为什么计算机科学如密码学喜欢用 Alice 和 Bob 举栗子？ 第1页

这周四接到了知乎的一个邀请，自己突然反应过来有一段时间没在知乎答题了，正好浏览知乎看到了这样一个有趣的问题，于是抛砖引玉来答一答。

Alice和Bob的诞生（1978年2月）

如果知友们了解一些密码学的知识，就一定会知道一个著名的密码学体制：RSA密码体制。RSA密码体制是密码学家提出的第一个公钥密码体制。简单来说，公钥密码体制允许相隔万里的两个人在互相不见面的条件下，远程实现安全通信。夸张点的说，没有RSA密码体制，我们就没法通过互联网安全聊天、实现电子交易，整个互联网会变得非常不安全。

RSA这个名字是发明此密码体制的三位密码学家Rivest、Shamir、Adleman的首字母缩写。这三位密码学家在1977年4月撰写了一篇论文《数字签名与公钥密码学》（On Digital Signatures and Public-Key Cryptosystems），并投稿至了一个期刊上，不过很遗憾这篇论文被拒稿了。不过，是金子总会发光的，这三位密码学家在1977年12月撰写了RSA密码体制的相关专利（此专利最终于1983年9月20日授权），并将论文进行了修改，把题目改为《一种实现数字签名和公钥密码系统的方法》（A Method of Obtaining Digital Signatures and Public-Key Cryptosystems），投稿至顶级期刊《ACM通信》（Communications of the ACM），最终于1978年2月成功发表。Rivest、Shamir、Adleman也因为提出了RSA密码体制，最终于2002年获得了计算机领域的最高奖项：ACM图灵奖（ACM Turing Award）。

不过我们今天要聊的并不是RSA密码体制，而是Alice和Bob。由于论文《一种实现数字签名和公钥密码系统的方法》于1978年2月发表，1978年2月也就成为了这篇答案的主人公Alice和Bob的生日。为什么这样说呢？因为这篇论文中首次使用了Alice和Bob来描述方案。在论文第2页，第2章的最后一个自然段，有这样一段描述：

For our scenarios we suppose that A and B (also known as Alice and Bob) are two users of a public-key cryptosystem.
在我们的场景中，假定A和B（也称为Alice和Bob）是公钥密码系统中的两个用户。

在这篇论文发表之前，通信领域论文中一般用A表示数据发送方，一般用B表示数据接收方。例如，1976年，密码学家Diffie和Hellman发表了标志着公钥密码学思想诞生的论文《密码学的新方向》（New Directions in Cryptography）。在此论文中，Diffie和Hellman就使用A和B分别表示数据发送方和数据接收方。在论文第7页，可以看到这样一句话：

If user A wishes to send a message M to user B, ...
如果用户A想将消息M发送给用户B，...

然而，大约2年后，Rivest、Shamir、Adleman就在论文中用Alice和Bob替代了A和B。根据Rivest的回忆，当时之所以使用Alice和Bob，一方面是避免使用枯燥无味的A和B，而这两个名字的英文首字母仍然维持A和B不变；另一方面是因为Alice和Bob分别为女性名字和男性名字，这样在论文后面的部分中就可以使用英语的她（she）和他（he）分别指代Alice和Bob，不至于让读者混淆。

至于究竟为什么要用Alice和Bob，而不用其它名字，有2种说法。一种说法是Rivest可能比较喜欢《爱丽丝梦游仙境》（Alice's Adventures in Wonderland）这部文学作品。

另一种说法是Rivest、Shamir、Adleman对1969年的一部电影《鲍勃&卡罗尔&特德&爱丽丝》（Bob & Carol & Ted & Alice）比较熟悉。

至于具体是什么原因，就不得而知了。不过，由于Alice和Bob是英语中分别以A和B开头的最常用的名字，可能当时这三位密码学家选取名字的时候只是选了一个满足条件的、最常用的名字而已。

