最新圖靈獎(jiǎng)宣布：得主貢獻(xiàn)在于互聯(lián)網(wǎng)加密
馬丁·赫爾曼（左）和菲爾德·迪菲1977年的照片，圖片來(lái)自Stanford News Service。
導(dǎo)語(yǔ)：
當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月1日，美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)(ACM)將今年的圖靈獎(jiǎng)（Turing Award）授予Sun Microsystems前首席執(zhí)行官惠特菲爾德·迪菲（Whitfield Diffie）以及斯坦福大學(xué)電氣工程系名譽(yù)教授馬丁·赫爾曼（Martin Hellman），以表彰他們?cè)诂F(xiàn)代密碼學(xué)中所起的關(guān)鍵作用。
圖靈獎(jiǎng)以英國(guó)數(shù)學(xué)家Alan Turing命名，被譽(yù)為“計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)”，獎(jiǎng)金為100萬(wàn)美元，目前由美國(guó)Google公司資助。1936年，圖靈在一篇數(shù)學(xué)論文的附錄里描述了一種可以輔助數(shù)學(xué)研究的機(jī)器（即后人所謂“圖靈機(jī)”），第一次在純數(shù)學(xué)符號(hào)邏輯和實(shí)體世界之間建立了聯(lián)系。今天人們?nèi)沼貌挥X(jué)的電腦以及喧騰眾口的“人工智能”，都是基于這一設(shè)想發(fā)展而來(lái)的。
編譯 | 常春藤
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1976年，迪菲和赫爾曼在開(kāi)創(chuàng)性的論文New Directions in Cryptography（密碼學(xué)的新方向）中，引入了公共密鑰協(xié)議和電子簽名，由此構(gòu)成了當(dāng)前大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)安全協(xié)議的基礎(chǔ)。
公共密鑰加密，又稱(chēng)非對(duì)稱(chēng)加密，是一種密碼學(xué)算法類(lèi)型，這種算法需要兩個(gè)密鑰，一個(gè)是私人密鑰，另一個(gè)則是公開(kāi)密鑰。我們將公鑰公之于眾，而保存私鑰。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是不需要經(jīng)過(guò)安全渠道傳遞密鑰，簡(jiǎn)化了密鑰管理過(guò)程。
公共密鑰加密的基本原理。如同每個(gè)人手里有一把公鑰和私鑰，公鑰加密可將明碼文本變成密碼文本，密碼文本在個(gè)人的私鑰中重新解讀成可閱讀的明碼文本。圖片來(lái)自ooshutup.com。
公共密鑰加密的基本原理。圖片來(lái)自ooshutup.com。
迪菲-赫爾曼協(xié)議保護(hù)了我們?nèi)粘５木W(wǎng)絡(luò)交流，同樣也保障了網(wǎng)絡(luò)中流通的數(shù)萬(wàn)億資金的安全。公共密鑰協(xié)議為全球數(shù)十億人搭建了一個(gè)彼此交流的安全通道。就個(gè)人而言，日常生活中已經(jīng)越來(lái)越頻繁地使用網(wǎng)上銀行、電子商務(wù)網(wǎng)站、電子郵件服務(wù)系統(tǒng)以及云計(jì)算的服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)安全的重要意義也不言而喻。
事實(shí)上，美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)于1996年，曾將ACM Kanellakis理論與實(shí)踐獎(jiǎng)（ACM Kanellakis Theory and Practice Award）授予六位在公共密鑰協(xié)議的創(chuàng)建中做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家。除了迪菲和赫爾曼外，還有4位在公共密鑰協(xié)議的創(chuàng)建中做出貢獻(xiàn)的學(xué)者。他們分別為倫納德·艾得曼（Leonard Adleman）、羅納德·李維斯特（Ronald Rivest）、阿迪·薩莫爾（Adi Shamir）和瑞夫·墨克（Ralph Merkle），前三者因在共鑰密碼學(xué)RSA加密算法中的杰出貢獻(xiàn)于2002年獲得圖靈獎(jiǎng)。墨克也因在公共密鑰加密領(lǐng)域的開(kāi)拓研究而獲得諸多榮譽(yù)，只可惜無(wú)緣此次圖靈獎(jiǎng)。
1996年ACM授予6位在公共密鑰加密領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)的學(xué)者，圖為墨克的獲獎(jiǎng)證書(shū)，圖片來(lái)自Merkle個(gè)人網(wǎng)站。
目前，信息加密在媒體的眼中是個(gè)熱門(mén)話題，也被視為影響國(guó)家安全、政府與私營(yíng)部門(mén)間的關(guān)系。信息加密吸引了數(shù)十億美元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)。美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)主席亞歷山大·沃爾夫（Alexander Wolf）表示，“1976年，迪菲和赫爾曼就已經(jīng)預(yù)料未來(lái)的人們通過(guò)電子網(wǎng)絡(luò)定期地進(jìn)行通信交流，他們的交流信息很容易被盜或被修改。40年后的今天，我們發(fā)現(xiàn)他們當(dāng)年的這種預(yù)測(cè)非常有先見(jiàn)之明?！?/p>
