密碼學 - 型別

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密碼學是在第三方存在的情況下研究和應用安全通訊方法。它也可以用於在兩個系統之間建立安全連線。在特定條件下，密碼學使用數學——主要是算術和數論——來保證訊息的機密性、完整性和真實性。透過確保資料在傳輸過程中無法被讀取或修改，防止未經授權的人員入侵和讀取，從而保護機密性。

關於密碼學，首先要了解的是，沒有一種通用的方法可以加密訊息。有多種方法，每種方法都有其優點和缺點。公鑰和對稱金鑰密碼學是目前使用最廣泛的加密技術。

許多加密演算法只是從其他應用中衍生而來，例如用於在不可靠網路（如網際網路）上進行安全交易的加密方法或數字簽名方案。例如，整數分解是RSA密碼系統開發的最初目的。

罪犯經常使用密碼學來避免識別並傳輸非法訊息而不被發現。廣泛用於安全協議的公鑰密碼系統（如RSA）也使用它。

密碼學型別

大多數加密技術可以分為三類：對稱加密演算法、非對稱加密演算法和雜湊函式，當然也存在像SSL網際網路協議這樣的混合系統。讓我們在下面的章節中看看密碼學的型別。

• 對稱金鑰密碼學

• 非對稱金鑰密碼學

• 雜湊函式

對稱金鑰密碼學

對稱金鑰加密，通常稱為私鑰密碼學、秘密金鑰密碼學或單金鑰加密，它使用單個金鑰進行加密和解密過程。在這些型別的系統中，每個使用者都需要訪問相同的私鑰。私鑰可以使用Diffie-Hellman金鑰協商或更準確地說，透過安全的金鑰交換技術（如先前建立的安全通訊通道，例如私人快遞或安全線路）進行交換。

所以我們可以用相同的金鑰來鎖定和解鎖訊息。這就像你和你的朋友都知道一個秘密程式碼。它非常簡單快捷。雙方以安全的方式共享金鑰。

存在兩類對稱金鑰演算法：

• 分組密碼 - 分組密碼中，密碼演算法作用於固定大小的資料塊。例如，如果塊大小為八位元組，則一次加密八位元組的明文。當處理大於塊大小的資料時，加密/解密過程的使用者介面通常會多次呼叫低階密碼函式。

• 流密碼 - 流密碼一次轉換一位（或一個位元組）資料，而不是基於塊進行操作。簡單地說，流密碼使用給定的金鑰生成金鑰流。然後將明文資料與生成的金鑰流進行異或運算。

對稱密碼學的示例如下：DES、三重DES、Blowfish、AES。

非對稱金鑰密碼學

與對稱加密密碼學不同，在這種型別的密碼學中，我們使用兩個金鑰：一個用於加密，另一個用於解密。由於這些金鑰可以重複使用多次，並且每個訊息只使用一次，因此不需要保密。公鑰系統是非對稱金鑰密碼學最常見的用例。

非對稱加密使用兩個金鑰：一個私鑰和一個公鑰。因此，這些演算法的另一個名稱是公鑰演算法 (PKA)。由於只有預期接收方的私鑰才能用於解密加密的訊息，因此即使一個金鑰公開，公鑰密碼學通常被認為比對稱加密方法更安全。

非對稱金鑰密碼學有很多例子，例如：

• Rivest、Shamier 和 Adleman (RSA) - RSA演算法是第一個廣泛使用的用於安全資料傳輸的公鑰密碼系統之一，它成立於1977年，並以其作者Rivest、Shamier和Adleman的名字命名。

• 橢圓曲線密碼學 (ECC) - 這是現代的一種非對稱加密型別，它使用橢圓曲線的代數結構生成非常強大的加密金鑰。

雜湊函式

雜湊函式就像一個特殊的數學函式，它接受任意資料的輸入，例如文字、數字或檔案，並將其轉換為固定長度的字串，稱為雜湊值。可以說它就像資料的指紋。雜湊函式可以處理任何大小的資料，但始終輸出固定長度的值。輸出比輸入小得多。

假設你擁有一個擁有數百萬卷的圖書館。你不會逐頁翻閱每一本書，希望能快速找到一本特定書籍。相反，將使用索引，將唯一的頁碼（雜湊值）連線到書名（資料）。雜湊函式在儲存和檢索資料時表現類似。

對於所有目的和原因，以下關於良好雜湊函式的說法都是正確的：

• 抗碰撞性 - 每當資料任何部分發生更改時，都會生成新的雜湊值，從而維護資料完整性。

• 單向性 - 此函式無法撤消。為了確保資料安全，摘要需要使其無法找到原始資料。

因為雜湊演算法不需要單獨的金鑰即可直接加密資料，所以它們是密碼系統中非常有效的組成部分。事實上，明文作為其自身的金鑰。

未來密碼學

• 量子密碼學

• 後量子密碼學

量子密碼學

密碼學領域不斷發展，以跟上技術發展的速度以及日益增長的網路攻擊。量子密碼學，或稱量子加密，是指基於自然存在的、永恆的量子物理定律，高效地加密和傳輸資料，應用於網路安全的應用科學。量子加密仍處於早期階段，但它有可能比早期的加密演算法型別安全得多，甚至可能是不可破解的。

後量子密碼學

後量子密碼演算法使用各種形式的數學密碼學來構建抗量子計算機的加密，這與依賴自然規律來建立安全密碼系統的量子密碼學不同。量子計算是計算機科學中一個快速發展的領域，它有可能顯著增強處理能力，甚至可能超過目前正在使用的最快的超級計算機，儘管它目前還不實用。雖然根據原型，即使這些系統目前還處於理論階段，但最強大的公鑰密碼系統也可能在未來 10 到 50 年內被實際的量子計算機破解。

摘要

如今，大部分資訊都可以透過數字方式訪問。計算機系統目前用於數字記錄、分析和溝通重要資訊。由於資訊的重要性，駭客會攻擊計算機以試圖獲取未經授權的訪問許可權。這就是密碼學的應用。密碼學提供的一套可擴充套件的方法確保駭客的惡意目的失敗，同時允許授權使用者訪問資料。

本章我們看到了多種型別的密碼學，以及未來的密碼學。密碼學透過將資料轉換為只有獲得授權的人才能破譯的秘密程式碼，使數字通訊更加安全。通過了解這些型別的密碼學，我們可以保護敏感資訊，並在我們的應用程式中進行安全通訊。