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什么是密码学?

aizhaozikang 好文推荐 2021-01-09 09:05:46 5357 0 谷粉学术

自古以来,人们就通过加密技术(编写和解决编码消息的艺术)来保护秘密。 在5世纪,加密的信息被刻在皮革和纸上,由人类使用者传达。 现在,密码在互联网上压缩时有助于保护数字数据。 明天这个领域可能会更加飞跃。 随着即将出现的量子计算机,密码学家利用物理学的力量生成迄今为止最安全的密码。

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保守秘密的历史方法

“加密”一词来自希腊语的“kryptos”(意味着隐藏)和“graphein”(写入)。 加密技术不是物理上从敌人的视线中隐藏消息,而是使用双方都能在透明的视野中通信但对方看不到的语言。

要加密消息,发送者必须使用称为算法的系统方法来处理内容。 由于原始消息(称为纯文本)可能会被打乱,因此可能会以难以识别字符的顺序排列,或者替换每个字符。 根据速成课程计算机科学(Crash Course Computer Science ),由此生成的乱码称为密文。

密码学历史研究中心的数据显示,希腊时代,斯巴达军队使用由缠绕在木棒上的皮条组成的名为scytale的设备加密了消息。 展开后,条纹看起来像是随机字符,但如果缠绕在一定大小的条上,字符就会与单词对齐。 这个字符转换技术被称为索引码。

这个Kama Sutra的替代算法被称为替代,鼓励女性学习,把他们的联系隐藏在记录的方法大西洋的报道中。 要使用替换,发送者会将消息中的每个字符更改为另一个字符。 例如,“a”可能是“z”。 为了破译这样的消息,就像斯巴达士兵需要有同样大小的书架一样,发送者和接收者需要就交换哪个文字达成协议。

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第一个密码分析师

为了确保消息的安全,需要特定的知识(称为密钥),以便将秘密密文转换为纯文本。 解密密码没有钥匙,需要丰富的知识和技能。

据《密码书》 (《随机之家》,2011年)作者西蒙辛格介绍,直到公元1000年,阿拉伯数学家金迪认识到弱点,替代密码才改变。 请注意,有些字符比其他字符使用得更频繁。 al-Kindi可以通过分析密文出现频率最高的字符来反转置换。 阿拉伯学者成为世界上最重要的密码学家,让密码学家采用他们的方法。

随着密码学方法的发展,密码分析人员开始挑战它们。 在这场持续的战斗中,最有名的小冲突是盟军在第二次世界大战中打破德国Enigma机器的努力。 Enigma机器使用复杂密钥每天变化的替代算法对邮件进行加密。据美国中央情报局(US Central Intelligence Agency )称,加密分析师艾伦图灵(Alan Turing )相反“爆

网络时代的密码学

在数字时代,密码学的目标是不变的。 防止两者之间交换的信息被对方掠夺。 计算机科学家经常把两者都称为“爱丽丝和鲍勃”。 这是1978年文章中首次引入的虚构实体,介绍了数字加密方法。 爱丽丝(Alice )和鲍勃(Bob )经常被讨厌的窃听者“Eve”所困扰。

各种应用程序使用加密来维护包括信用卡号码、病历、比特币等加密货币在内的数据的安全。 区块链是比特币背后的技术,通过分布式网络连接10万台计算机,使用加密技术保护每个用户的id,维护交易的永久日志。

计算机网络的出现带来了新的问题。 如果爱丽丝和鲍勃在地球的另一边,怎么分享私钥而不会被夏娃偷呢? 根据Khan Academy,公钥加密技术诞生了。 该方案利用单向功能-数学运算容易执行,但没有重要信息则难以逆转。 爱丽丝(Alice )和鲍勃(Bob )被夏娃关注,交换了密文和公开密钥,但保持着各自的秘密密钥。 通过将两个私钥都应用于密文,对可以实现共享解决方案。 同时,夏娃努力破解稀疏的线索。

RSA加密是广泛使用的公钥加密形式,利用素数分解的棘手性质,找出两个乘法素数,通过将其相乘来提供特定的解决方案。 将两个素数相乘不需要时间,但即使是地球上最快的计算机,逆转这个过程也可能需要几百年。 爱丽丝选择了两个数字来构建她的加密密钥,但夏娃白白地挖出了这些数字。

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取得巨大飞跃

为了寻找不可破译的密码,现在的密码学家要求量子物理学。 量子物理学以难以置信的小尺度描述物质的奇怪行为。 就像薛定er有名的猫一样,亚原子粒子同时存在很多状态。 但是,一旦打开箱子,粒子就会陷入可以观察的状态。 在20世纪70年代和80年代,物理学家开始使用这种流行的属性加密秘密消息。 这个方法现在被称为“量子密钥分发”。

为了使密钥可以以字节为单位编码,物理学家现在也用粒子(通常是光子)的性质对密钥进行编码。 邪恶的窃听者需要测量粒子偷钥匙,但这样的尝试改变了光子的行为,向爱丽丝和鲍勃发出安全漏洞警报。 根据Wired,该内置警报系统为量子密钥分配“证明安全”。

虽然可以通过光纤远距离交换量子密钥,但另一条分配路径引起了20世纪90年代物理学家的兴趣。 该技术是亚瑟艾特(Artur Ekert )提出的,由于被称为“量子纠缠”的现象,两个光子可以在很长的距离内进行通信。

国立大学量子技术中心主任、现在牛津大学教授埃克特说:“纠缠量子物体具有惊人的特性,无论是相隔还是跨越数百英里,都可能彼此感觉到。” 新加坡。 纠缠的粒子表现为一体,Alice和Bob可以通过两端测量来制作共享密钥。 窃听者试图监听密钥时,粒子会发生反应,测量值也会发生变化。

量子密码学不是抽象的概念根据《大众科学》,2004年,研究者通过纠缠光子将000欧元存入银行账户。 据《新科学家》报道,2017年,研究者从Micius卫星向地球发射了两个纠缠光子,维持了创纪录的747英里(1,203公里)的连接。 现在很多企业开发了商业用的量子密码技术,迄今为止取得了一些成功。

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