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作者：于中阳

来源：区块链兄弟

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1.算法和密钥

密码算法（cryptographic algorithm）亦称为密码（cipher），其是用于加密和解密的数学函数。一般情况下，会有两个相关函数，一个用于加密，一个用于解密。

若给予算法的保密性仅仅是基于对保持算法本身的秘密，那么这种算法被称为受限的（restricted）算法。受限制的算法具有相当的历史意义，但按照现代的标准，其保密性已经远远不够。举一个例子，一个组织使用了一种算法，若有一个工作人员离开了这个组织，那么其他的工作者为了安全性就必须改变另外不同的算法。同时，若有人有意或无意的泄露了这个秘密，所有的人都必须改变他们的算法。

与此同时需要指出的是，受限制的密码算法不可能进行质量控制或标准化。每个用户组织必须拥有自己的唯一算法。这样的话，这些组织不可能采用流行的硬件或软件产品，因为窃听者是可以通过外界的购买得到这些产品并学习算法的，这就势必导致用户不得已必须自己编写算法并予以实现，但若这个组织中没有卓越的密码学家，那么他们是无从得知他们是否拥有了安全的算法。

当然，尽管如此受限制的算法在对密级要求低的应用场景中还是很流行的。

现代密码学用密钥（key）这个概念，尝试解决了这个问题，密钥用K来表示，K可以是很多数值里的任意值。密钥K的可能取值范围叫做密钥空间（keyspace）。加密和解密运算都会使用到这个密钥，即运算依赖于密钥，并用K作为下标表示。

以上这种情况，加密用到的密钥和解密用到的密钥是相同的。但有些算法使用的是不同的密钥进行加密和解密的，即加密密钥和解密密钥是不同的。

现在谈的这些算法的安全性都是基于密钥的安全性，而不是基于算法细节的安全性。这就意味着算法是可以公开的，也可以被分析。这样就可以大量生产使用算法的产品。即使窃听者知道了你使用的算法也没从破译，只要他不知道你具体使用的密钥，就无法阅读你的信息消息。

密码系统（cryptosystem）由算法以及所有可能的明文、密文和密钥组成。

2.对称算法

基于密钥的算法通常有两类：1）对称算法，2）公开密钥算法。对称算法（symmetric algorithm）又称为传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。在大多数对称算法中，加密和解密的密钥是相同的。这些算法也称为秘密密钥算法或单密钥算法，其要求发送者和接收者在确保安全通信之前，协商出一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥，泄密密钥就意味着任何人都能对信息消息进行阅读、加密解密。注意，只要通信需要保密，密钥就必须保密。

对称算法又可为两类，一次仅对明文中的单个位（有时是对字节）运算的算法称为序列算法（stream algorithm）或序列密码（stream cipher）。

另一类算法是对明文的一组位进行运算，这些位组称为分组（block），相对应的算法就称为分组算法（block algorithm）或分组密码（block cipher）。

现代计算机密码算法的典型分组长度为64位，这个长度基本足以防止分析破译，但又十分方便使用。

注：在计算机出现之前，算法普遍的每次只对明文的一个字符运算，可以认为序列密码是对字符序列的运算。

3.公开密钥算法（非对称算法）

公开密钥算法（public-key algorithm，其有一个更为熟知的称谓叫非对称算法），这种算法是这样设计的，用作加密的密钥不同于用作解密的密钥，而且解密密钥不能根据加密密钥被计算得到。（注：在合理的假设时间内无法被计算得到即可）这种算法之所以叫做“公开密钥”算法，是因为加密密钥是可以公开的，即第三方是能够使用加密密钥对信息进行加密的，但只有用相应的解密密钥才可以对信息进行解密得到解密信息。

在此系统中，加密密钥称为公开密钥（public-key，简称公钥），解密密钥叫做私人密钥（private key，简称私钥）。私人密钥有时也称为秘密密钥，但为了避免同对称算法产生混淆，一般不采用秘密密钥这种叫法，一般就叫私钥。

注：必须用公钥加密和私钥解密的思维是受限的，有的时候，我们用私钥进行加密，用公钥进行解密，这种应用场景常见于数字签名。

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