区块链:网络的密钥交换与公钥分发的方法_HPB

一、背景

在当前的网络环境中，ETH网络要想保证两个节点间通信中的数据是安全的，通常需要混合使用公开密钥算法来进行密钥交换，然后使用对称加密算法将数据加密，使用单向散列函数生成数据指纹，使用签名算法生成数据签名，然后一起将加密数据，数据指纹，数据签名一起发送给对方。

这是目前通用的密钥交换的方式，但也有一个无法避免的问题，就是需要第三方来保证公钥的正确性，同时在双方通信之前，都需要可信的第三方提供对方的公钥。

本文介绍一种不使用公开密钥算法而是采用工作量证明来进行密钥交换的方法，整个过程不需要第三方的参与。

推特CEO：推特可能允许每个用户添加支持闪电网络的比特币钱包:金色财经报道，推特网友Brandon Jacoby在推特中表示，Twitter上的每个账户都应该有一个钱包地址来存储NFT。用户可以选择他们钱包中的任何NFT作为他们的头像。这将成为展示/传播的最大验证层之一。加密初创公司 nocodepros.co创始人st.表示，感觉这件事对ETH生态系统的好处比对推特的好处多。对此，推特CEO jack评论表示，同意，而且Twitter上的每个账户都能链接到一个闪电钱包。[2021/8/13 1:52:02]

二、方案

动态 | 提交给美国金融犯罪执法网络的与加密货币相关的可疑活动报告激增:美国金融犯罪执法网络（FinCEN）主任Kenneth Blanco表示，自5月份以来，加密货币公司已提交了7,100份可疑活动报告（SAR）。此外，总共有11,000个与加密相关的SAR已提交给FinCEN。这些激增的数字表明，虚拟资产服务提供商（VASP）（如加密ATM和交易所）正在密切关注潜在非法活动。 （coindesk)[2019/12/11]

假设通信双方为A和B，方法中x为随机数，y为需要交换的n位加密密钥，n是固定值。过程描述如下：

声音 | Lane Rettig：分叉升级后将改善以太坊网络的慢和贵:1月12日，在“以太坊的窘境与君士坦丁堡保卫战”为主题的金色直播间内，以太坊核心技术成员、Ewasm团队创始成员Lane Rettig阐述以太坊升级后的几大变化。第一个升级为，引入位移操作；第二个升级为，EIP 1014，它将允许用户与尚未创建的地址进行交互；第三和第四个升级为，EIP 1052 和EIP 1283，它们旨在让以太合约执行起来更便宜，改善以太网络的慢和贵。[2019/1/13]

1、A使用随机数算法，生成x，生成n位密钥y，使用y对x进行对称加密生成密文Sx。

物理学家Sjors Provoost计划开发基于闪电网络的额审查系统:上周五，一位对比特币感兴趣的物理学家Sjors Provoost发布了一项类似Patreon的加密货币项目，旨在建立可长期接受捐赠的自我托管平台。同时该科学家表示，他们还将开发基于闪电网络的审查系统——Matreon。[2018/4/12]

2、A重复步骤1执行m次，生成m个Sx。因为x是随机生成的，所以m个x,y,Sx都是不一样的。

3、A将m个x，Sx发送给B。

4、B从m个x，Sx中随机选择一对，然后进行穷举破解，破解出y。穷举破解的过程即为工作量证明。

5、B将选中的x发送给A。此时A与B都知道了密钥y。之后使用y加密数据进行通信即可。

此方法的可行性主要在单次穷举破解的复杂性以及消息的数量m。破解的复杂度太高会导致工作量证明花费的时间太多，消息的数量m太少也不行，太少会降低破解的难度。

当然，上述方法还存在其他问题，比如如果在第3步，第5步数据被截获，虽然通过第3步暂时无法破解具体的x,y,但是第5步是可以破解x,y的。如果在后续的通信中，仅使用y对数据加密，也存在数据完整性和防抵赖方面的问题。有一种情况是非常适合使用此方式的。就是双方在不知道对方公钥的情况下，同时又不想依赖第三方的时候，可以依赖此方式进行安全的密钥交换和公钥分发以及安全通信。因此我们继续完善方案：

三、优化方案

上述方案的前提条件不变，同时A，B各自生成自己的公私钥对。

1、上述步骤1,2不变。

2、A将m个x,Sx，Pxa发送给B，其中Pxa为使用y加密Pa的结果，Pa为A的公钥。

3、B随机选择一个暴力破解出y，然后根据y解密Pxa，此时也知道了Pa。

4、B使用Pa加密x，使用y加密Pb发送给A。

5、A收到使用私钥解开x,则知道了y,使用y可以知道Pb。至此，A，B都知道y,以及对方的公钥。

从安全性上，即使第2步，第4步中，即使数据包被截获，攻击者也无法从m个x,Sx中破解出来需要的y,也无法知道双方的公钥。

该优化方案还解决了另一个问题，就是公钥的分发问题。现在常用的公钥分发都是先将公钥存储在集中的数据库中，然后到数据库中获取对应的公钥，但是由于事前用户并不知道需要跟谁通信，因此就必须保证用户计算机与数据库服务器是连通的。而此方法并不需要中心化的数据库来支持分发，只需要通信双方能够知道对方存在即可。

作者：感谢HPB蓝莲花团队整理供稿。

注：如有问题请在下方留言联系我们技术社群。

汪晓明博客：http://wangxiaoming.com/

汪晓明：HPB芯链创始人，巴比特专栏作家。十余年金融大数据、区块链技术开发经验，曾参与创建银联大数据。主创区块链教学视频节目《明说》30多期，编写了《以太坊官网文档中文版》，并作为主要作者编写了《区块链开发指南》，在中国区块链社区以ID“蓝莲花”知名。

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