密码学 - 类型

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密码学是在第三方存在的情况下研究和应用安全通信方法。它也可以用于在两个系统之间建立安全连接。在特定条件下，密码学使用数学——主要是算术和数论——来保证消息的机密性、完整性和真实性。通过确保数据在传输过程中无法被读取或修改，防止未经授权的人员入侵和读取，从而保护机密性。

关于密码学，首先要了解的是，没有一种通用的方法可以加密消息。有多种方法，每种方法都有其优点和缺点。公钥和对称密钥密码学是目前使用最广泛的加密技术。

许多加密算法只是从其他应用中衍生而来，例如用于在不可靠网络（如互联网）上进行安全交易的加密方法或数字签名方案。例如，整数分解是RSA密码系统开发的最初目的。

罪犯经常使用密码学来避免识别并传输非法消息而不被发现。广泛用于安全协议的公钥密码系统（如RSA）也使用它。

密码学类型

大多数加密技术可以分为三类：对称加密算法、非对称加密算法和哈希函数，当然也存在像SSL互联网协议这样的混合系统。让我们在下面的章节中看看密码学的类型。

• 对称密钥密码学

• 非对称密钥密码学

• 哈希函数

对称密钥密码学

对称密钥加密，通常称为私钥密码学、秘密密钥密码学或单密钥加密，它使用单个密钥进行加密和解密过程。在这些类型的系统中，每个用户都需要访问相同的私钥。私钥可以使用Diffie-Hellman密钥协商或更准确地说，通过安全的密钥交换技术（如先前建立的安全通信通道，例如私人快递或安全线路）进行交换。

所以我们可以用相同的密钥来锁定和解锁消息。这就像你和你的朋友都知道一个秘密代码。它非常简单快捷。双方以安全的方式共享密钥。

存在两类对称密钥算法：

• 分组密码 - 分组密码中，密码算法作用于固定大小的数据块。例如，如果块大小为八字节，则一次加密八字节的明文。当处理大于块大小的数据时，加密/解密过程的用户界面通常会多次调用低级密码函数。

• 流密码 - 流密码一次转换一位（或一个字节）数据，而不是基于块进行操作。简单地说，流密码使用给定的密钥生成密钥流。然后将明文数据与生成的密钥流进行异或运算。

对称密码学的示例如下：DES、三重DES、Blowfish、AES。

非对称密钥密码学

与对称加密密码学不同，在这种类型的密码学中，我们使用两个密钥：一个用于加密，另一个用于解密。由于这些密钥可以重复使用多次，并且每个消息只使用一次，因此不需要保密。公钥系统是非对称密钥密码学最常见的用例。

非对称加密使用两个密钥：一个私钥和一个公钥。因此，这些算法的另一个名称是公钥算法 (PKA)。由于只有预期接收方的私钥才能用于解密加密的消息，因此即使一个密钥公开，公钥密码学通常被认为比对称加密方法更安全。

非对称密钥密码学有很多例子，例如：

• Rivest、Shamier 和 Adleman (RSA) - RSA算法是第一个广泛使用的用于安全数据传输的公钥密码系统之一，它成立于1977年，并以其作者Rivest、Shamier和Adleman的名字命名。

• 椭圆曲线密码学 (ECC) - 这是现代的一种非对称加密类型，它使用椭圆曲线的代数结构生成非常强大的加密密钥。

哈希函数

哈希函数就像一个特殊的数学函数，它接受任意数据的输入，例如文本、数字或文件，并将其转换为固定长度的字符串，称为哈希值。可以说它就像数据的指纹。哈希函数可以处理任何大小的数据，但始终输出固定长度的值。输出比输入小得多。

假设你拥有一个拥有数百万卷的图书馆。你不会逐页翻阅每一本书，希望能快速找到一本特定书籍。相反，将使用索引，将唯一的页码（哈希值）连接到书名（数据）。哈希函数在存储和检索数据时表现类似。

对于所有目的和原因，以下关于良好哈希函数的说法都是正确的：

• 抗碰撞性 - 每当数据任何部分发生更改时，都会生成新的哈希值，从而维护数据完整性。

• 单向性 - 此函数无法撤消。为了确保数据安全，摘要需要使其无法找到原始数据。

因为哈希算法不需要单独的密钥即可直接加密数据，所以它们是密码系统中非常有效的组成部分。事实上，明文作为其自身的密钥。

未来密码学

• 量子密码学

• 后量子密码学

量子密码学

密码学领域不断发展，以跟上技术发展的速度以及日益增长的网络攻击。量子密码学，或称量子加密，是指基于自然存在的、永恒的量子物理定律，高效地加密和传输数据，应用于网络安全的应用科学。量子加密仍处于早期阶段，但它有可能比早期的加密算法类型安全得多，甚至可能是不可破解的。

后量子密码学

后量子密码算法使用各种形式的数学密码学来构建抗量子计算机的加密，这与依赖自然规律来创建安全密码系统的量子密码学不同。量子计算是计算机科学中一个快速发展的领域，它有可能显著增强处理能力，甚至可能超过目前正在使用的最快的超级计算机，尽管它目前还不实用。虽然根据原型，即使这些系统目前还处于理论阶段，但最强大的公钥密码系统也可能在未来 10 到 50 年内被实际的量子计算机破解。

摘要

如今，大部分信息都可以通过数字方式访问。计算机系统目前用于数字记录、分析和沟通重要信息。由于信息的重要性，黑客会攻击计算机以试图获取未经授权的访问权限。这就是密码学的应用。密码学提供的一套可扩展的方法确保黑客的恶意目的失败，同时允许授权用户访问数据。

本章我们看到了多种类型的密码学，以及未来的密码学。密码学通过将数据转换为只有获得授权的人才能破译的秘密代码，使数字通信更加安全。通过了解这些类型的密码学，我们可以保护敏感信息，并在我们的应用程序中进行安全通信。