Alice和Bob在密码学中被广泛使用（1980年以后）

1978年后，Alice和Bob这两个名字逐渐成为了密码学领域中的“著名人物”。慢慢地，大量的密码学家开始使用这两个名字代替枯燥无味的A和B。

1981年5月20日，密码学家Rabin在给哈佛大学艾肯计算实验室（Aiken Computation Lab）中撰写的技术报告《如何利用不经意传输实现秘密交换》（How to Exchange Secrets with Oblivious Transfer）中就使用了Alice和Bob：

Bob and Alice each have a secret, SB and SA, respectively, which they wish to exchange.
Bob和Alice分别有一个秘密SB和SA，他们希望交换他们的秘密。

1981年11月10日，密码学家Blum发表了一篇题为《通过电话抛硬币：一个用于解决不可能问题的协议》（Coin Flipping by Telephone: A Protocol for Solving Impossible Problems）。报告第1句话就写到：

Alice and Bob want to flip a coin by telephone.
Alice和Bob想通过电话来抛一枚硬币。

在之前的论文或报告中，一般只使用Alice和Bob代替A和B而已，Alice和Bob更像是代号。但在这篇报告中，Blum真正把Alice和Bob带到了背景故事里面，成为了故事中的两个人物。Blum写到：

They have just divorced, lived in different cities, want to decide who gets the car.
他们（Alice和Bob）刚刚离婚，居住在不同的城市，希望确定谁能分得汽车。

不过，也并不是所有的密码学家喜欢用Alice和Bob。密码学家ElGamal在论文《基于离散对数问题的公钥密码系统和签名方案》（A Public Key Cryptosystem and a Signature Scheme Based on Discrete Logarithms）中就没有使用Alice和Bob。1988年，密码学家Micali、Rackoff、Sloan在Alice和Bob的使用上也显得有些模棱两可，他们在论文《概率密码系统中的安全概念》（The Notion of Security fo Probabilistic Cryptosystems）中这样写到：

As with all cryptography, the goal is that A(lice), by using an encryption algorithm E, becomes able to securely send a message m to B(ob).
与其它密码体制相同，他们的目标是让A（lice）通过使用一个加密算法E，可以向B(ob)秘密发送一个消息m。

导致Alice和Bob最终成为密码学中主人公的事件，是1984年4月密码学家Gordon在瑞士苏黎世发表的一个晚餐演讲。这个演讲具体是什么已经无从考证了。Gordon在这次演讲中把Alice和Bob在密码学论文中出现的各种角色总结了一遍：

• Bob是一位股票经纪人，而Alice是一位股票投资人（Bob was a stockbroker while Alice was a stock speculator）
• Alice和Bob想要一起欺骗保险公司（Alice and Bob tried to defraud insurance companies）
• Alice和Bob想要通过电话玩扑克（Alice and Bob played poker over the phone）
• Alice试图想向丈夫隐瞒她与Bob的金融交易信息（Alice tried to hide her financial dealings with Bob from her husband）
• Alice和Bob同时被税务机关和秘密警察订上了（Alice and Bob are wanted by both the Tax Authority and the Secret Police）
• 由于不相信Bob的过去经历，Alice不相信Bob（Alice doesn’t trust Bob because of some unknown past experience）

（感谢评论区 @黄家强 ，科学松鼠会曾经给出了Gordon这次演讲的翻译稿，参见链接：科学松鼠会 " 关于爱丽丝和鲍勃的宴后演讲）

Gordon的这次演讲最终影响了整个密码学界，使Alice和Bob成为了密码学界中的虚拟主人公。Gordon在2005年回忆道：

Today, nobody remembers I invented Strong Primes, but everyone knows me as the guy who wrote the story of Alice and Bob.
现在，没人记得我发明了强质数，但每个人都知道我写的有关Alice和bob的故事。

Alice和Bob在其它领域被广泛使用（1980年以后）

1980年以后，Alice和Bob也逐渐出现在其它计算机科学领域的论文中。1987年，Halpern和Rabin首次在模态逻辑领域使用Alice和Bob。他们在论文《有关似然性的逻辑解释》（A Logic to Reason about Likelihood）中写到：

The situation is the following. Suppose Alice and Bob have one-bit secrets which they would like to exchange (the multibit case proceeds along similar lines).
具体场景如下。假设Alice和Bob想交换1比特秘密信息（多比特情况的处理方式类似）。

