密码学系列——简介密码学

Posted 2020-12-18 aoximin

前言

整理密码学。

我们在编程中常常需要密码问题，比如说https，aes等。他们都用到了密码这个概念。

密码学是网络安全、信息安全、区块链等产品的基础，常见的非对称加密、对称加密、散列函数等，都属于密码学范畴。

正文

从古至今密码学一直存在，那么在古代密码是怎么样的呢？

我们常常在电视剧中看到一张纸舔一舔然后显示出字了，或者用火然后烤一烤然后出现一些图案。

这些也属于密码学。当然这样是不够的，古人的思想不止于此，他们通过其他方法把文字加密了。

① 替换法
替换法很好理解，就是用固定的信息将原文替换成无法直接阅读的密文信息。例如将 b 替换成 w ，e 替换成p ，这样bee 单词就变换成了wpp，不知道替换规则的人就无法阅读出原文的含义。

替换法有单表替换和多表替换两种形式。单表替换即只有一张原文密文对照表单，发送者和接收者用这张表单来加密解密。在上述例子中，表单即为：a b c d e - s w t r p 。

多表替换即有多张原文密文对照表单，不同字母可以用不同表单的内容替换。

例如约定好表单为：表单 1：abcde-swtrp 、表单2：abcde-chfhk 、表单 3：abcde-jftou。

当然这会使得设计变得困难。

② 移位法
移位法就是将原文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目进行偏移后得出密文，典型的移位法应用有 “ 恺撒密码 ”。
例如约定好向后移动2位（abcde - cdefg），这样 bee 单词就变换成了dgg 。

上面的称作古典密码学。

本来古典密码学好好的，然后概率论发生了，这个时候密码就变得非常容易破解。

百度百科讲解一下如何破解的。

频率分析基于如下原理：在任何一种书面语言中，不同的字母或字母组合出现的频率各不相同。
而且，对于以这种语言书写的任意一段文本，都具有大致相同的特征字母分布。
比如，在英语中，字母E出现的频率很高，而X则出现得较少。类似地，ST、NG、TH，以及QU等双字母组合出现的频率非常高，NZ、QJ组合则极少。英语中出现频率最高的12个字母可以简记为“ETAOIN SHRDLU”。

比如说采用替换法，我发现出现很多个Z。但是按理说E应该最多，那么我尝试把Z换成X，这样破解的概率大大增加。

那么现代密码加密方式是啥？

① 散列函数
散列函数，也见杂凑函数、摘要函数或哈希函数，可将任意长度的消息经过运算，变成固定长度数值，常见的有MD5、SHA-1、SHA256，多应用在文件校验，数字签名中。
MD5 可以将任意长度的原文生成一个128位（16字节）的哈希值
SHA-1可以将任意长度的原文生成一个160位（20字节）的哈希值

② 对称密码
对称密码应用了相同的加密密钥和解密密钥。对称密码分为：序列密码(流密码)，分组密码(块密码)两种。流密码是对信息流中的每一个元素（一个字母或一个比特）作为基本的处理单元进行加密，块密码是先对信息流分块，再对每一块分别加密。

③ 非对称密码
对称密码的密钥安全极其重要，加密者和解密者需要提前协商密钥，并各自确保密钥的安全性，一但密钥泄露，即使算法是安全的也无法保障原文信息的私密性。

散列函数和非对称密码一般用于文件校验和身份验证，而对称用于数据传输加密。

主要是因为非对称密码加密解密消耗时间。