了解加密學：從數學到物理（一）_CRYP

本文來自：藍狐筆記，作者：GeorgeMoraetes，翻譯：Leo，星球日報經授權轉發。

前言：加密學是區塊鏈得以安全運行的關鍵之一。如何來理解加密學？本文適合普通讀者，可以了解密碼學的基礎原理。本文作者是GeorgeMoraetes，資深信息安全專家，文章來源于medium.com。密碼學是數學和物理學，它是信息安全的核心，用于保護數據和確保隱私。要想理解信息安全中的常用方法是不是必須成為數學天才？對于加密學家來說，也許是的，因為他們的工作是提供極難解密的加密算法。從保護用戶的信用卡信息，到保護遠程用戶與網絡的連接或保護知識產權免受數字盜版，加密在我們生活和工作中有很廣泛的應用。本文的重點是讓大家都能理解令人生畏的密碼學，讓大家明白它是如何來加密數據的。本文闡述的主要內容包括密碼學歷史、基礎知識以及常用算法。密碼學簡史

在現代文獻中，密碼學有兩個詞“cryptology”和“cryptography”來表示，它們經常交換使用，這在語義學上帶來了混淆。這兩個詞含義不同，解釋如下：Cryptology——是關于加密的研究和/或加密系統的科學。Cryptography——為達成秘密或隱藏目的，應用密碼系統方法的實踐。Cryptoanalysis——它的目的是發現一些漏洞，可以在不必知道密鑰或算法的情況下，允許從密文中檢索明文。本文中所提及的大部分內容都是“Cryptography”。密碼學作為一門科學已經存在很多年，第一個使用密碼學的已知證據是在公元前1900左右雕刻的銘文中發現的，在一個古埃及貴族KhnumhotepII的墓室里首次出現。抄寫員用了一些奇怪的象形文字符號來代替更普通的符號。它的目的不是為了隱藏信息，也許是為了通過改變形式來彰顯尊貴。

報告：與2021年相比2022年法國成年人了解加密貨幣的比例大幅增加:金色財經報道，ResearchAndMarkets發布的報告顯示，在英國，截至 2022 年 3 月，只有一小部分受訪者聲稱擁有加密貨幣，同時也表明在加密貨幣所有權方面存在巨大的性別差距。在擁有加密貨幣的人中，大多數人更喜歡擁有比特幣，其次是比特幣現金。與計劃在 2021 年投資加密貨幣的加密貨幣好奇受訪者的比例相比，德國加密貨幣所有者的比例僅高出幾個百分點。

此外，在已經投資或交易加密貨幣的受訪者中，近一半打算在未來 6 個月內增加投資。在對加密貨幣感興趣的受訪者方面，德國的性別差距很小，與男性相比，超過一半的女性受訪者對加密貨幣感興趣。雖然一小部分法國受訪者已經投資了 NFT 或加密貨幣，但比特幣仍然是那些已經投資和打算在未來投資的人中的流行貨幣。

此外，與 2021 年相比，2022 年法國成年人了解加密貨幣的比例大幅增加。截至 2022 年 4 月，比特幣成為瑞士首選的加密貨幣，超過一半的加密貨幣投資者有興趣購買和持有加密貨幣。[2023/5/8 14:48:41]

