻省理工学院电气工程系的助理教授。 在这里，他结识了麻省理工学院电气工程系主任彼得埃利亚斯，当时他正与被称为“信息论之父”的克劳德香农合作。 事实上，他们发明了二战中使用的现代加密技术。

会见彼得后，彼得给了赫尔曼一份香农具有里程碑意义的论文：“通信的数学理论”（1948 年版）。 这对赫尔曼的一生产生了重要影响，完善了他对密码学的数学理解。

他与 Elias 成为好朋友，加深了他对加密技术的迷恋。 Hellman 将 Elias 视为他的密码哲学思想的另一个关键部分。

进一步的研究

1971 年，赫尔曼以助理教授的身份回到斯坦福大学，继续他的决策研究。 1971年底开始从事密码学研究。

他在斯坦福的同事和朋友不支持他的决定。 “他们告诉我我疯了，”赫尔曼说，但有趣的是，他在一定程度上同意他同事的看法。

然而，由于他的知识专长和之前在 IBM 和麻省理工学院工作的经验，他相信加密技术在未来将具有重要的商业价值。

经过不懈的研究，他于 1973 年发表了他的第一份关于加密技术的研究报告。1973 年，一位名叫 Whitfield Diffie 的研究人员与他取得了联系。

惠特菲尔德迪菲的故事

与 Hellman 不同的是，Diffie 在 10 岁时第一次接触密码学，当时他的父亲是一名历史教授，他从当地图书馆带回了密码学书籍。 他喜欢数学，但讨厌学校。 迪菲“从来没有像他父亲希望的那样专注于自己”。

聪明的迪菲顺利通过了麻省理工学院的入学考试。 在麻省理工学院学习数学时，他曾尝试自学编程，但他将编程视为“非常低级的工作”。 相反，他更愿意将大部分时间花在研究纯数学上。

迪菲毕业后，美国政府开始招募年轻人去越南打仗。 迪菲对战争不感兴趣，所以他从事软件开发和其他所谓的“低级工作”。 同时，他还开始在 MIT 的 MAC 项目的人工智能实验室“兼职”，该实验室由两个非常聪明的人经营：Marvin Minsky 和 ​​John McCarthy（LISP 语言的发明者）。

迪菲与约翰关系密切，从他身上学到了很多东西。 或许包括迪菲在内的很多人当时并不知道麦卡锡后来被尊为人工智能之父。 根据麦卡锡的说法：“原则上可以如此精确地描述学习的各个方面或智能的任何其他特征，以至于可以建造机器来模拟它”。 麦卡锡非常关注未来，认为这种智能的概念将在“五五百年”后出现。 在他的指导下，Diffie 接触了他的计算哲学，并对网络、电子密钥和身份验证有了深入的了解。 迪菲随后跟随麦卡锡来到斯坦福大学，并在斯坦福人工智能实验室（SAIL）与他会合。

Diffie 于 1973 年离开 SAIL，并于次年在全国各地旅行，与不同的专家会面并讨论密码学。

“我当时正在做我擅长的事情之一，那就是在图书馆挖掘稀有手稿，并四处走访大学里的朋友，”他回忆道。

1974 年，作为他研究的一部分，他访问了位于约克敦高地的 IBM Thomas J. Watson 实验室，与密码学研究团队会面。 当时，该实验室由 Hellman 的密码学向导 Horst Feistel 领导。

迪菲来访时，他所学的大部分内容并未被美国国家安全局列为机密，而是传给了斯坦福大学从事密码学研究的教授马丁·赫尔曼 (Martin Hellman)。

“我在 1974 年秋天遇到了迪菲，我永远不会忘记那一天，”赫尔曼在 2011 年的一次采访中说。

1974 年，Hellman 在朋友的推荐下认识了 Diffie。

迪菲下午来，晚上 11 点离开。 会议进行了数小时的讨论。 不久之后，迪菲在当地的一个研究小组找到了一份工作，很快，就像他的第一份工作一样，他花在密码学上的时间远远多于其他任何事情。

数据加密标准 (DES)

1975年初，政府发布了DES加密算法。 这是第一个被批准用于公共和商业用途的密码算法。 美国国家安全局已推动在金融服务和其他需要强加密的商业领域采用 DES，例如 SIM 卡、网络设备、路由器和调制解调器。

