數(shù)字經(jīng)濟時代，隱私保護問題日益突出?；趨^(qū)塊鏈的加密算法技術(shù)，用戶可以對相應(yīng)數(shù)據(jù)進行授權(quán)，從而確保用戶對自己個人數(shù)據(jù)享有絕對的自主
數(shù)字經(jīng)濟時代，隱私保護問題日益突出?；趨^(qū)塊鏈的加密算法技術(shù)，用戶可以對相應(yīng)數(shù)據(jù)進行授權(quán)，從而確保用戶對自己個人數(shù)據(jù)享有絕對的“自主權(quán)”。傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈在技術(shù)層面只是用到了最為簡單的密碼學(xué)工具——哈希算法和數(shù)字簽名算法。被譽為“互聯(lián)網(wǎng)安全教母”的宋曉冬認為，區(qū)塊鏈本身并不能提供真正的隱私保護。V神曾提出通過環(huán)簽名及零知識證明來提高以太坊的隱私保護功能。算力智庫認為，區(qū)塊鏈疊加零知識證明、同態(tài)加密等加密算法后才能實現(xiàn)隱私保護。
本文首先從業(yè)務(wù)流程角度進行劃分，加密算法可以分為交易、傳輸、存儲三大環(huán)節(jié)。其次，按照難易程度角度進行劃分，可以分為初級密碼學(xué)工具和高級密碼學(xué)工具，本文均一一作了詳細介紹和對比。最后，本文認為雖然密碼學(xué)目前仍然存在諸多挑戰(zhàn)，但正如央行數(shù)字貨幣研究所副所長狄剛所言，“區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展將與密碼技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展形成長期良性的互動”。
數(shù)字經(jīng)濟時代，隱私保護問題日益突出
在當(dāng)下的數(shù)字經(jīng)濟時代，數(shù)字身份代表一個人在線活動所產(chǎn)生的全部信息，比如用戶名和密碼，在線搜索活動，購買歷史等等。數(shù)字身份是全球金融交易數(shù)字化的重要基礎(chǔ)。
但在數(shù)字身份實際應(yīng)用中，隱私保護問題日益突出。究其原因在于每個互聯(lián)網(wǎng)平臺都有著自己的服務(wù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫，個人信息數(shù)據(jù)被存儲在第三方網(wǎng)站中而非屬于個人，身份泄露、盜用、欺詐等問題也就不足為奇了。值得欣喜的是，整個社會對數(shù)據(jù)主權(quán)和隱私保護的意識越來越強。2018年5月25日起，歐盟率先開始實施《一般數(shù)據(jù)保護條例》，此條例被認為是最負責(zé)任的隱私保護法?？梢灶A(yù)見，其他國家相關(guān)的法律法規(guī)也將陸續(xù)出臺，彌補數(shù)字化時代的法律空白。
隱私保護問題必須依靠疊加全同態(tài)加密等高級算法才能真正實現(xiàn)
雖然絕大多數(shù)區(qū)塊鏈項目都聲稱自己可以提供完美的隱私保護方案，但事實上，傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈在技術(shù)層面只是用到了最為簡單的密碼學(xué)工具——哈希算法和數(shù)字簽名算法，區(qū)塊鏈上傳輸和存儲的數(shù)據(jù)都是公開可見的，僅通過“偽匿名”的方式對交易雙方進行所謂的“隱私保護”。被譽為“互聯(lián)網(wǎng)安全教母”的宋曉冬認為，區(qū)塊鏈本身并不能提供真正的隱私保護。為了兼顧以太坊的高性能和隱私性，V神曾提出四種解決方案：通道、混合器、環(huán)簽名及零知識證明。其中的環(huán)簽名及零知識證明正是用以提高以太坊的隱私保護功能。算力智庫認為，區(qū)塊鏈疊加零知識證明、同態(tài)加密等加密算法后才能實現(xiàn)隱私保護。
傳輸、存儲、交易三大業(yè)務(wù)流程中的加密算法
從業(yè)務(wù)流程角度進行劃分，區(qū)塊鏈涉及的加密算法主要包括交易、傳輸、存儲三大環(huán)節(jié)。
資料來源：算力智庫研究院
在交易環(huán)節(jié)，區(qū)塊鏈鏈上數(shù)據(jù)在交易過程中的所有參與方的隱私問題同樣重要，不僅要對交易接收方進行隱私保護，主要涉及地址保護技術(shù)。同時也應(yīng)該對交易發(fā)起方進行隱私保護，主要涉及各種簽名保護技術(shù)。而零知識證明主要用于交易流程中的驗證環(huán)節(jié)，既能做到信息驗證又能保護中間數(shù)據(jù)不被泄露。
在傳輸環(huán)節(jié)，鏈路加密需要在鏈路節(jié)點上增加為所有數(shù)據(jù)包提供加解密服務(wù)的密碼裝置。端到端加密雖然不需要增加額外的密碼裝置，數(shù)據(jù)包在發(fā)送端使用軟件或硬件加密，在接收方使用相應(yīng)軟件或硬件解密。
在存儲環(huán)節(jié)，存儲層加密的交易數(shù)據(jù)，一般只有交易參與方才能解密，主流的是對稱加密和非對稱加密算法。同態(tài)加密的特點是能夠?qū)γ芪倪M行運算，解決了存儲加密與數(shù)據(jù)驗證之間的矛盾，從根本上避免將數(shù)據(jù)從區(qū)塊鏈平臺中取出時導(dǎo)致信息泄露。
初級密碼學(xué)工具：哈希算法和一般數(shù)字簽名算法
比特幣的匿名性得益于在技術(shù)層面用到了哈希算法和數(shù)字簽名算法，但這是最為簡單的密碼學(xué)工具，本身并不能提供真正的隱私保護功能。
1、哈希算法