公元前100年，在羅馬帝國巔峰時期，凱撒曾使用加密方式向前線軍隊傳達秘密信息。“凱撒密碼”可能是在文獻中被提及次數最多的歷史上的密碼。在替換密碼中，明文中的每個字符都被另外的字符替換，以形成密文。凱撒使用的變體是隔3個位置的密碼轉換。每個字母隔三個位置進行轉換，這樣，字母A被字母D代替，字母B被E代替，如此類推。字母在末尾回繞，這樣X會被A代替。第二次世界大戰期間，美國海軍陸戰隊招募和訓練了那瓦霍印第安部落的人，他們熟練使用那瓦霍語。對于密碼使用來說，這是一個很有吸引力的選擇。因為那瓦霍族之外很少有人能講那瓦霍語，也沒有出版過任何那瓦霍語的書籍。在加密學標準來看，那瓦霍族語言密碼并不復雜。如果一位那瓦霍族人加上一位受過訓練的加密學者就能在一起富有成效地工作，就有機會攻破那瓦霍族語密碼。1942年，在巴丹死亡行軍中，日本軍隊本來有機會做到這一點，他們在菲律賓抓住了JoeKieyoomia。Kieyoomia是美國陸軍的中士，那瓦霍族人，但不是密碼學者，雖然他被命令對無線電信息進行解讀，但因為他沒有參加過密碼學訓練，這些密碼對他來說，毫無頭緒。當他報告自己無法理解無線電信息時，他遭受了折磨。最終，這些日本軍隊沒能解密這些口頭密碼。上世紀70年代早期，IBM意識到他們的客戶要求采用某種形式的加密，隨之IBM成立了“加密組”，由Horst-Feistel領導。他們設計了名為“Lucifer”的密碼。1973年，NBS提出一項關于分組密碼的提案，該分組密碼成為了國家標準。他們顯然意識到，在沒有良好的加密支持下，他們購買了大量的商業產品。Lucifer被最終采用，稱為DES。1997年，DES在窮舉搜索攻擊下被攻破。DES的主要問題是加密密鑰尺寸過小。隨著算力增長，通過暴力計算密鑰的所有不同組合，獲得可能的明文信息。20世紀80年代，只有一個選擇，那就是DES。但時代變了。今天，我們有更多的選擇，算法更強，更快，設計更良好。現在，問題在于如何選擇。1997年，NIST再次提出一個提案，這是新的分組密碼方案。它收到50份建議書。2000年，它接受了Rijndael，并命名為AES。基礎知識

NBA名人堂成員奧尼爾：直到我完全了解加密貨幣才會投資它:金色財經報道，NBA名人堂成員沙奎爾·奧尼爾在接受CNBC采訪時表示，自己是因為不明白加密貨幣才選擇遠離，直到完全了解加密貨幣才會投資它。這位前洛杉磯湖人隊球星指出，他對圍繞數字貨幣許多一夜成名故事持謹慎態度，并說道：“有人給我價值90萬美元的加密貨幣，讓我幫他們發送推文，但我覺得，如果你能給我價值100萬美元的加密貨幣，那為什么還需要我？” 另一位籃球名人堂成員查爾斯·巴克利也同意奧尼爾的觀點，此前他也表示不相信加密貨幣。不過，七屆超級碗冠軍湯姆·布雷迪和三屆 NBA 冠軍斯蒂芬·庫里都在嘗試進入加密貨幣行業。（CNBC）[2021/9/10 23:16:28]

加密是改變數據的過程，由此，對于非授權人員來說，它是無法識別和無用的；與此同時，所謂的解密就是要把數據轉變為原來的形式。最安全的技術是使用數學算法和稱為“密鑰”的變量值。所選擇的密鑰，一般來說，都是隨機字符串，它們通過加密輸入，并被整合到數據轉變中。要解密數據，必須輸入完全相同的密鑰。這是密碼保護的基礎，如果只有被授權方才能知曉密鑰，其他人是無法獲知數據的。只有知道密鑰的人才能解密。這稱之為“私鑰”密碼學，也是當今最廣為人知的形式。現在，為什么加密是必須的？它的根本理由是：機密性——在傳輸數據時，人們不希望竊聽者理解廣播信息的內容。存儲數據也不應該被非授權者訪問，比如黑客。身份驗證——相當于簽名。信息的接收者想要證據，證明這是來自特定方的信息，而不是來自其他人的信息。完整性——這是說，個體數據的接收者有證據表明，沒有第三方對信息進行更改。不可否認——防止信息發送方否認曾創建和發送過信息。密碼密碼學是隱藏敏感數據的藝術和科學。它包括加密和解密，加密是把密碼應用到原始的“明文”中，而解密則是用密碼把數據轉變為可讀形式。為說明密碼，最好的方法是，向你展示簡化的例子：Polybius密碼Polybius密碼是一種替代密碼。它涉及到使用6×6二維矩陣，存有全部大寫字母和0-9的數字。我們得到如下的矩陣：

動態 | 阿姆斯特丹中本屋將幫助人們了解加密貨幣:據bitcoin.com報道，中本屋（The House of Nakamoto）是一個幫助新手進入加密貨幣世界的奧地利項目，最近在阿姆斯特丹開設了一家新店作為信息中心，加密貨幣相關產品的零售店，甚至還有一個臨時的比特幣博物館。當地居民和游客現在可以在此了解電子貨幣，獲得包括硬件錢包的入門套件。[2018/10/26]

