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数学知识体系

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⌕2026/8/31
概念

Diffie-Hellman

在公开信道上利用离散对数困难性协商共享密钥,让双方无需预先见面即可建立安全通信。

所属主题:密码学 ↗
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当前概念

Diffie-Hellman密码学

01定义

Diffie-Hellman 让双方在公开信道上协商出共享密钥:各自公布 gag^a、gbg^b,共享秘密 gabg^{ab} 只有双方能算出——离散对数困难性保护了交换。它是密钥协商的原型,ECDH 与 TLS 握手的数学核心。
Alice 秘密 a Bob 秘密 b gᵃ(公开) gᵇ(公开) (gᵇ)ᵃ = gᵃᵇ (gᵃ)ᵇ = gᵃᵇ 共享密钥 K = gᵃᵇ ✓ 双方一致 窃听者见 gᵃ 与 gᵇ,求 gᵃᵇ = 离散对数难题 混合加密:DH 协商对称密钥,对称密钥加密数据
DH 交换:公开指数,秘密共享

02核心要点

01

离散对数假设

由 gag^a 求 aa(DLP)在素数阶群中无经典多项式算法;指数运算(平方-乘)O(log⁡a)O(\log a) 快,对数逆向极慢——单向性再次成为安全根基。

02

中间人攻击与认证

裸 DH 不防中间人篡改公钥:实际协议用签名认证 DH 公钥(TLS)或转用 ECDH + 证书。前向安全要求临时密钥(DHE/ECDHE):私钥泄露不溯及既往。

03

从群到曲线

DH 可运行于任何循环群:素数域乘法群(经典)、椭圆曲线群(ECDH,密钥短)、配对友好曲线(身份基加密)——「Diffie-Hellman 问题」是一族假设的统称。

03关键公式

K=(gb)a=(ga)b=gab(modp)K=(g^b)^a=(g^a)^b=g^{ab}\pmod p

04历史沿革

Diffie 与 Hellman 1976 年《密码学的新方向》提出公钥思想与 DH 交换(1976 图灵奖级贡献);英国 GCHQ 的 Ellis、Cocks、Williamson 更早内部发现但长期保密。

05应用与延伸

TLS 握手(ECDHE 前向安全)、Signal 协议的 X3DH、IPsec 安全关联建立、区块链钱包的密钥派生。

06交互演示

Diffie–Hellman 密钥交换公共 (p, g);私钥保密,公开值交换后双方得到相同共享密钥

07相关概念