比特币,密码学应用

三百多年的跌跌撞撞,走走停停,怀尔斯最终结束了数学史上这场最为漫长的接力赛。看着费马猜想被证明,终于可以被称为费马大定理,最不开心的恐怕是19世纪“数学界的无冕之王”希尔伯特了。当他还在世时,有人问他为什么不证明费马猜想,他曾反问:“为什么要干掉那只下金蛋的老母鸡呢?”在他看来,费马猜想为人类数学界立下了汗马功劳,很多数学家在证明费马猜想时创立了许多新的数学理论。现在怀尔斯这个“凶手”干掉了这只“母鸡”,不知道希尔伯特作何感想。

其实希尔伯特也不用伤心,因为这只“母鸡”即使被证明了,到今天仍能够孵蛋。其中,椭圆曲线就是那颗“金蛋”。2008年,费马大定理在非对称加密领域再现神迹。密码学朋克们将椭圆曲线加密法(ECC)应用于比特币,使比特币成为数学上牢不可破的“数字黄金”,开创了密码安全史上的新篇章。

作为一种非对称加密技术,ECC利用椭圆曲线等式的特殊性质来产生密钥,而不是采用传统的方法,即利用大质数的积来产生。相比之下,基于大整数因子分解2问题的RSA算法3,有着单位长度较长,计算效率低等缺点;而作为因子的两个素数若长度越短,被反破解的可能就越大。另外,黎曼猜想一旦得证,还可能派生出攻击RSA公钥加密算法的规律。

而ECC克服了RSA算法的一些缺陷,其运行机制非常巧妙,将加密问题转换为椭圆曲线方程在有限域中的阿贝尔群,从而利用群论中阿贝尔群计算问题,采取公私钥和双密钥相结合的方式进行加密或解密。

椭圆曲线通常用E表示,常用于密码系统的基于有限域GF(p)上的椭圆曲线是由方程:

y² = x³+ax+b(mod p)

所确定的所有点(x,y)组成的集合,外加一个无穷远点O。其中a,b,x,y均在GF(p)上取值,且有4a³+27b²≠0,p是大于3的素数。通常用Ep(a,b)来表示这类曲线。

对比常见的椭圆曲线方程y²=x³+ax+b,会看到这只是对原式进行了简单的取模处理,但以椭圆曲线y²=x³-x+1的图像为例,图3-1是y²=x³-x+1在实数域上的椭圆曲线。


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图3-1实数域上的y²=x³-x+1

图3-2则是椭圆曲线y²=x³-x+1对素数97取模后的图像。


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显然,相比于图3-1,会发现引入有限域上的椭圆曲线图3-2基本已面目全非,原本连续光滑曲线上的无限个点变成了离散的点,不过依然可以看到它是关于某条水平直线y=97/2对称的。而这正符合密码学所要求的有限点和精确性。

目前,尚不存在多项式时间算法求解椭圆曲线上的离散对数问题,因而建立在求解离散对数问题困难性上的椭圆曲线密码体系(ECC)安全性极高,其地位已逐步取代RSA等其他密码体系,成为密码学的新生巨星,是日后非常重要的主要公钥加密技术。

结语:358年孵蛋的意义

数学家们花了几百年证明费马大定理有意义吗?

多少世纪以来,不断有数学家向“不可能”的费马大定理发出战书,有的因为能力有限早早放弃,有的倾其一生也只看清楚一鳞半爪,最终连万能的计算机也无可奈何。

在这个过程中,很多人都知道,也许一年又一年地耗下去依然得不到一个结果,成千上万个方程可能也得不出一个解。但他们最终还是向永恒发起了挑战,即使计算机已宣布放弃,这些人依然觉得自己可以解决这个难题,这就是人类的坚强和韧性。

回望这三百多年,人类每一次都用尽全力地追寻,虽然未能抵达终点,却扩充了“整数”的概念,扩展了“无穷递降法”、虚数和群论的应用,催生出库默尔的“理想数论”,促成了莫德尔猜想,证明了谷山一志村猜想,加深了对椭圆方程的研究,找到了微分几何在数论上的生长点,发现了伊利瓦金-弗莱切方法与伊娃沙娃理论的结合点,推动了数学的整体发展……

一部波澜壮阔的数学史由此徐徐展开,这是一场智者征服世间奥秘的接力赛,而信仰和追寻就是这场接力赛的最大意义。毕竟,正是因为有了一群仰望星空的人,人类才有了希望。

感悟:知识即是力量有是财富!一个费马大定理,不说其他成果,仅催生出的比特币就让无数人为之痴迷!这358年是智者的追求,文明的发展。在现在这样生活安定,教育公平,知识获取方便的时代,我们更应该注重教育,为人类文明的进步提供一份力量!

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。

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