从简单到复杂,密码学让我们的信息更安全

原创 中兴文档 2023-05-06 17:17
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。



04
展望未来






目前,我国国家密码局认定的国产密码算法,包括SM1、SM2、SM3和SM4。其中,SM1为对称加密,算法不公开,通过加密芯片的接口调用。SM2为公钥加密,基于ECC实现。SM3用于消息长度压缩。SM4为对称加密,属于无线局域网标准的分组数据算法。

展望未来,随着人工智能、区块链、量子通信等新兴技术的快速发展,人们对于密码的安全性和应用性提出了更高的要求。密码学的研究也将进入了新的阶段,密码学也将以更崭新的姿态向人们走来。以人工智能、区块链为应用场景、具备抗量子攻击的各式各样的密码,正等着人们一步步地钻研和发现......

量子加密

中兴文档,公众号:中兴文档量子加密都不懂,还说你是通信人?

04
结语






好了,以上就是对密码学的发展与应用的大致介绍。文档君想利用几种密码简单地对信息进行加密操作,看看你真的读懂了吗?

恺撒密码
密文:o r u b k e u a
偏移量:6

RSA
密文:5 8 0
n = 3 * 5
e = 35
d = 3

别急着往下看答案~~



答案1:iloveyou(I love you)
答案2:5 2 0


想第一时间收到我们的更新吗?

只需两步,为文档君加上“爱你一万年”星标⭐!

没有星标,你爱的文档君就要跟你失联啦~

我们是一群平均从业年限5+的通信专业工程师。
关注我们,带你了解通信世界的精彩!