哈希算法也叫散列算法或數(shù)據(jù)摘要，本質(zhì)上，哈希算法的目的不是為了“加密”而是為了抽取“數(shù)據(jù)特征”，也可以把給定數(shù)據(jù)的散列值理解為該數(shù)據(jù)的“指紋信息”，對數(shù)據(jù)的完整性提供保護。
典型哈希算法一覽表
資料來源：《中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書》
SHA256和SM3的算法效率和安全性大致相當(dāng)，目前區(qū)塊鏈主要使用SHA256，國內(nèi)某些特定業(yè)務(wù)場景需要使用國密SM3。根據(jù)賽迪研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2018年6月，我國已出臺包括SM2橢圓密碼算法、SM3雜湊算法、SM9標識密碼算法在內(nèi)的19項密碼算法。
2、非對稱加密算法與數(shù)字簽名算法
非對稱加密算法由對應(yīng)的一對唯一性密鑰(即公開密鑰和私有密鑰)組成的加密方法。只有用戶本身才能解密該信息，任何未受授權(quán)用戶甚至信息的發(fā)送者都無法將此信息解密。常用的非對稱加密算法包括RSA、ECC、SM2等等。
典型非對稱加密算法
資料來源：《中國區(qū)塊鏈技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展白皮書》
比特幣中的數(shù)字簽名正是非對稱加密算法與哈希算法的結(jié)合。數(shù)字簽名技術(shù)用于接收者確認交易的簽署方，從而確認數(shù)據(jù)單元的完整性及不可偽造性。根據(jù)賽迪研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2018年6月，國內(nèi)已頒布實施的數(shù)字簽名標準約有20項。
高級密碼學(xué)工具：群簽名、環(huán)簽名、零知識證明算法、同態(tài)加密算法
目前，業(yè)界普遍認為零知識證明、環(huán)簽名和同態(tài)加密等隱私保護算法有望真正解決區(qū)塊鏈的隱私問題。
1、群簽名
群簽名技術(shù)是一種允許一個群體中的任意成員以匿名方式代表整個群體對消息進行簽名，并可公開驗證的機制。
由于群簽名能為簽署者提供較好的匿名性，同時在必要時又通過可信管理方追溯簽署者身份，使得群簽名技術(shù)在諸如共享數(shù)據(jù)認證，身份認證及金融合同簽署等事務(wù)中發(fā)揮重要作用。
2、環(huán)簽名
環(huán)簽名是一種簡化的群簽名，環(huán)簽名中只有環(huán)成員沒有管理者, 不需要環(huán)成員間的合作。在環(huán)簽名中，不需要分配指定的密鑰，無法撤銷簽名者的匿名性，除非簽名者自己想暴露身份。環(huán)簽名在強調(diào)匿名性的同時，增加了審計監(jiān)管難度。
保障安全是數(shù)據(jù)流通的關(guān)鍵屏障。環(huán)簽名具有無條件匿名性，對于數(shù)據(jù)流通中的身份隱私保護大有可為。
3、零知識證明
在一個零知識證明協(xié)議中，證明者無需任何事件相關(guān)數(shù)據(jù)便向驗證者證明事件的真實性。零知識證明可以讓驗證方既不知道數(shù)據(jù)具體內(nèi)容，又能確認該內(nèi)容的是否有效或合法，其應(yīng)用包括交易有效性證明、供應(yīng)鏈金融、數(shù)據(jù)防偽溯源等。
4、同態(tài)加密
同態(tài)加密是指對其加密數(shù)據(jù)進行處理得到一個輸出，將此輸出進行解密，其結(jié)果與用同一方法處理未加密原始數(shù)據(jù)得到的結(jié)果一致。全程不會泄露任何原始數(shù)據(jù)信息。同態(tài)加密在敏感數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交易過程中具有廣闊應(yīng)用前景。
高級密碼學(xué)工具對比一覽表
資料來源：《數(shù)據(jù)流通技術(shù)白皮書(1.0版)》
密碼學(xué)迎來歷史最佳發(fā)展機遇，卻也任重而道遠
區(qū)塊鏈這種新的分布式架構(gòu)，對于隱私保護的需求遠遠高于傳統(tǒng)架構(gòu)，這也是為何不斷有高級的密碼學(xué)工具不斷疊加于區(qū)塊鏈之上以提供隱私保護的根本源動力。合適的密碼學(xué)工具遇到合適的場景，密碼學(xué)有望迎來歷史最佳崛起機遇。
正如央行數(shù)字貨幣研究所副所長狄剛所言，“區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展將與密碼技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展形成長期良性的互動”。白碩進一步直言，“密碼技術(shù)結(jié)合區(qū)塊鏈和大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的互通有無，將催生化學(xué)反應(yīng)和增值效應(yīng)”。
雖然零知識證明、同態(tài)加密等算法的研究進展給予隱私保護極大的想象空間，但在實現(xiàn)上依然需要有理論的突破和工程實踐。比如Zcash基于的zk-SNARK協(xié)議雖然在隱私性上達到了前所未有的保護程度，但是性能效果不佳。
值得注意的是，隨著量子計算技術(shù)的飛速發(fā)展，大量子比特數(shù)的量子計算機、量子芯片、量子計算服務(wù)系統(tǒng)等相繼問世，可在秒級時間內(nèi)破解非對稱密碼算法中的大數(shù)因子分解問題，比如，破解1024位密鑰的RSA算法只需數(shù)秒，對現(xiàn)有密碼體制尤其是公鑰密碼體制將帶來顛覆性沖擊，密碼學(xué)發(fā)展任重而道遠。
