密碼學(xué)是安全通信的基礎(chǔ)。密鑰是添加解密信息的重要基礎(chǔ)。對于密鑰持有人以外的人來說，只有暴力破解或竊取密鑰。前者需要巨大的計算資源，可能一輩子都是徒勞的，后者相對容易得多。20世紀70年代，Whitfield Diffie提出了一項新的密鑰共享協(xié)議，解決了如何安全傳輸密鑰的問題，為現(xiàn)代安全通信奠定了基礎(chǔ)，并獲得了圖靈獎。然而，隨著AI隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，密碼學(xué)也遇到了新的問題。本文將重點關(guān)注三個有前途的潛在解決方案。
大數(shù)據(jù)收集和輕量密碼學(xué)
大數(shù)據(jù)是機器學(xué)習(xí)的必要條件。人們的時間和精力有限。如果人們收集數(shù)據(jù)，太多的信息將被忽略。物聯(lián)網(wǎng)( Internet of things，IoT ) 可以正確地解決這個問題。今天，與網(wǎng)絡(luò)相連的設(shè)備通常只有手機和計算機，物聯(lián)網(wǎng)的概念是將所有設(shè)備連接到一個網(wǎng)絡(luò)中，以更有效地控制和分析信息，減少不必要的浪費和消耗。例如，如果家用燈泡、空調(diào)、冰箱等家用電器的使用信息可以通過物聯(lián)網(wǎng)收集和記錄，并使用人工智能分析，可以根據(jù)使用需要設(shè)計更省電的操作模式，甚至更好的家庭配電模式，提高電廠的效率。
然而，水可以載船，也可以覆船。如果物聯(lián)網(wǎng)被有心人惡意黑入，將是一場難以想象的災(zāi)難。如果家里的空調(diào)被惡意打開，可能只會增加麻煩；但是，如果有人惡意同時打開整個城市的所有電器，可能會導(dǎo)致電廠過載、電網(wǎng)癱瘓，甚至影響國家安全。因此，加密通信極其重要。然而，許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的尺寸非常小，無論是計算資源還是電池壽命有限，都不能完全滿足通信加密的需要。因此，一套不同于計算機通信的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備加密協(xié)議和一套「輕量加密」 ( Lightweight Cryptography ) 有必要不妥協(xié)安全性的密碼學(xué)。

同態(tài)加密隱私問題
除了惡意黑客，個人數(shù)據(jù)的收集和隱私也是大數(shù)據(jù)的一大爭議。即使使用大數(shù)據(jù)的機構(gòu)遵守道德規(guī)范，個人資本仍然可能流入感興趣的人。常見的情況是，當(dāng)一般機構(gòu)沒有足夠的計算能力進行大數(shù)據(jù)分析時，通常如圖1所示A如所示，向第三方租賃Amazon Web Service、 Google Cloud Platform等待云計算資源。計算完成后，是否正確刪除大數(shù)據(jù)，包括隱私數(shù)據(jù)，是一個大問題。
同態(tài)加密( Homomorphic Encryption ) 是解決大數(shù)據(jù)隱私問題的一種方法。如圖2所示B所示工程師在上傳數(shù)據(jù)之前先加密數(shù)據(jù)。計算數(shù)據(jù)( f )，工程師對加密數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的同態(tài)操作( g )。g它的作用是在數(shù)據(jù)被加密時對數(shù)據(jù)進行處理f運算，最后下載并解密得到目標函數(shù)f(x) 結(jié)果。通過這種結(jié)構(gòu)，上傳到云計算的數(shù)據(jù)總是提前加密，即使數(shù)據(jù)后來沒有被正確刪除，也沒有人能閱讀數(shù)據(jù)內(nèi)容。這一領(lǐng)域?qū)θ斯ぶ悄艿奈磥戆l(fā)展非常重要，但仍處于研究階段。

信任與區(qū)塊鏈
然而并非所有資料都適合同態(tài)加密。例如銀行在處理與顧客間交易時，需要驗證顧客的銀行帳戶確實有足夠的資金進行交易，所以個人的經(jīng)濟資料不能對銀行保密。這些資料在銀行內(nèi)部可說是一覽無遺，理論上也能被竄改。我們不顧這些疑慮而仍然使用銀行服務(wù)的原因，在于我們信任銀行，用信任來彌補安全性上的疑慮。我們相信：盡管銀行有能力竄改資料，他們不會這樣做。但是再有信用的銀行也可能有倒閉的一天，若要獲得絕對的安全性，不能只依靠信任。
區(qū)塊鏈( blockchain ) 于焉誕生。其原理是將所有帳戶交易分散儲存在區(qū)塊鏈中。每個人都有一份區(qū)塊鏈，所以不需要信任任何個人或銀行。當(dāng)完成交易時，交易的內(nèi)容會被加密并且上傳到區(qū)塊鏈，形成一個新的區(qū)塊。協(xié)助新區(qū)塊加密的人可以獲得獎勵，也就是比特幣等加密貨幣( 俗稱挖礦)。若一個黑客想要竄改區(qū)塊鏈上的資訊，如圖二，他可以制造一個假的分支(圖中分支2)。但是制造新的區(qū)塊需要龐大的計算資源，只要這位黑客沒有整個系統(tǒng)50%以上的計算資源，他制造區(qū)塊的速度永遠比其他誠實使用者還要慢。以比特幣為例，系統(tǒng)會選擇最長的區(qū)塊鏈作為正統(tǒng)，所以真實的分支1會被選用，偽造的分支2則會被淘汰。在如此的防偽機制下，資訊一旦被放在區(qū)塊鏈上便難以遭到竄改。
區(qū)塊鏈目前仍是積極開發(fā)中的領(lǐng)域，由于其龐大的經(jīng)濟價值，發(fā)展的速度比輕量密碼學(xué)和同態(tài)加密更加快速。但是區(qū)塊鏈的交易速度與交易量仍有待改進。在安全性上，若單一黑客擁有系統(tǒng)50%以上的計算力，便能進行「51%攻擊」，竄改區(qū)塊鏈上的資訊，這部分疑慮仍有待研究。

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