中兴文档 通俗易懂且高颜值的通讯技术文档!
评论
  • 本文介绍Linux系统更换开机logo方法教程,通用RK3566、RK3568、RK3588、RK3576等开发板,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。制作图片开机logo图片制作注意事项(1)图片必须为bmp格式;(2)图片大小不能大于4MB;(3)BMP位深最大是32,建议设置为8;(4)图片名称为logo.bmp和logo_kernel.bmp;开机
    Industio_触觉智能 2025-01-06 10:43 87浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机锂电池产值达到2457百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为9.6%。 无人机锂电池是无人机动力系统中存储并释放能量的部分。无人机使用的动力电池,大多数是锂聚合物电池,相较其他电池,锂聚合物电池具有较高的能量密度,较长寿命,同时也具有良好的放电特性和安全性。 全球无人机锂电池核心厂商有宁德新能源科技、欣旺达、鹏辉能源、深圳格瑞普和EaglePicher等,前五大厂商占有全球
    GIRtina 2025-01-07 11:02 55浏览
  • 在智能家居领域中,Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread与Z-Wave等无线通信协议是构建短距物联局域网的关键手段,它们常在实际应用中交叉运用,以满足智能家居生态系统多样化的功能需求。然而,这些协议之间并未遵循统一的互通标准,缺乏直接的互操作性,在进行组网时需要引入额外的网关作为“翻译桥梁”,极大地增加了系统的复杂性。 同时,Apple HomeKit、SamSung SmartThings、Amazon Alexa、Google Home等主流智能家居平台为了提升市占率与消费者
    华普微HOPERF 2025-01-06 17:23 138浏览
  • 根据Global Info Research项目团队最新调研,预计2030年全球封闭式电机产值达到1425百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为3.4%。 封闭式电机是一种电动机,其外壳设计为密闭结构,通常用于要求较高的防护等级的应用场合。封闭式电机可以有效防止外部灰尘、水分和其他污染物进入内部,从而保护电机的内部组件,延长其使用寿命。 环洋市场咨询机构出版的调研分析报告【全球封闭式电机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球封闭式电机总体规
    GIRtina 2025-01-06 11:10 102浏览
  • 这篇内容主要讨论三个基本问题,硅电容是什么,为什么要使用硅电容,如何正确使用硅电容?1.  硅电容是什么首先我们需要了解电容是什么?物理学上电容的概念指的是给定电位差下自由电荷的储藏量,记为C,单位是F,指的是容纳电荷的能力,C=εS/d=ε0εrS/4πkd(真空)=Q/U。百度百科上电容器的概念指的是两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质。通过观察电容本身的定义公式中可以看到,在各个变量中比较能够改变的就是εr,S和d,也就是介质的介电常数,金属板有效相对面积以及距离。当前
    知白 2025-01-06 12:04 155浏览
  • 彼得·德鲁克被誉为“现代管理学之父”,他的管理思想影响了无数企业和管理者。然而,关于他的书籍分类,一种流行的说法令人感到困惑:德鲁克一生写了39本书,其中15本是关于管理的,而其中“专门写工商企业或为企业管理者写的”只有两本——《为成果而管理》和《创新与企业家精神》。这样的表述广为流传,但深入探讨后却发现并不完全准确。让我们一起重新审视这一说法,解析其中的矛盾与根源,进而重新认识德鲁克的管理思想及其著作的真正价值。从《创新与企业家精神》看德鲁克的视角《创新与企业家精神》通常被认为是一本专为企业管
    优思学院 2025-01-06 12:03 107浏览
  • 大模型的赋能是指利用大型机器学习模型(如深度学习模型)来增强或改进各种应用和服务。这种技术在许多领域都显示出了巨大的潜力,包括但不限于以下几个方面: 1. 企业服务:大模型可以用于构建智能客服系统、知识库问答系统等,提升企业的服务质量和运营效率。 2. 教育服务:在教育领域,大模型被应用于个性化学习、智能辅导、作业批改等,帮助教师减轻工作负担,提高教学质量。 3. 工业智能化:大模型有助于解决工业领域的复杂性和不确定性问题,尽管在认知能力方面尚未完全具备专家级的复杂决策能力。 4. 消费
    丙丁先生 2025-01-07 09:25 74浏览
  • 每日可见的315MHz和433MHz遥控模块,你能分清楚吗?众所周知,一套遥控设备主要由发射部分和接收部分组成,发射器可以将控制者的控制按键经过编码,调制到射频信号上面,然后经天线发射出无线信号。而接收器是将天线接收到的无线信号进行解码,从而得到与控制按键相对应的信号,然后再去控制相应的设备工作。当前,常见的遥控设备主要分为红外遥控与无线电遥控两大类,其主要区别为所采用的载波频率及其应用场景不一致。红外遥控设备所采用的射频信号频率一般为38kHz,通常应用在电视、投影仪等设备中;而无线电遥控设备
    华普微HOPERF 2025-01-06 15:29 120浏览
  • 村田是目前全球量产硅电容的领先企业,其在2016年收购了法国IPDiA头部硅电容器公司,并于2023年6月宣布投资约100亿日元将硅电容产能提升两倍。以下内容主要来自村田官网信息整理,村田高密度硅电容器采用半导体MOS工艺开发,并使用3D结构来大幅增加电极表面,因此在给定的占位面积内增加了静电容量。村田的硅技术以嵌入非结晶基板的单片结构为基础(单层MIM和多层MIM—MIM是指金属 / 绝缘体/ 金属) 村田硅电容采用先进3D拓扑结构在100um内,使开发的有效静电容量面积相当于80个
    知白 2025-01-07 15:02 48浏览
  •     为控制片内设备并且查询其工作状态,MCU内部总是有一组特殊功能寄存器(SFR,Special Function Register)。    使用Eclipse环境调试MCU程序时,可以利用 Peripheral Registers Viewer来查看SFR。这个小工具是怎样知道某个型号的MCU有怎样的寄存器定义呢?它使用一种描述性的文本文件——SVD文件。这个文件存储在下面红色字体的路径下。    例:南京沁恒  &n
    电子知识打边炉 2025-01-04 20:04 96浏览
  • By Toradex 秦海1). 简介嵌入式平台设备基于Yocto Linux 在开发后期量产前期,为了安全以及提高启动速度等考虑,希望将 ARM 处理器平台的 Debug Console 输出关闭,本文就基于 NXP i.MX8MP ARM 处理器平台来演示相关流程。 本文所示例的平台来自于 Toradex Verdin i.MX8MP 嵌入式平台。  2. 准备a). Verdin i.MX8MP ARM核心版配合Dahlia载板并
    hai.qin_651820742 2025-01-07 14:52 29浏览
  • PLC组态方式主要有三种,每种都有其独特的特点和适用场景。下面来简单说说: 1. 硬件组态   定义:硬件组态指的是选择适合的PLC型号、I/O模块、通信模块等硬件组件,并按照实际需求进行连接和配置。    灵活性:这种方式允许用户根据项目需求自由搭配硬件组件,具有较高的灵活性。    成本:可能需要额外的硬件购买成本,适用于对系统性能和扩展性有较高要求的场合。 2. 软件组态   定义:软件组态主要是通过PLC
    丙丁先生 2025-01-06 09:23 82浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