在 DES 出现之前，军方和政府对密码学和技术以及军用物品（例如弹药）进行了分类。 它必须在非常严格的授权下使用，所有与加密相关的工作都由 NSA 保密。 DES 是第一个被公开批准使用的加密技术。

（70 年代美国国家安全局的库存图片）

DES是如何设计的

美国国家标准研究院（现称为美国国家标准与技术研究院，NIST）在 1972 年进行了一项研究，认识到需要国家加密密码。 他们在 1973 年和 1974 年向美国各地的研究中心征求设计建议，1974 年 IBM 构思了一种名为 Lucifer 的密码算法。 Lucifer 的设计由 IBM 的 Horst Feistel 领导。

该密码是对先前开发的密码的改进，符合 NSA 的设计要求。 Lucifer 与美国国家安全局 (NSA) 密切合作，他们希望将密钥大小从 64 位减少到 48 位（本质上，这意味着加密和解密需要更少的处理能力）。 他们最终决定将密钥大小减少到 56 位。

对赫尔曼和迪菲的批评

Hellman 和 Diffie 最初张开双臂拥抱 DES，因为他们认为这是将加密引入公众视野的重要一步。 但是当他们进一步观察时，他们发现缩短的密钥长度更容易受到暴力攻击。

更有什者，在研究人员中，IBM 团队指责 NSA 篡改了密码。 密码发送到华盛顿批准后，返回的是修改后的 S-box（密码中将明文转换为密文的部分）。

在 20 世纪 70 年代，人们普遍不信任政府。 这种警惕源于二战后时期，公众对政府侵犯公民隐私的警惕性提高。 公众的恐惧反映在奥威尔 1984 年的作品和其他流行的文件中，这些文件探讨了政府监视、社会控制和人身自由。 这种情绪一直持续到 60 年代，这十年见证了肯尼迪遇刺、古巴导弹危机以及黑人和同性恋权利等社会政治运动。 进入70年代后，1972年的水门事件加剧了这种情况，围绕尼克松总统授权的民主党全国委员会总部遭到黑客攻击引发了巨大争议。 人们普遍认为，美国国家安全局已经创建了一个可以破解用户隐私的密码系统。

默克尔的故事

在 DES 发布后不久，Hellman 和 Diffie 发表了一篇名为《Multi-User Cryptography》的技术论文，他们很快结识了来自伯克利的 23 岁计算机科学专业学生 Ralph Merkle（当时 Hellman 30 岁，而 Diffie只大一岁）。

默克尔之谜

在遇到 Hellman 和 Diffie 之前，Merkle 已经在研究他自己的公钥密码学问题，后来被称为 Merkle 难题。 他在计算机科学 CS244 课上开始研究他的想法，在那里他偶然发现了一个难题：当敌对的敌人已经知道一切时，你如何重新建立安全通信？ 他需要完成课程的一个项目，这似乎是他发展自己想法的最佳方式。

当我想到在窃听者知道所有信息的情况下如何建立安全通信，并且窃听者可以窃听通信？ 所以我的第一个想法是：看起来你做不到，所以我会尝试证明它是不可能的。 所以我试图证明你们无法建立安全性，我试了又试又试了又失败了。 然后我又想了想，我说：“好吧，如果我不能证明你做不到，那我就想办法去做。” 当我试图找出一种方法来做到这一点时，当我试图证明你不能时，我知道我的证明中哪里有漏洞，可以这么说，我知道我可以在哪里尝试。 所以我在这些地方工作，你瞧，这是可能的。 我可以利用我证明中的漏洞找到方法，当我想出如何去做时，有一个传统的“啊哈时刻”，我对自己说，“哦，是的，这行得通，我可以做到。” 这发生得很快。 这是在熬夜思考“哦，天哪，我能做到这一点。这似乎违反直觉，但我实际上可以找到密钥。我可以在开放的通信线路上建立加密密钥。密钥，即使敌人，入侵者，而窃听者无所不知。” 由于没有密码学的理论或历史知识，他不知道这个问题应该如何解决。

他把一切都写在一张纸上，并与大家分享。 保安班的班主任看不懂他的工作，让默克尔离开。 当他将研究提交给备受推崇的计算机科学期刊 CACM 时，他被拒绝了。 但这一次，不是因为它没有意义，而是因为小编认为他的作品内容“……不是目前密码学的主流思想……”。

