41、加密技术：共享密钥与公钥加密的深度解析

加密技术：共享密钥与公钥加密的深度解析

1. 共享密钥加密概述

为避免使用一次性密码本带来的麻烦，许多加密方法采用依赖共享密钥的算法来转换消息。这个密钥由通信双方预先确定，且相较于要发送的所有消息的总长度，它的长度相对较小。

简单地对密钥进行异或操作并不适用，因为密钥通常比消息短。即使多次重复密钥使其与消息长度相同，效果也不佳，因为这样会形成一种模式，容易被破解者利用来发现密钥。我们使用一次性密码本时，每使用完一页就丢弃，就是为了避免重复使用相同的比特模式。

1.1 加密函数

密钥用于控制一对能够置换消息的函数。第一个函数将原始消息加密成看似无意义的乱码，第二个函数则将乱码解密回原始消息。在某些情况下，这两个函数是相同的，这样的函数必须是其自身的逆函数。

找到能出色完成此任务的函数并非易事。由于使用相对较小的密钥来转换较大的消息，转换后的数据中必然有大量部分受到密钥同一部分的相关影响。如果能在转换后的数据中发现这些关系，就有可能利用这种发现方法来破解加密。

1.2 早期示例：凯撒密码与rot13

• 凯撒密码 ：消息中的每个字母都被旋转到字母表中的第n个下一个字母。解密时，每个字母旋转到第n个前一个字母。
• rot13 ：用于Usenet新闻，每个字母旋转到第13个下一个字母，解密操作与加密操作相同，因为向前旋转13个位置与向后旋转13个位置是一样的。

以下是这两个函数的实现代码：