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程序猿成长之路之密码学篇-密码学简介

zygswo 2023-06-02 原文

在阅读本文前需要了解的术语：

  1. 授权人/非授权人：授权人指获取了查看数据权限的用户，非授权人则是指未获取到权限的用户。
  2. 明文/密文：明文指没有加密的数据内容，密文是指加密后的数据内容
  3. CIA(密码学中不是美国中情局的意思，是信息安全三要素)： C-Confidentiality 机密性 I-Integrity 完整性 A-Availability 可用性 机密性：数据只能由授权人进行访问和处理 完整性：保证数据的完整不被第三方非授权人或机构进行篡改
    可用性：保证数据可以随时被授权人进行访问
  4. 扩散、混淆： 扩散: 扩散就是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。每一字母在密文中出现的频率比在明文中出现的频率更接近于相等，双字母及多字母出现的频率也更接近于相等，以防止对密钥进行逐段破译。
    混淆：使得密文与密钥之间的统计关系变得尽可能复杂，让非授权人推测密钥变得十分困难，也就是说使得已知密文、已知明文攻击几乎不可行。
  5. 已知密文攻击：密码分析者能利用的资源仅为同一密钥加密的一个或多个密文，这是对密码分析者最不利的情况。 已知明文攻击：密码分析者根据已经知道的某些明密文对来恢复密钥。
    选择明文攻击：密码分析者能够选择明文并获得相应的密文。是对密码分析者十分有利的情况。
    选择密文攻击：密码分析者能够选择密文并获得相应的明文。也是对密码分析者十分有利的情况。

什么是密码？加密有什么作用？

密码是为了防止非授权人查看、篡改、伪造明文数据而对明文进行加密后的结果。
加密可以保证信息安全的机密性、完整性和可用性，减少了被篡改、伪造的风险，理论上保证了数据的安全性

密码发展史

阶段1：古典密码（？- 19世纪末）
出现了代替密码(Substitution Cipher)和移位密码(Transposition Ciphet)以及这两种的组合
代替密码：根据密文替换表进行明文到密文的转换
移位密码：明文中每个字母在字母表中移动固定长度的位置。例如k(向后移动位数)=3，则明文中a会变成d，b会变成e。而字母表的最后3位则对应开头的abc。这种移位密码又称为凯撒密码

阶段2：近代密码（20世纪初 – 1949年）
这段时间最经典的还要属于图灵等人发明的图灵机破解Enigma（英格玛）的故事了。当时处于二战时期的德国，通过某种手段发明了Enigma（英格玛）——一种加密情报的机器，由于其工艺精湛，算法巧妙，在当时一度被认为是不可破译的，但经过图灵的研究后发现，这种机器存在一个重大缺陷，那就是对同一个字母连续加密的话，是不会加密成相同字母的，而且这个字母也不会被加密成它本身。也就是说，可以利用密码表+密文分析去进行破译。利用了这个漏洞加上词汇出现频率的分析（据说选择的是wetter(德语“天气”)，然后一一匹配去查找匹配的密文，再加上其他词汇的分析最终得出了一份相对较为靠谱的密文替换表，在二战中发挥了重要的作用。

阶段3：现代密码（1949年至今）
为何选择1949年呢？因为著名的密码学家香农在1949年发表了《保密系统的通信理论》，在这篇论文中，首创性的提出了两个密码系统设计的基本原则：混淆和扩散【详见术语】。并且这篇论文精辟地阐明了关于密码系统的分析、评价和设计的科学思想。成为了现代密码学的开篇之作。

加密算法有哪些类型？

可以根据一次处理数据的长度分为分组密码和序列密码：
分组密码：
图示：

特点：

  1. 一次可以处理固定长度的信息，
  2. 密钥长度不一定要和明文一致
    优点：
  3. 扩散性好、不易篡改
  4. 对修改敏感
    缺点：
  5. 加解密较慢
    常见算法：DES、AES、3DES
    序列密码：
    图示：

特点：

  1. 一次只能处理某一固定单位长度的信息（如一个bit，一位）
  2. 密钥长度要和明文一致
    优点：
    1． 加解密效率较高
    缺点：
  3. 密钥和明文长度一致，安全性能取决于明文长度
  4. 易篡改
    常见算法: RC4、SEAL
    可以根据加解密方式分为对称加密和非对称加密
    对称加密：
    特点：加解密采用同一密钥
    优点：加解密速度快、效率高，适合用于数据量较大的加解密
    缺点：由于加解密采用同一密钥，加解密安全性不高。
    常见算法：AES、DES
    非对称加密:
    特点：加解密采用不同密钥，分公钥和私钥，公钥加密，私钥解密
    优点：加解密相对安全，适合用于数据量不大的加解密
    缺点：加解密效率较低。
    常见算法：RSA、DSA

现在一般采用的加密算法模型？

  1. SM2(非对称) + SM4(对称)+ SM3(摘要)
  2. RSA(非对称) + AES(对称) + MD5(摘要)

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密码学新人，请多指教

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