淺析三千年的加密算法發(fā)展史
cc 加密算法乍一聽貌似和大部分人的日常生活十分遙遠，但實際卻密切相關。從網絡層到主機文件層，無論那層加密應用或協(xié)議背后都是由各種加密算法所支撐。即便你不用任何加密產品，凡是使用https的網站都已經使用了加密協(xié)議TLS/SSL。你也被動享受了加密算法帶來的隱私保護，及通訊安全。今天我們拋開淺層的應用來扒一扒各種有趣的加密算法。
加密算法的采用需要符合以下三點訴求：
機密性：
保證數據即使被盜取，小偷也不知道是啥；
完整性：
保證數據在傳輸過程中即使被劫持修改，接收方能夠發(fā)現信息已被截取，而選擇換掉；
可用性：
保證加密算法的開銷、復雜度都在可用范圍。
結合上述訴求，加密算法的發(fā)展主要經歷了古典密碼和現代密碼兩個重要時期。
一、古代人民怎么加密？
歷史上最早的加密算法
早期加密算法主要使用在軍事中，歷史上最早關于加密算法的記載出自于周朝兵書《六韜.龍韜》中的《陰符》和《陰書》。其中記載：
太公曰：“主與將，有陰符，凡八等。有大勝克敵之符，長一尺。破軍擒將之符，長九寸。降城得邑之符，長八寸。卻敵報遠之符，長七寸。警眾堅守之符，長六寸。請糧益兵之符，長五寸。敗軍亡將之符，長四寸。失利亡士之符，長三寸。諸奉使行符，稽留，若符事聞，泄告者，皆誅之。八符者，主將秘聞，所以陰通言語，不泄中外相知之術。敵雖圣智，莫之能識?！?/p>
武王問太公曰：“… 符不能明；相去遼遠，言語不通。為之奈何？” 太公曰：“諸有陰事大慮，當用書，不用符。主以書遺將，將以書問主。書皆一合而再離，三發(fā)而一知。再離者，分書為三部。三發(fā)而一知者，言三人，人操一分，相參而不相知情也。此謂陰書。敵雖圣智，莫之能識?！?/p>
簡單來說，陰符是以八等長度的符來表達不同的消息和指令，屬于密碼學中的替代法，在應用中是把信息轉變成敵人看不懂的符號，但知情者知道這些符號代表的含義。這種符號法無法表達豐富的含義，只能表述最關鍵的八種含義。陰書作為陰符的補充，運用了文字拆分法直接把一份文字拆成三分，由三種渠道發(fā)送到目標方手中。敵人只有同時截獲三分內容才可能破解陰書上寫的內容。
上述樸素的加密算法思想主要使用了替換法。無獨有偶，在遙遠的西方加密算法也大規(guī)模使用于戰(zhàn)爭之中。在希羅多德（Herodotus）的《歷史》中記載了公元前五世紀，希臘城邦和波斯帝國發(fā)生多次沖突和戰(zhàn)爭。這些戰(zhàn)爭中希臘城邦中廣泛使用了移位法進行加密處理戰(zhàn)爭通訊信息，使波斯帝國難以獲得希臘城邦的軍事情報，也就無法提前做軍事部署。
希臘城邦用來傳輸軍事信息、命令的每段文字都有固定的字數，接密者手中會有一份文字移位說明。解密者拿到密文后，根據文字移位說明進行解密，從而破解其中的軍事命令或消息。
古典密碼主要采用的就是移動法和替換法。經過逐漸發(fā)展和完善，最有名的莫過于凱撒密碼。凱撒密碼有兩種模式——移位法和替換法。其中，移位法就是讓明文都向固定方向移動特定位數，例如I love you右移動4位就變成了M pszi csy。但英文或拉丁文，字母出現的頻率并不一致。以英文字母為例：字母e出現頻率明顯高過其他字母。在獲得足夠多的密文樣本后，可以通過頻率計算準確找到移位規(guī)則，從而破解密文。同時由于需要可逆操作，所以實際上密鑰的數量是有限的，只有25種可能。因此，完全可以通過暴力破解來對密文進行解密。
于是大部分凱撒密碼在實際應用中都采用了第二種模式——替換法。定義一張明文密文映射表：
這種方式可以在一定程度上解決密鑰可窮舉的問題，但仍對大數據量的頻率攻擊束手無策。
后來，這種模式發(fā)展為，靠引入一些特定參數來擾亂頻率，這在一定程度上提高了解密的難度，但仍屬于替換法和移位法的范疇。
古典密碼后期發(fā)展出維吉尼亞密碼、ROT5/13/18/47、摩爾斯密碼等一系列密碼種類。但都是以替換法和移位法為核心基礎，安全性也主要是靠算法不公開來保證。所使用的加密算法只能算是現在加密算法的雛形，或者僅作為可以借鑒的最初加密思路。
現代人更科學的加密算法
古典加密算法本質上主要考慮的是語言學上模式的改變。直到20世紀中葉，香農發(fā)表了《秘密體制的通信理論》一文，標志著加密算法的重心轉移往應用數學上的轉移。于是，逐漸衍生出了當今重要的三類加密算法：非對稱加密、對稱加密以及哈希算法。這三類算法在現實場景中也往往組合起來使用，以發(fā)揮最佳效果。
對稱加密算法
對稱加密算法是使用最廣泛的加密算法之一。常用的對稱性加密算法有DES算法、AES算法、3DES算法、TDEA算法、Blowfish算法、RC5算法、IDEA算法等。對稱加密的特點是，加密和解密兩方使用同一密鑰進行加、解密。加密算法本身泄露不會對安全性造成影響，密鑰才是安全性的關鍵。按照原理不同，對稱加密可以大體分成流加密和分組加密兩種類型。
非對稱加密算法
非對稱加密算法和對稱加密算法的最大區(qū)別在于，加密的密鑰和解密的密鑰不再是一個。這就像兩個人互對暗號一樣。這種加密方式主要為了應對“多個加密者，一個解密者”的模式，對稱密鑰只能解決解密用戶為一對一的關系。
