从简单到复杂，密码学让我们的信息更安全

观点

2023

05/08

14:32

亚设网

相信各位粉丝们和文档君一样，都或多或少地看过这些新闻：

某银行大量的个人信息被售卖

某电信运营商因网络攻击导致服务中断

国际航港巨头遭勒索病毒攻击

......

近年来，信息泄漏、网络攻击等安全事件层出不穷。互联网通信的安全性变得越来越重要。密码作为维护信息安全的重要方法之一，成为网络通信中不可或缺的部分。然而，你是否知道，密码的历史，可以追溯到公元前 5 世纪。今天，让我们来揭开它那神秘又迷人的面纱。

密码学的发展大致可分为三个阶段：古典密码阶段、近代密码学阶段、现代密码学阶段。密码学从一门艺术变成一门科学，中间经历了许多变化。

01、古典密码学

9 世纪末以前的漫长时期，密码开始起源并逐渐发展。在这个阶段，密码学被作为一种艺术流传。人们通过手工方式，利用纸、笔或者简单器械，实现内容的代换和置换。不知道大家是否曾经有过给心爱的她 / 他写藏头诗的经历？其实，在那个懵懂的时光里，我们不经意间就已经完成了一次对信息的“加密”操作。在古代，国内广泛流传的藏头诗、“”隐写术”，以及国外转到转盘正确位置就能打开的“达芬奇密码筒”，都是通过消息本身隐藏或者具体内容的隐藏来达到加密的效果。后来，随着认识和思想不断提高，聪明的人们开始通过变换的方式实现对信息的“加密”操作。典型密码：凯撒密码、维吉尼亚密码

凯撒密码

恺撒密码是一种最简单且最为人知的加密技术。消息上的所有字母，都是通过在如下的单个字母表上向后（或者向前）按照一固定数目进行偏移（即偏移量 n）后，实现“加密”。同样，利用偏移量这个解密密钥，我们就可以对密文解密。

维吉尼亚密码

维吉尼亚密码是使用一系列恺撒密码组成密码字母表的加密算法，即在同一消息使用多个字母表的形式进行加密。其中每一位消息对应列序号，填充后的密钥作为行序号，在表中定位行列的交叉处即加密后的字符，从而增加密码的破解难度。

02、近代密码学

20 世纪初期到 20 世纪 40 年代末大约 50 年代间

密码学的第一次飞跃：香农发表“Communication Theory of Secrecy System”（保密系统的通信理论），文章建立了信息论的基础（通信专业的人对他再熟悉不过了），同时提出密码的混淆和扩散两个设计原则，密码学开始迈入科学的轨道。在之后阶段，人们通过手工或电动机械实现复杂的代换及置换。

相信大家看过不少谍战片，很多经典的谍战片里也会涉及到密码思想。在那个战争年代，密码学发挥着关键作用，它甚至可以决定战争的最后胜负。其中，最典型的当属二战时期，英国破译德国的 Enigma 加密机。因为 Enigma 加密机充分利用了混淆和扩散的设计原则，并且使用的密钥每天都会更新，所以仅依靠当时的人力难以破解 Enigma 加密机。最后，艾伦・图灵（膜拜~）参与了这项破译工作 —— 通过研究 Enigma 机的构造，成功造出 Enigma 机进行逆变换的机器来破译 Enigma 加密机，这也为最终战争的胜利提供关键作用。

典型密码：Vernam 密码、轮转密码

Vernam 密码

Vernam 密码也称为一次一密。即它使用的密钥只能使用一次。而且，它的长度至少和加密的消息长度相同。它的产生也是随机的，加密和解密都使用了类似的模运算。

轮转密码

随着机械和机电技术的不断成熟，结合电报和无线电需求的出现，出现了专用于加密的密码设备 —— 轮转机。顾名思义，它就是由一个键盘和一系列的转轮组成。每个转轮都是 26 个英文字母的任意组合。当每个转轮和移动齿轮转动完成时，原来的字母全部替换成加密后的字母。Enigma 加密机就是轮转密码的代表，输入的字母通过转轮和移动齿轮后形成新的电路回路，对应加密后的字母所在灯泡点亮。

03、现代密码学

20 世纪 50 年代以来的时期

在这个阶段，随着无线通信、有线通信等通信手段的迅速发展，结合坚实的数学理论基础，密码学开始成为一门科学。

密码学的第二次飞跃：Diffie 和 Hellman 两人发表了“New Directions of Cryptography”（密码学新方向），开创了公钥密码学的新纪元。在此之前，密码使用的加密密钥和解密密钥是相同的，即对称加密。公钥密码意味着密码使用的加密密钥和解密密钥是完全不同的，即不对称加密。

典型密码：DES、AES、RSA、ECC

DES

DES（数据加密标准）是 1972 年美国 IBM 公司研制的对称密码体制加密算法，1977 年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），并授权在非密级政府通信中进行使用。其使用的密钥长度为 56 比特，可生成 16 个子密钥。DES 按照 64 位对消息分组后，与子密钥进行迭代运算，生成密文。然而随着计算机计算能力的提高，DES 密钥过短问题成为了安全隐患，美国政府需要寻找其替代方案。

AES

AES（高级加密标准），又称 Rijndael 加密算法，是美国联邦政府采用的一种替代 DES 的区块加密标准。2006 年，AES 已成为对称密钥加密中最流行的算法之一。其使用的密钥长度有 128 比特、192 比特和 256 比特。目前，它在网络信息、电子商务、数据库和硬件等相关领域仍发挥作用。

RSA

1977 年，美国的 Ron Rivest、Adi Shamir 和 Leonard Adleman 首次提出较完善的公钥密码体制 ——RSA（由三人姓氏开头字母组成）。该算法是基于大素数因子分解的数学困难问题上的算法。它是目前应用最广泛的公钥密钥加密方案之一，其主流使用的密钥长度一般在 1024 比特以上。

ECC

ECC（椭圆曲线算法）最初在 1985 年由 Koblitz 和 Miller 两人提出。该算法是基于椭圆离散对数的数学困难问题上的算法。它利用编码将消息转换成椭圆曲线（函数形式：y^2=x^3+ax+b）上的一个点 m，所有的运算都在椭圆曲线上实现。它的优势在于在某种情况下可以比其它加密算法使用更短的密钥，提供相当或者更高级别的安全。缺点是加解密花费时间较长。其主流使用的密钥长度一般在 160 比特以上。