信息加密

Posted 2021-05-16 xiaoxiaojinglinger

对于原始的未加密的数据，我们称之为“明文”
对于加密的结果，我们称之为“密文”

信息加密

一、古典密码学

• 凯撒密码(公元前54年)：消息的加密是通过将当前字母替换为在常规字母表中第n个位置之后的那个字母来完成的。
• 用密钥“3”加密明文消息
  
• 换位思想： 换位密码保持所有字母数量不变，只改变字母的排列，一般是将明文写在一个给定大小的矩阵中，然后对行和列依据特定的序列进行置换操作。
  
• 培根密码(Baconian Cipher)是一种替换密码，16世纪由英国哲学家兰西斯·培根(知识就是力量口号的提出者)创造，每个明文字母被一个由5字符组成的序列替换。
  
• 猪圈密码(Pigpen cipher)是一种以格子为基础的简单替换密码。 17世纪左右，共济会常常使用这种密码保护一些私密纪录或用来通讯，所以又称共济会密码。
  
• 摩尔斯电码是无线电发明后最早使用的信息编码，通过电键敲击出点、划及中间的停顿发送。
  
• 当铺密码通常使用汉字来隐藏信息，专门用来加密数字，不需要密钥，明文信息包含在加密后的密文中。较常见的当铺密码有两种，一种是将数字映射到对应笔画的汉字，另外一种是利用汉字的字形特征，当前汉字有多少笔画出头就转化成数字几。
• 利用键盘的特性制作的密码，常见有计算机的键盘和手机的键盘，加密的方式有坐标法和顺序法。
  方式1：按键盘顺序编码A-Z
  方式2：按行列坐标将字母转换为数字
  方式3：按键盘顺序将字母转换为数字
• 与佛论禅

古代加密工具

二、现代密码学

• DES：美国国家标准局建立的数据加密标准；1977年1月，美国政府颁布：采纳IBM公司设计的方案作为非机密数据的正式数据加密标准(Data Encryption Standard)，或简称为DES。
  （一）DES加密的三个原则：
  （1）混淆(confusion)：使密文与密钥的关系尽可能复杂化，使得对手即使获取了许多明文和对应的密文，以及关于密文的一些统计特性，也无法推测密钥。
  （2）扩散(diffusion)：让明文中的每一位影响密文中的许多位，或者说让密文中的每一位受明文中的许多位的影响。这样可以隐蔽明文的统计特性。当然，理想的情况是让明文中的每一位影响密文中的所有位，或者说让密文中的每一位受明文中所有位的影响。
  （3）分组(block cipher)：可以看成经典的电报密码本加密技术的现代传承，其中由密钥来决定电报密码本的选择。一次加密一组数据，密钥长度为一组数据的长度。
  （二）DES加密原理：
  DES(Data Encryption Standard)采用分组加密。使用64位的分组长度和56位的密钥长度，将64位的输入经过一系列变换得到64位的输出。DES算法利用多次组合替代算法和换位算法，通过混淆和扩散的相互作用，把明文编制成密码强度很高的密文。解密则使用了相同的步骤和相同的密钥。
  （1）64位数据为一组进行加密
  （2）初始置换根据一张8*8的置换表，将64位的明文打乱
  （3）与56位的密钥经16轮次迭代运算形成的初始密文
  （4）最后经过初始逆置换得到分组的最终密文
  
  对称加密：采用单钥密码系统的加密方法，同一个密钥可以同时用作信息的加密和解密，这种加密方法称为对称加密，也称为单密钥加密。
  
• AES：高级加密标准AES；2001年，美国国家标准与技术研究院发布AES以替代DES。AES加密标准将密钥长度提高到了128位(可选192位和256位)。
  国家密码局认定的国产对称加密算法为SM1、SM4和SM7，密钥长度和分组长度均为128位。
  非对称加密：
  公钥密码体制。非对称加密算法使用完全不同但又是完全匹配的一对钥匙：
  公钥和私钥
  公钥：公开的，任何人都知道
  私钥：只有自己知道
  算法：一对密钥中用公钥加密的结果可以用私钥解密，反过来用私钥加密的结果也可以用公钥解密。
  两种密码体制的比较
  公钥密码学和以前的密码学完全不同：
  （1） 对称密码学基于替换和置换(混淆和扩散)，运算速度快；公钥密码学基于数学理论(单向函数)，运算速度慢
  （2） 对称密码学使用单密钥，需要额外秘密信道协商密钥；公钥密码学使用两个独立的密钥，不需要秘密信道协商密钥
• RSA：RSA算法1977年由MIT三位密码学家Rivest、Shamirh和Adleman发明，是迄今为止最为成熟完善的公钥密码体制。RSA算法能够抵抗到目前为止已知的绝大多数密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。
  RSA算法基于数论构造，具体难题是大素数乘积的因子分解。将两个大素数相乘十分容易，但对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积作为加密密钥公开。