量子计算领域也逐渐开始使用Alice和Bob。例如，Bennett、Bessette、Brassard、Salvail、Smolin于1990年发表的论文《实验量子密码学》（Experimental Quantum Cryptography）中的第2章，为通过公钥密码体制引入量子密码学，论文写到：

The purpose of public key distribution is for two users "Alice" and "Bob", who share
no secret information initially, to agree on a random key, which remains secret from
an adversary “Eve”, who eavesdrops on their communications.
公共密钥分发的目的是让两个用户Alice和Bob在初始没有秘密信息的条件下协商得到一个随机密钥。这个随机密钥应该对攻击者Eve保密，Eve可以窃听Alice和Bob的通信内容。

随着时间的推移，Alice和Bob不仅在在计算机理论、逻辑学、量子计算等与密码学相关的领域中得到应用，他们的名字也逐渐出现在经济学、物理学、以及其它工程领域的论文中。

新人物Eve的诞生（1985年-1988年）

1985年，密码学家Bennett、Brassard、Robert在论文《如何减少敌人的信息》（How to Reduce Your Enemy's Information）中也使用了Alice和Bob作为主人公。不过，他们在论文中又给出了一个新的人物：Eve。

如果仔细观察的话，上面提到的论文《实验量子密码学》中已经出现了Eve的身影。Eve的首字母E实际上表示的是英文Eavesdropper，意为“窃听者”。顾名思义，Eve是一个攻击者，他的能力是窃听Alice和Bob之间的通信内容。1985年的论文《如何减少敌人的信息》中第一次出现了Eve的身影：

The private channel is imperfect in various ways: transmission errors can occur, and partial information can leak to Eve, the
eavesdropper, who also can modify the transmissions arbitrarily.
保密信道从几个方面看都是不完美的：通信过程会出现数据传输错误，部分信息也会泄露给窃听者Eve，Eve也可以任意修改通信信息。

Eve的出现使得密码学家们终于找到了一个可以代替攻击者（Adversary）一词的人物了。要知道，攻击者Adversary一词的英文首字母也是A，如果直接用A的话就会和Alice混淆。Eve出现在密码学论文中后，密码学家就可以用字母E来表示攻击者，从而避免上述混淆。不过，论文《如何减少敌人的信息》中提到，Eve可以任意修改通信信息。不过，现在密码学论文中一般把Eve称为被动攻击者：Eve只能实施窃听，不能对通信内容进行任何篡改。密码学家专门引入了另一个可以对通信内容进行篡改的人物：Mallory，这个名字的英文首字母M表示英文单词Malicious Adversary，意为“恶意攻击者”。

其它人物的诞生（1994年）

1994年，著名密码学家Schneier出版了一本密码学著作《应用密码学：协议、算法、C语言源码》（Applied Cryptography: Protocols, Algorithms, and Source Code in C）。在这本著作中，Schneier不仅广泛使用Alice、Bob、Eve和Mallory，还发明了很多其它的人物，这些人物未来都成为了密码学协议中的人物，列举如下：

• Carol（或者Cathy）：通信中的第三位参与人，对应的是英文的第三个字母C；
• Dave（或者David）：通信中的第四位参与人，对应的是英文的第四个字母D；
• Isaac：互联网服务提供方，对应的英文是Internet Service Provider；
• Justin：司法机关，对应的英文是Justice；
• Oscar：攻击者，对应的英文是Opposite；
• Pat/Victor：证明方/验证方，对应的英文是Prover/Vierfier；
• Trent：可信第三方仲裁，对应的英文是Trusted Arbitrator；
• Walter：看守人，在协议中保护Alice和Bob，对应的英文是Warden。

以上。

参考资料

DuPont和Cattapan于2017年撰写了一篇文章《Alice and Bob: A History Of The World's Most Famous Couple》，详细论述了Alice和Bob的由来。本文多数材料均从此篇文章中找到。本文可以在The World’s Most Famous Cryptographic Couple处访问并下载。

维基百科《Alice and Bob - Wikipedia》中详细列举了除Alice和Bob外的其它人物，可以具体查看。