密码朋克人物传之《公钥密码学发明者 Diffie & Hellman》

Whitfield Diffie 和 Martin Hellman 是现代密码学的奠基人，1976年他们共同发表的论文《New Directions in Cryptography》（密码学的新方向）彻底改变了密码学，开创了公钥密码学时代。没有他们的发明，就不会有今天的互联网安全、电子商务、加密货币和整个数字世界。2015年，他们因这项工作共同获得了计算机领域的最高荣誉——图灵奖。

密码学的旧世界

在 Diffie 和 Hellman 之前，密码学面临一个根本性的难题：密钥分发问题。

传统的加密系统（对称加密）使用相同的密钥进行加密和解密。这意味着：

• 通信双方必须事先共享密钥
• 密钥必须通过安全渠道传递
• 每对通信者都需要独立的密钥
• 如果密钥泄露，所有通信都会暴露

想象一下，如果 Alice 想和100个人安全通信，她需要事先与每个人单独见面，交换100个不同的密钥。这在大规模网络通信中是完全不可行的。

军方和政府可以用物理手段（比如外交信使、保险箱）分发密钥，但普通人无法做到。这意味着在数字时代，普通公民无法拥有真正的隐私通信。

革命性的想法

1975年，Whitfield Diffie 在思考一个问题：能否在不安全的信道上建立安全的通信？

这听起来像悖论。如果信道不安全（比如互联网），敌人可以监听所有消息，那么如何交换密钥？如果不能安全地交换密钥，如何建立加密通信？

Diffie 有一个激进的想法：也许可以公开部分密钥信息，而不损害安全性。

他找到了斯坦福大学的 Martin Hellman 教授，两人开始合作研究这个想法。1976年，他们的突破性论文发表在 IEEE Transactions on Information Theory 上。

Diffie-Hellman 密钥交换

论文提出了两个革命性的概念：

1. 公钥密码学（Public-Key Cryptography）

密钥分为两部分：

• 公钥（Public Key） - 可以公开，任何人都可以获得
• 私钥（Private Key） - 必须保密，只有所有者知道

加密和解密使用不同的密钥：

• 用公钥加密的消息，只能用对应的私钥解密
• 用私钥签名的消息，可以用公钥验证

这个概念完全颠覆了密码学。密钥不再需要保密传递，可以公开发布。

2. 密钥交换协议（Key Exchange Protocol）

即使敌人监听了所有通信，通信双方也可以建立共享密钥。这就是著名的 Diffie-Hellman 密钥交换协议。

用一个简单的比喻来解释：

1. Alice 和 Bob 约定一个公开的颜色（比如黄色）
2. Alice 选择一个秘密颜色（比如红色），混合得到橙色，发送给 Bob
3. Bob 选择一个秘密颜色（比如蓝色），混合得到绿色，发送给 Alice
4. Alice 将 Bob 的绿色加上自己的秘密红色，得到最终颜色
5. Bob 将 Alice 的橙色加上自己的秘密蓝色，得到相同的最终颜色

敌人可以看到黄色、橙色、绿色,但无法推导出红色和蓝色，因此无法得到最终颜色。

实际协议使用的是数学上的单向函数（离散对数问题），在计算上几乎不可能逆向破解。

对世界的影响

Diffie-Hellman 的发明对世界产生了深远影响：

1. 互联网安全

• HTTPS - 网页浏览的加密协议，保护你的密码和信用卡信息
• SSL/TLS - 所有安全网络通信的基础
• VPN - 虚拟专用网络
• SSH - 远程服务器登录

每次你看到浏览器地址栏的锁图标，背后都是 Diffie-Hellman 的技术。

2. 电子商务

没有公钥密码学，就没有网上购物、网上银行、电子支付。今天数万亿美元的电子商务市场建立在这个基础上。

3. 数字签名

公钥密码学让数字签名成为可能：

• 证明消息的来源（认证）
• 证明消息未被篡改（完整性）
• 发送者无法否认（不可抵赖性）

这是区块链和加密货币的核心技术之一。

4. 加密货币

比特币和所有加密货币都建立在公钥密码学之上：

• 私钥是你的资产所有权证明
• 公钥派生出你的地址
• 数字签名证明交易的合法性

没有 Diffie-Hellman 的工作，就不会有加密货币。

Whitfield Diffie 的故事

Whitfield Diffie 1944年出生于华盛顿特区，父亲是历史学教授。他从小就对密码学着迷，在大学学习数学。

1960年代，Diffie 在麻省理工学院人工智能实验室工作，接触到了早期的黑客文化。他深受影响，认为隐私是基本人权，密码学应该为所有人服务，而不只是政府和军方。

1970年代初，他开始全职研究密码学。当时他没有正式的学术职位，靠着微薄的咨询收入和妻子的支持维持生活。很多人认为他在浪费时间，因为学术界普遍认为密码学已经是成熟领域，不会有重大突破。

1974年，Diffie 遇到了 Martin Hellman。两人一拍即合，开始了改变世界的合作。

Diffie 后来成为 Sun Microsystems 的首席安全官，继续推动密码学的民用化。他是密码朋克运动的精神导师之一，虽然不是邮件列表的活跃成员。

Martin Hellman 的故事

Martin Hellman 1945年出生于纽约，在斯坦福大学获得电气工程博士学位，后留校任教。

Hellman 是一个勇敢的学者。在1970年代，研究民用密码学是危险的。美国政府认为强加密技术是军事机密，限制研究和出版。Hellman 冒着职业风险，坚持研究和发表成果。

