20、密码学入门：历史与基础概念

密码学入门：历史与基础概念

1. 密码学简介

密码学是安全工程与数学的交汇点，它为现代安全协议提供了基础工具，是保护分布式系统的关键技术，但实际运用中却很难做好。过去25年，计算机安全和密码学领域逐渐分离，安全人员不一定了解可用的密码工具，密码学人员也不一定理解现实世界的问题。这就像医生不仅要懂外科手术，还要了解生理学一样，安全工程师需要熟悉密码学和计算机安全等多方面知识。

密码学相关的基本术语如下：
- 密码学（Cryptography）：设计密码的科学与艺术。
- 密码分析（Cryptanalysis）：破解密码的科学与艺术。
- 密码学（Cryptology，常缩写为Crypto）：对上述两者的研究。
- 明文（Plaintext）：加密过程的输入。
- 密文（Ciphertext）：加密过程的输出。

此外，还有一些密码学原语，如分组密码、流密码和哈希函数等。分组密码又可分为共享密钥（也叫秘密密钥或对称密钥）和公钥（或非对称密钥）两种类型，数字签名方案是一种特殊的非对称密码原语。

2. 历史背景

2.1 早期的替换密码

• 凯撒密码 ：尤利乌斯·凯撒将信件中的 ‘A’ 写成 ‘D’，‘B’ 写成 ‘E’ 等进行加密。奥古斯都·凯撒继位后，将密钥从 ‘D’ 改为 ‘C’。令人惊讶的是，西西里黑手党头目贝尔纳多·普罗文扎诺也曾使用类似代码，最终因警方截获并破译其部分消息而于2006年被捕。
• 单字母替换密码 ：阿拉伯人将这一思想推广为单字母替换，使用关键字