密碼學是什麼？跟加密貨幣有什麼關係？

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《加密貨幣聖經》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。

密碼學是什麼？

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，我們都會經常看到這些詞彙。

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/解密都採用同一把鑰匙(也就是加密貨幣裡常聽的金鑰，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/解密採用的是不同的鑰匙。

這裡指的鑰匙不是我們常使用的那種家裡鑰匙、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，市場先生要發送一個訊息「Hello」並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給所有的人，讓大家都可以透過這個公開金鑰發送加密訊息給你。

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「數位簽章」的應用，這個之後會講到。

詳細可閱讀：比特幣是什麼

補充：公開金鑰長什麼樣子？

公開金鑰是由非常多字母、數字、符號所組成，例如intel就有公布他們的公開金鑰，詳細可到intel官網查看。

密碼學的應用二：雜湊

雜湊 (英文：Hash function)的全名是雜湊函數，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。

雜湊函數有非常多種，例如由美國國家安全局研發的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已被破解)，所以雜湊函數也可以做驗證資料的應用。

雜湊函數中，運用在加密貨幣上的是「加密雜湊函數」，以下介紹。

加密雜湊函數

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

1. 確定性：輸入同一個訊息，產生的雜湊值永遠都一樣。
2. 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，代表這個雜湊函數已經無法再使用)
3. 長度固定：使用同一個雜湊函數，即使輸入不同的訊息也會產生一樣長度的雜湊值。
4. 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，系統會對我們輸入的密碼進行加密雜湊函數的運算，產生雜湊值，再跟系統自己的雜湊值比對：

加密雜湊函數在加密貨幣上的運用

加密雜湊函數比特幣挖礦的過程、區塊鏈的連結區塊識別碼、數位簽章等等，都會運用到加密雜湊函數。

以下會以數位簽章為例，介紹雜湊的運用。

(這些講起來太複雜，目前市場先生也還在研究中，歡迎有經驗的讀者在下方留言跟我們分享)

詳細可閱讀：比特幣挖礦是什麼？、區塊鏈是什麼？

密碼學的應用三：數位簽章

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

例如我們收到一份紙本文件，上面有老闆的簽名，我們會認為這是老闆提供給自己的文件(如果簽名沒被仿冒的話)。但在數位的世界，我們怎麼確定一個訊息真的是老闆發出的呢？要怎麼辨識？數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出的，而不是他人仿冒的。

數位簽章屬於是電子簽章的其中一種，但它並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的計算。

數位簽章的原理

數位簽章屬於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。

數位簽章的原理有點複雜，以下分別以簽署人、驗證人的方式介紹：

1. 簽署人將原始訊息用加密雜湊函數計算產生雜湊值
2. 簽署人對雜湊值用私密金鑰加密，產生數位簽章
3. 簽署人將數位簽章附在原始訊息上，並且公佈公開金鑰

這時，因為簽署人公佈了公開金鑰，所以任何一個人都可以用公開金鑰驗證這個數位簽章…

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

數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塊鏈上，所以任何一個人都可以用簽署人公佈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製作簽署人的數位簽章
• 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/解密都採用同一把鑰匙，不對稱加密就是加密/解密採用的是不同的鑰匙 (公開金鑰、私密金鑰)。

3. 雜湊 (Hash function)雜湊函數、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. 數位簽章(Digital signatures)是一個加密後的簽章，常被用在驗證訊息的真實性，屬於不對稱式加密反向的運用。將原本訊息用加密雜湊函數計算後獲得雜湊值，再用私密金鑰加密，就會產生數位簽章。驗證方需用公開金鑰解密數位簽章獲得雜湊值，再用加密雜湊函數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塊鏈基礎運作原理有更多了解。

更多關於加密貨幣的延伸閱讀：

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