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从数学到物理学:加密算法简介

编者按:本文来自 以太坊爱好者(ID:ethfans),作者:George Moraetes,翻译&校对:闵敏 & 阿剑

是不是只有那些数学头脑很好的人,才能理解那些在信息安全中常常用到的技术(密码学)?如果你要成为密码学家,那可能是的,毕竟密码学家的工作就是构造极难破解的加密算法。但是加密方法在当今世界的用途已经非常普遍了,从保护用户的信用卡信息、保护远程用户的网络连接,到保护智力产权、防止盗版,密码学无处不在。

我这篇文章的目的,就是把令人望而生畏的密码学转述成大白话,让大家都能理解这些方法是如何用来加密数据的。

加密算法

- 密码学就是数学和物理学的组合;它是信息安全技术的核心,保护我们的数据安全和隐私 -

1. 密码学(Cryptology)的历史

“cryptology” 和 “cryptography” 两个词在现代的文献中常常是无差别混用的,这就把对它们实际意义的混淆延伸到了语义学中。实际上,这几个不同的词语最好这样解释:

  • Cryptology(密码学) —— 对保密技术的艺术性 以及/或者 密码系统科学性的研究

  • Cryptography(密码设计学)—— 设计密码系统来保密的实用方法

  • Cryptoanalysis(密码学分析)—— 致力于发现无需得知密钥或算法就能从密文中反推出明文的漏洞

译者注:正如作者所说,在现代的文献中,“cryptology” 和 “cryptography” 基本上是没有差别的了,都是 “密码学” 的意思,而且,密码学虽然脱胎于加密方法研究,但现代的密码学早已不止于研究加解密,而是延伸到了研究如何保障通信中的 “机密性”、“身份同一性” 等属性上。因此,可以说,作者这里的定义即使不算过时,也至少是窄化了密码学。不过,出于理解作者原意的需要,对下文中的相应词语,我们仍沿用此处的翻译。

本文的绝大部分篇幅是在解释 “Cryptography(密码设计学)”,也就是今时今日的密码学实践,也希望读者能意识到这几个词的含义和区别。

就其本身而言,密码学作为一种科学的研究已经存在了很多年,已知最早的一个密码设计学的例子是在一段刻于公元前 1900 年的铭文,是在埃及贵族 Khnumhotep 二世墓地的主墓室里发现的。那个雕刻者到处使用一些奇怪的符号来代替更常见的符号。不过目的似乎并不是隐藏信息,只是为了改变其形式,让它看起来更高贵一些。

在罗马帝国的鼎盛时期(公元前 100 年),Julius Caesar(凯撒大帝)也因使用加密技术向前线将军传送消息而闻名。这种字符替换型加密方法(cipher)被称为 “凯撒密码”,可能是文献中最常提到的人类曾用过的加密方法。(所谓 “cipher”,就是用来加密或者解密的算法)。所谓 “字符替换型加密方法”,就是把明文(我们想要加密的消息)中的每个字母都换成另一个字母,形成密文(即被编码过的消息)。凯撒所用的方法是把每个字母位移三位,比如,“A” 会被换成 “D”,“B” 会被换成 “E”,以此类推(都是换成该字母后面第三个字母)。相应地,最后的几个字母会被换成开头的字母,比如 “X” 会被换成 “A”。

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