在6×6二維矩陣，它有36個字母-數字字符，我們可以開始替代過程。比如，字母A由1×1代替，或者X=1，y=1，可以簡化為11；我們拿字母“N”來說，這個位置是2×3或x=2，y=3，可以簡化為23。我們可以加密一條簡單的信息：信息：ENCRYPTME2DAY加密后:51–23–31–63–15–43–2413–515541–11–15密碼可以變得更多更復雜，可以包括小字母和特別字符。而且，字符位置可以周期性或隨機變化，這讓暴力計算攻擊來說，幾乎是不可預測的。這個機制類似于當今的多態性，在高級計算加密方法中被采用。凱撒密碼

國際貨幣基金組織主席：鼓勵采取“公平手段”監管加密貨幣和區塊鏈 了解加密資產導致的金融穩定風險至關重要:據coindesk消息，國際貨幣基金組織（IMF）主席拉加德（Christine Lagarde）在其新的博客文章中討論了加密貨幣和區塊鏈的“承諾”，并鼓勵采取“公平手段”進行監管。拉加德表示，全球監管機構必須就加密貨幣的作用達成共識，她還設想IMF可以在這些討論中作為調解人。拉加德認為，政策制定者應該“保持開放態度”，因為在炒作中存在的加密貨幣最終可能會改變金融狀況。 不過她預計，加密貨幣行業不會使經紀人和銀行家過時。關于央行推出加密貨幣，拉加德表示，如果私人發行的加密資產仍然存在風險和不穩定性，那么可能需要中央銀行提供數字形式的資金。未來，如果要區分真實的威脅和不必要的恐懼，了解加密資產可能對金融穩定造成的風險至關重要。[2018/4/17]

史上最早的密碼之一就是JuliusCaeser創造的凱撒密碼。他用它來安全加密給將軍們的信息，這樣羅馬帝國的敵人就無法弄懂信息的含義。凱撒密碼是加密的基本形式，破解很容易。因此，它很少在重要場景下被采用。基本上，凱撒密碼是字母表的重新排列。不同的移位值可以用來創建不同的信息編碼。移位的數量，跟字面意思一樣，它為了創建加密的信息，讓字母數向左或向右移位。下面是實際案例，它向左移3位。英文：ENCRYPTME加密后：HQFUBSWPH以上的信息很容易被解密，只要通過暴力計算嘗試每個字母組合，最終可以發現一個能看得懂的解釋。在這個原則上已經創建了更復雜的密碼，例如TheVigenere或TheGronsfeldCiphers，但它們利用替代方法。解密它也可能會混淆，每個字母作為值改變移位模式。Vigenere密碼表

Facebook創始人稱要深入的學習和了解加密貨幣技術:扎克伯格在Facebook發帖稱，2018年他的新挑戰是解決Facebook存在的一些問題，并且還要深入了解和學習加密技術和加密貨幣，并運用到Facebook的服務中去。[2018/1/5]

理解密碼是如何工作的很重要，尤其是想要了解加密學，密碼是所有加密的基礎。速記是編寫隱藏信息的過程，實際上它更像是經典加密學，現在加密學已經成為“計算機安全”的同義詞。多態性多態性是加密學相對高級的部分，在計算機加密技術中很常見。多態性是一種密碼，它在每次使用后會自行改變，每次使用它都會產生不同的結果。這在加密算法中最常見，它常用于計算機中。這意味著，如果我們加密相同的數據兩次，每次它都會產生不同的加密結果。想想我們的汽車鑰匙。如今，我們都有遠程電子小設備，輕輕一按即可解鎖汽車。你可能沒有想到，每次你打開汽車，一定量的數據會被傳送到你的車輛，這個數據專用于你的汽車，一旦匹配，車輛解鎖。實現這一目標的簡單方法，只是將每個遠程設備放在不同的頻率上。但是，這很難規范。所有，實際上，所有的波長都相同，并且它們使用不同的算法來把數據發送到汽車上。這些算法是多態的。這意味著算法更難進行逆向工程，因為它們每次都在改變。即使黑客發現了算法，黑客也必須將其與汽車所在的組相匹配，而這是一項復雜的任務。——未完待續——

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