[密码学] 密码学基础

目录

一 为什么要加密?

二 常见的密码算法

三 密钥

四 密码学常识

五 密码信息威胁

六 凯撒密码

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一 为什么要加密?

在互联网的通信中，数据是通过很多计算机或者通信设备相互转发，才能够到达目的地,所以在这个转发的过程中，如果通信包被其他人捕获到，那么数据就不再安全了。

• 中间人攻击:这是一种常见的攻击方式,黑客可以利用这种攻击方式来拦截客户端和服务端之间的通信。在客户端和服务端之间建立一个虚假的连接，然后将通信数据传递给目标服务端，并在客户端和服务端之间进行窃取或修改数据。即拿到客户端的数据,进行修改，
• 网络嗅探工具:   Wireshark、Tcpdump等，这些工具能够监听网络上的数据包，并将其显示在黑客的计算机上，使他们能够查看通信的内容

二 常见的密码算法

密码算法是一种特殊的算法，它通过数学和计算机科学的技术手段，实现对信息的加密和解密，确保信息在传输过程中不被未经授权的人员读取、篡改或伪造。密码算法的核心目标是保护数据的机密性、完整性和真实性，同时也可以用于实现鉴权和抗抵赖等功能。

• 对称密码算法（Symmetric Cryptography）：

  加密和解密过程使用同一密钥（即一把钥匙开锁，锁上后再用这把钥匙打开），例如DES、AES（高级加密标准）等。

• 非对称密码算法（Asymmetric Cryptography）或公钥密码算法：

  使用一对密钥，一个公开（公钥）用于加密，另一个私有（私钥）用于解密，或者相反用于数字签名，例如RSA、ECC（椭圆曲线密码学）、DH（Diffie-Hellman密钥交换）等。

• 哈希函数（Hash Functions）或散列函数：

  将任意长度的输入（明文）转化为固定长度的输出（哈希值或指纹），特点是不可逆（理论上不能从哈希值直接反推出原始输入），用于数据完整性校验、消息认证码（MAC）生成、密码存储等领域，例如MD5（已不推荐用于安全性要求较高的场合）、SHA系列（SHA-1至SHA-3）等。

• 消息认证码（Message Authentication Code, MAC）和数字签名算法：

  用于确认数据发送者的身份并确保数据在传输过程中未被修改，如HMAC、RSA签名、ECDSA等。

• 序列密码（Stream Ciphers）：

  按位或逐字节进行加密操作，常见的有RC4（已不再安全）等。

• 分组密码（Block Ciphers）：

  把明文数据分割成固定长度的块进行加密处理，例如DES、AES等。

三 密钥

密钥就相当于是钥匙,如果要是丢了那么数据必然是不安全的，任何形式的密码,如果密钥丢了,数据的安全性就无法保证了。

四 密码学常识

• 不要使用保密的密码算法

指不要依赖于自己开发的、没有经过广泛评审和测试的密码算法。通常情况下，开发人员和安全专家不建议自行设计密码算法，而是应该使用已经广泛测试和被认可为安全的标准密码算法，如AES、RSA等。这是因为自行设计的密码算法可能存在未知的漏洞或弱点，而公认的标准算法经过了大量的安全分析和测试。

• 任何密码总有一天都会被破解

这个观点提醒我们，没有绝对安全的密码。尽管某些密码算法可能非常强大，但随着计算技术的进步和攻击方法的演变，总会有可能破解密码的方法出现。因此，密码应该被视为一种安全性措施，但不能完全依赖它们来保护数据。

• 密码只是信息安全的一部分：

这个观点强调了信息安全的多层次性质。除了密码之外，还有其他安全措施，如访问控制、加密、身份验证、网络安全等，都是信息安全的重要组成部分。密码只是其中的一部分，必须与其他安全措施结合使用，以建立更全面的安全性防御。

五 密码信息威胁

• 不可否认性

对于否认行为来说,如果发送方丢失了自己的密钥,被攻击者拿到，

在这种情况下，虽然数字签名确实是合法发送者所用的签名，但实际上通信行为是由黑客发起的。这使得接收者很难辨别通信是否来自合法发送者，因为签名验证通过了。

为了防止这种情况发生，重要的是发送者应该采取适当的措施来保护其私钥，如使用安全的存储设备、定期更换密钥、限制私钥的使用权限等。同时，接收者也应该谨慎验证签名，确保通信的真实性和完整性。

六 凯撒密码

一种古老且简单的替换密码，它基于字母表的固定位移。

• 加密时，明文中的每个字母都按照一个固定的数目向右或向左移动（是基于字母表移动），产生密文。例如，当位移量为3时，字母A将被替换为D，字母B将被替换为E，依此类推。
• 解密时，就是将密文中的每个字母向相反的方向移动相同的位移量。
• 要注意是按照字母表中的顺序移动，比如移动三个那么F就变成I。

6.1 凯撒密码的实现

• 为了跟图示保持一致，这里就使用上面图中的ABCDEF并且固定位移数设置为3
• 原始数据ABCDEF:  
• 加密后数据DEFGHI
• 解密后数据:ABCDEF

#include <iostream>
#include <windows.h>
using namespace std;
string encryptCaesar(string plaintext,int shift)
{string ciphertext = "";for(char& c: plaintext){if(isalpha(c)){char base = islower(c) ? 'a' : 'A';c = ((c - base + shift) % 26)  + base;ciphertext += c;}}return  ciphertext;
}// 解密函数
string decryptCaesar(string ciphertext,int shift)
{return  encryptCaesar(ciphertext,26 - shift);
}int main()
{SetConsoleOutputCP(CP_UTF8);string plainText = "ABCDEF";int shift = 3;string ciphertext = encryptCaesar(plainText,shift);cout<<"加密前数据:"<<plainText<<endl;cout<<"加密前数据:"<<ciphertext<<endl;cout<<"解密后数据:"<<decryptCaesar(ciphertext,shift);return 0;
}