“公共密鑰加密是我們行業(yè)的基礎(chǔ)”，谷歌資深科學(xué)家安德烈·博德（Andrei Broder）說(shuō)，“保護(hù)私人數(shù)據(jù)的能力取決于對(duì)數(shù)據(jù)所有者的身份識(shí)別，以及保證通信的完整性和機(jī)密性的協(xié)議。目前這些被廣泛使用的加密協(xié)議，是基于迪菲和赫爾曼開(kāi)創(chuàng)的理念和方法。”
人類(lèi)很早就開(kāi)始學(xué)會(huì)如何保護(hù)信息的安全。最早的加密文，是公元前1900年左右，古埃及法老將難以辨識(shí)的象形文字刻在紀(jì)念碑上，這種將可讀信息轉(zhuǎn)換成難以識(shí)別的信息，是密碼學(xué)最初的形態(tài)。
古希臘時(shí)期，人們使用一種叫做Scytale的棍子來(lái)傳遞加密信息。其工作原理是這樣的，發(fā)信人是將信息寫(xiě)在卷在棍子上的羊皮紙上，平攤紙張后則難以辨識(shí)這些文字，只有通過(guò)相同直徑的棍子，重新卷曲起來(lái)才可辨識(shí)。事實(shí)上，在加密早期發(fā)展的時(shí)候，它也涉及到使用一個(gè)字母代替另一個(gè)字母，或者是重排字母順序，只有少數(shù)人可以破譯。這也是在銀幕中，那些盜墓地圖讓人眼花繚亂的原因所在。
Al kindi加密文，圖片來(lái)自Wiki。
1903年，無(wú)線電誕生了，在第一次世界大戰(zhàn)的十年間，密碼學(xué)被各國(guó)擺在一個(gè)十分顯要的位置，得到了空前的發(fā)展。與此同時(shí)，電力以及機(jī)械的發(fā)展，使得機(jī)器比以往任何人為加密更加安全有效。第一次世界大戰(zhàn)后的20年里，加密機(jī)器日益成熟起來(lái)。它們也成為第二次世界大戰(zhàn)密碼戰(zhàn)中的核心（如圖靈本人破譯的enigma密碼機(jī)）。戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，電子機(jī)器的密碼變得更加快速和安全。
在加密系統(tǒng)中，密鑰將可閱讀的純文本信息轉(zhuǎn)換成混亂的、難以理解的信息，因此加密就像一個(gè)需要特定鑰匙開(kāi)啟的鎖，解密則是利用這把鑰匙（密鑰）解開(kāi)這把鎖。在過(guò)去，如果兩個(gè)人要建立安全的交流，他們需要一個(gè)被認(rèn)證的“鑰匙”，提供這些鑰匙（即密鑰管理），因繁雜的系統(tǒng)，大大地降低了進(jìn)行加密通訊的靈活性。
對(duì)稱(chēng)的密碼系統(tǒng)有兩個(gè)非常明顯的缺點(diǎn)：一個(gè)是需要安全的信道傳輸密鑰，另一個(gè)由于密鑰是一致的，很容易使得第三者偽造信息傳輸給通信者。與此同時(shí)，過(guò)度地使用一個(gè)特定的密鑰，可能為對(duì)手提供足夠的密文來(lái)反推出密鑰進(jìn)行解密。如果限制人數(shù)使用同一密鑰，那需要把獨(dú)立的密鑰分配給每一對(duì)交流的雙方，管理這些密鑰就成為了挑戰(zhàn)。
在《密碼學(xué)的新方向》一文中，迪菲和和赫爾曼提出了一個(gè)算法，揭示了非對(duì)稱(chēng)或公共密鑰加密存在的可能性。在迪菲和赫爾曼的這一理論中，一個(gè)公鑰，不用再進(jìn)行保密，加密后可自由分配，而一個(gè)私人密鑰，不能離開(kāi)接收設(shè)備，以此用于解密。在這個(gè)非對(duì)稱(chēng)的密碼系統(tǒng)中，私鑰雖然也來(lái)自公共密鑰，但是難以通過(guò)計(jì)算得到。而解密過(guò)程需要提供一個(gè)電子簽名（或數(shù)字簽名）。消息發(fā)送器可使用私鑰簽署消息，而接收者使用發(fā)送器的公鑰來(lái)驗(yàn)證它。這樣的數(shù)字簽名比書(shū)面簽名更安全，因?yàn)榧词故歉淖円粋€(gè)詞的信息，也是無(wú)效簽名。相比之下，一個(gè)人的10美元支票的書(shū)面簽名同他的100萬(wàn)美元支票簽名看起來(lái)很像。
事實(shí)上，互聯(lián)網(wǎng)中的任何用戶對(duì)這種通過(guò)公開(kāi)密鑰加密建立的安全連接并不陌生。一個(gè)典型的安全URL始于“https”,其中的“s”意味著安全傳輸層協(xié)議（Secure Transport Layer Protocol）將用于加密通信。安全連接通過(guò)使用一個(gè)公開(kāi)密鑰加密組合來(lái)傳輸一個(gè)對(duì)稱(chēng)加密且隨后通信的密鑰。迪菲和赫爾曼的工作，除了為當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)通信安全行業(yè)打下了基礎(chǔ)，以及為計(jì)算機(jī)科學(xué)建立密碼學(xué)外，它還使得加密技術(shù)走入個(gè)人和商業(yè)公司的日常世界。
參考信息：
Cryptography Pioneers Receive ACM A.M. Turing Award. ACM. 2016. 03.01
公開(kāi)密鑰加密. Wiki. 2016.03
Public_key_cryptography. Wiki. 2016.03
Ralph C. Merkle：www.merkle.com
感謝中國(guó)科大上海研究院副研究員張文卓和美國(guó)休斯敦大學(xué)維多利亞校區(qū)副教授萬(wàn)赟兩位老師的意見(jiàn)和修改。
（責(zé)任編輯 李曉明）
