密码学作为信息安全的核心技术,其发展历史悠久且复杂多元。本文将从古典密码到现代密码的关键技术进行深入解析。
**第二课:应用密码学基础**
**1. 密码学发展简史**
密码学的起源可以追溯至古巴比伦时代,最早的实例如公元前17世纪的Phaistos圆盘,尽管其表面的字母排列尚未被破解,但展示了早期人类尝试保密通信的努力。随着历史的推移,密码技术经历了多个阶段:
- **古典密码** (公元前一世纪至1949年):如著名的恺撒密码,采用单字母代换方式,通过将字母表中的每个字母替换为其后的第三个字母来加密,密钥空间较小,容易受到穷举攻击。例如,使用k=3时,加密和解密公式分别为c=(p+k) mod 26 和 p=(c-k) mod 26。
- **1949—1976年**:这一时期是古典密码向现代密码转变的重要阶段,古典密码由于其安全性依赖单一算法和有限的密钥空间,逐渐被更为复杂的密码体制所取代。
- **1976年以后**:现代密码学的兴起,特别是公钥密码的应用,如非对称加密技术,如RSA和ElGamal,使得加密过程不再局限于密钥交换的困难性,而是基于数学难题,如大数分解和离散对数问题,提供了更高的安全性。
**2. 公钥密码**
公钥密码学,如RSA和椭圆曲线加密,引入了公钥和私钥的概念,使得加密和解密使用不同的密钥,极大地提高了安全性。这种不对称加密方式解决了传统密码中密钥分发的问题。
**3. 其他关键技术**
- **分组密码与流密码**:前者将明文分为固定大小的块进行加密,如DES和AES;后者连续处理数据流,如RC4,提供不同级别的实时加密能力。
- **Hash函数**:用于数据完整性校验、消息认证码(MAC)生成等,如MD5和SHA系列,它们是不可逆的,确保信息的一致性和完整性。
- **数字签名**:利用公钥加密技术实现的身份验证和文档完整性确认,如RSA的数字签名。
- **密钥管理**:涉及密钥的生成、存储、分发和更新,是确保密码安全的关键环节,包括密钥生命周期管理和密钥备份恢复策略。
- **维热纳尔密码与多表单字母代换**:维热纳尔密码通过使用多个替换表来对抗频率分析,增加了破解难度,但在19世纪中叶仍被破解。
密码学的发展从简单的字母替换到现代的公钥技术和高级加密算法,不断适应着信息时代的安全需求。同时,加密技术的演进伴随着密钥管理、安全协议和破译技术的较量,共同推动了密码学的进步。