他在斯坦福的办公室成为了密码学革命的中心。除了 Diffie，他还指导了 Ralph Merkle（Merkle树的发明者，区块链的基础结构之一）等优秀学生。

Hellman 后来将研究方向转向核武器裁军和世界和平，体现了他的人文关怀。他认为技术应该让世界更和平，而不是更危险。

密码学圣战

Diffie 和 Hellman 的工作引发了与美国政府的长期对抗，史称"密码学圣战"（Crypto Wars）。

美国政府的立场：

• 强加密技术是武器，应该受到出口管制
• 政府应该能够访问加密通信（后门）
• 民用密码学威胁国家安全

Diffie、Hellman 和密码朋克们的立场：

• 隐私是基本权利
• 密码学是数学，应该受宪法第一修正案（言论自由）保护
• 后门会削弱所有人的安全，包括好人
• 数学真理无法被法律禁止

这场战争持续了几十年，包括：

• 1970年代：政府试图阻止 Diffie-Hellman 论文发表（失败）
• 1990年代：Phil Zimmermann 因发布 PGP 被调查（最终不起诉）
• 2000年代：政府试图在加密系统中强制后门（失败）
• 2010年代：苹果公司拒绝为 FBI 解锁 iPhone

Diffie 和 Hellman 是这场战争的先驱。他们证明了密码学的数学基础无法被法律禁止，真理是无法被权力压制的。

RSA 与竞争

1977年，Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 发表了 RSA 算法，这是第一个完整的公钥加密系统（Diffie-Hellman 只是密钥交换协议）。

RSA 基于大数分解的困难性，实现了完整的加密和签名功能。它迅速成为最广泛使用的公钥算法。

有人认为 RSA 的发明者应该获得图灵奖，而不是 Diffie 和 Hellman。但学术界的共识是：

• Diffie-Hellman 开创了公钥密码学的整个领域
• RSA 是在这个基础上的重要应用
• 概念的突破比实现更重要

2015年，图灵奖授予 Diffie 和 Hellman，证实了这个观点。

有趣的是，后来解密的文件显示，英国情报机构 GCHQ 的 James Ellis 和 Clifford Cocks 在1970年代初就秘密发明了类似的技术。但由于保密要求，他们的工作直到1997年才公开。

历史记住的是 Diffie 和 Hellman，因为科学的进步需要公开和分享。秘密的发明对人类没有价值。

图灵奖与荣誉

2015年，ACM（美国计算机协会）将图灵奖授予 Diffie 和 Hellman，颁奖词写道：

For fundamental contributions to modern cryptography. Diffie and Hellman's groundbreaking 1976 paper introduced the ideas of public-key cryptography and digital signatures, which are the foundation for most regularly-used security protocols on the Internet today.

表彰他们对现代密码学的根本性贡献。Diffie 和 Hellman 1976年的开创性论文引入了公钥密码学和数字签名的概念，这是当今互联网上最常用的安全协议的基础。

除了图灵奖，他们还获得了：

• IEEE Hamming Medal（1992）
• Marconi Prize（2000）
• 多个密码学和信息安全奖项

对密码朋克和加密货币的影响

虽然 Diffie 和 Hellman 不是密码朋克运动的直接参与者，但他们是密码朋克的精神教父：

1. 技术基础 - 所有加密货币都使用公钥密码学
2. 哲学基础 - 他们证明了密码学可以对抗权威
3. 法律基础 - 他们为密码学的合法化而斗争
4. 精神激励 - 两个人可以改变世界

中本聪设计比特币时，完全依赖于公钥密码学：

• 比特币地址由公钥派生
• 私钥证明资产所有权
• 数字签名授权交易
• ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）是 Diffie-Hellman 思想的变种

可以说，Diffie-Hellman 是加密货币的技术祖先。

总结

Whitfield Diffie 和 Martin Hellman 完成了20世纪最重要的密码学突破。他们不仅发明了技术，还改变了思想：

• 密码学不只是为政府服务 - 普通人也有权使用强加密
• 隐私是可以用数学保护的 - 不需要依赖法律或信任
• 开放研究推动进步 - 科学应该公开，而不是保密
• 技术可以对抗权力 - 数学真理无法被禁止

他们的工作奠定了整个数字时代的安全基础。每次你网上购物、发送加密消息、使用加密货币时，你都在使用 Diffie-Hellman 的遗产。

最后用 Whitfield Diffie 的一句话结束本文，这句话体现了他对密码学的信念：

Privacy and accountability are not opposites - they are complementary. Strong encryption combined with digital signatures can give us both.

隐私和责任不是对立的——它们是互补的。强加密结合数字签名可以同时给我们两者。

参考：

• Diffie, W.; Hellman, M. (1976). "New Directions in Cryptography"
• https://en.wikipedia.org/wiki/Whitfield_Diffie
• https://en.wikipedia.org/wiki/Martin_Hellman
• https://amturing.acm.org/award_winners/diffie_8371646.cfm