1970 年代的 CACM 版封面

不过我有很多比特币小说，他还与一位名叫彼得·布拉特曼 (Peter Blatman) 的计算机科学家分享了这份报告，后者立即注意到了他工作的价值。 默克尔不知道的是我有很多比特币小说，布拉特曼是迪菲的朋友，迪菲邀请他参加斯坦福的密码学会议。 在一次汽车旅行中，布拉特曼简要概述了默克尔正在解决的问题。

显然，迪菲多年来一直在为同一个问题苦苦挣扎，在听说某个年轻的计算机科学专业的学生可能已经解决了这个问题后，他爆发了。 但当迪菲再次冷静下来时，他对这样一种解决方案的可能性感到兴奋。

Hellman 和 Diffie 最近提交了一篇论文，探索公钥密码学的应用，假设这是可能的。 迪菲给了布拉特曼一份副本，让他转交给默克尔。

“在斯坦福，有些人和你说话一模一样。”

阅读完他们的作品后，默克尔递交了他的论文。 另外两人看了之后，整个人的想法都变了。 尽管默克尔还很年轻，对密码学知识一无所知，但他的创造力解决了公钥分配问题。 这位 23 岁的年轻人已经成功地实现了学术界多年来一直追求的目标。

但是 Hellman 和 Diffie 发现他的解决方案效率低下。 由于他们对密码学的理解，他们找到了解决密钥分发问题的更紧凑的解决方案，并提出了一种新的公钥密码学。 很快，他们的概念被写成一篇名为“密码学新方向”的论文。

两人合作后，默克尔前往斯坦福大学，接受海尔曼的邀请，成为他的博士生。

上图中，左边是默克尔，中间是赫尔曼，右边是迪菲（1977年）

密码学的新方向

1976年11月，发表了一篇论文《密码学新方向》。 它讨论了密码学、公钥密码学和促进经过身份验证的通信的协议中的基本问题。

默克尔因其独立工作而受到赞誉，但最终的通信协议被命名为：Diffie-Hellman 密钥交换算法。 尽管如此，在 1977 年，当公钥密码术获得专利时，默克尔仍被认为是三位发明人之一。 迪菲认为默克尔“可能是公钥传奇中最具创造力的人物”。

该系统后来被称为 Diffie-Hellman 密钥交换系统。 虽然该系统最初是由我和 Diffie 在一篇论文中描述的，但它是一个公钥分发系统，是 Merkle 提出的概念，因此应该称为“Diffie-hellman-Merkle 密钥交换”。 我希望这个小论坛能帮助人们认识到默克尔对公钥密码学的同样贡献。 ——马丁·赫尔曼 (2002)

本文中讨论的概念用于设计和保护我们今天使用的区块链。 他们最后指出，本文件的目的之一是：

激励其他人在这个迷人的领域工作，由于政府几乎完全垄断，最近不鼓励参与 - 来自密码学的新方向

首次向公众提供强加密。 他们的工作打破了少数人对密码学知识的控制。 随着人们对政府的 DES 密码越来越不信任，论文中的技术引发了公众对密码学和加密的第一波兴趣。

后来发现，赫尔曼、迪菲和默克尔并不是公钥密码学的第一批创造者。 英国情报机构 (GCHQ) 的研究人员最初创建了一种这样的算法并将其应用于算法。 虽然 NSA 可以访问这些信息，但它属于机密且不为人知。

现在，假设这三个人从未发布过公钥加密。 我们的世界可能会大不相同。

赫尔曼、迪菲和默克尔的出版物成功地引发了持续数十年的新一轮创新浪潮，而政府机构却对他们的发现保密。 这种对比凸显了密码学和其他科学中开放和协作工作的重要性。

在论文的第一行，它恰当地开始了：

“我们今天正处于密码革命的边缘”

在海尔曼和迪菲继续研究密码学的同时，默克尔继续表现出色。 在 70 年代的剩余时间里，默克尔作为 Hellmann 和 Diffie 的学生继续影响着 80 年代的密码学； 后来发明了加密散列法（hashing）。

70年代末

以上三位密码学家打破了密码学的壁垒。 进入 1980 年代，另一位伟大的密码学家 David Chaum 在这三位密码学家的伟大工作的基础上建立起来，将匿名通信、支付和最终概念化的去中心化服务的需求结合在一起。 然而，乔姆的辉煌成就离不开赫尔曼、迪菲和默克尔的杰出贡献。

（未完待续）

参考

[1]历史：