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加密算法最早诞生在什么时候？计算机呈现之后吗？不，早在公元前 7 世纪，古希腊人就曾经在应用加密算法了。他们应用一根叫 scytale 的棍子来传递加密信息，加密时先绕棍子卷一张纸条，把信息沿棒程度方向写，写一个字旋转一下，直到写完。解下来后，纸条上的文字音讯横七竖八，这就是密文。将它绕在另一个等同尺寸的棒子上后，就能看到原始的音讯。如果不晓得棍子的粗细，就无奈解密外面的内容。
加密形式倒退到明天，相比 scytale 的简略原理曾经有了无奈设想的微小倒退，咱们当初基于更简单的数学过程，即更为简单的算法来进行加密。许多应用古代伎俩创立的成熟明码零碎根本被认为是不可破解的。一个不可被破解的加密形式到底有多简单？上面咱们就来领略一下。
什么是加密？
咱们通常所说的加密是指应用密钥将纯文本转换为难以了解的序列的办法，通常由两个根本局部形成：算法和密钥。
算法是将一般的文本（或者能够了解的信息）与一串数字（密钥）的联合，产生不可了解的密文的步骤，密钥是用来对数据进行编码和解码的一种算法。加密能够形容为一种办法，通过该办法，明文和密钥通过明码算法，产生机密文本。
在冀望的状况下，加密文本的内容只有领有对应密钥的用户能力拜访。除了文本音讯，古代加密还能够利用于其余电子传输信息，例如语音音讯、图像文件或程序代码等。
加密形式分类
在古代，咱们次要用到对称加密（私人密钥加密）和非对称加密（公开密钥加密）两种加密形式。
对称加密办法
对称加密起源于凯撒明码等古老的加密办法。其次要原理是文件加密和解密应用雷同的密钥。如果两个通信方想要替换加密数据，则发送方和接管方都须要领有雷同密钥的正本，同时还须要找到一种机密传输共享密钥的办法。为了爱护加密信息不被第三方拜访，密钥是窃密的，密钥的长度也决定了该加密算法的安全性。
对称加密算法应用起来简略快捷，密钥较短，且破译艰难。家喻户晓的对称加密办法包含比拟典型的数据加密规范（DES）及其高级加密规范（AES）。
数据加密规范（DES）
DES 是一种对称加密办法，由 IBM 在 1970 年代开发，并于 1977 年由美国国家标准与技术研究院（NIST）标准化。依照过后的规范，DES 是一种平安的计算机辅助加密办法，是古代密码学的根底。密钥长 64 位，但实际上只有 56 位参加运算（第 8、16、24、32、40、48、56、64 位是校验位，使得每个密钥都有奇数个 1），在现在基本上曾经过期了。当今的技术，应用蛮力攻打能够在短短几个小时内破解出 DES 密钥。
该算法由排列和替换组成，整个过程须要 16 轮，其原理结构图如下：
首先是初始置换，64 位的块被分成 32 位的块；创立了左半块 L0 和右半块 R0。而后通过 16 轮雷同的操作（此处为函数 f）将数据与密钥组合。16 轮过后，左右两块重新组合，通过最初的置换，失去密文。DES 加密密文的解密遵循雷同的计划，但程序相同。
DES 的次要毛病是 56 位的密钥长度绝对较小，无奈接受当今计算能力可用的蛮力攻打。DES 的一种变体是 Triple-DES (3DES)，其中加密办法在三个间断轮次中执行。然而 3DES 的无效密钥长度依然只有 112 位，仍低于当今 128 位的最低标准。因而，DES 已在很大水平上被取代。AES（Advanced Encryption Standard）算法接替了 DES，它也是一种对称加密办法。
高级加密规范（AES）
到了 90 年代，很显著最罕用的加密规范 DES 曾经掉队了，须要一个新的加密规范来代替。于是，AES 诞生了，因为其具备更高的安全性、灵活性，它也是美国联邦政府采纳的一种区块加密规范。
AES 也是将加密后的明文分成块，所以与 DES 一样是基于块加密的。该规范反对 128、192 和 256 位密钥。但 AES 应用的不是 64 位的块，而是应用大很多的 128 位块，这些块在间断几轮中应用代换 - 置换网络（Substitution-Permutation Network，SPN）进行加密。加密过程大抵分为四个步骤：
1、KeyExpansion 密钥扩大： AES 和 DES 一样，对每个加密循环应用一个新的轮密钥。在这个过程中，输入密钥的长度也被扩大，生成映射所需数量的 128 位轮密钥。每个轮密钥都基于扩大输入密钥的一部分。所需的轮密钥数等于轮数（R），包含要害轮，加上初始轮的轮密钥（密钥数 = R + 1）。
2、Initial round 初始轮： 在初始轮中，将 128 位的输出块转移到二维表（Array）中，并应用按位异或 XOR（AddRoundKey）链接到第一轮密钥。该表由四行四列组成。每个单元蕴含要加密的块的一个字节（8 位）。
3、加密轮数： 加密轮数取决于应用的密钥长度：AES128 为 10 轮，AES192 为 12 轮，AES256 为 14 轮。每轮加密应用以下操作：
- SubBytes（字节代替）: 一个非线性替换步骤，其中依据查找表将每个字节替换为另一个字节。
- ShiftRows（行移位）： 一个转置步骤，其中状态的最初三行循环移位肯定数量的步骤。
- MixColumns（列混同）： 一种线性混合操作，它对状态的列进行操作，将每列中的四个字节组合在一起。
- AddRoundKey（轮密钥加）： 在每轮加密完结时，产生另一个 AddRoundKey。就像初始轮一样，基于数据块与以后轮次密钥的异或链接。
4. 密钥轮： 密钥轮是最初的加密轮。与前几轮不同的是，它不包含 MixColumns 转换，因而只包含 SubBytes、ShiftRows 和 AddRoundKey 操作。最初一轮的后果失去密文。
因为其自身的算法，AES 已通过了高水平的安全性认证。对于至多 128 位的密钥长度，蛮力攻打是很低效的。除此之外，AES 还用作 WPA2、SSH 和 IPSec 的加密规范。该算法还用于加密压缩文件存档，例如 7-Zip 或 RAR。
以上两种对称加密办法都是依靠于对称加密的算法，而对称加密算法则分以下两大类：
- 流明码：也叫序列密码，每次加密都通过密钥生成一个密钥流，解密也是应用同一个密钥流，明文与同样长度的密钥流进行异或运算失去密文，密文与同样的密钥流进行异或运算失去明文。
- 块明码：也叫分组明码，它把加密和解密序列分成了一个个分组，最初把每一块序列合并到一起，造成明文或者密文。
非对称加密办法
绝对于对称加密加密通信的单方需应用雷同的密钥来说，非对称加密的通信单方会为每个页面都生成一个密钥对。通信中的每个参与者都有两把钥匙可供使用：一把公钥和一把私匙。为了可能加密信息，每一方都必须当时申明他们的公钥，这被称为公钥算法。这就是非对称明码零碎的劣势：与对称加密办法相同，密钥永远不会来到其所有者的眼帘。
上面咱们通过一个简略例子来理解非对称加密。。假如用户 A 想向用户 B 发送一条加密音讯，为此 A 须要 B 的公钥，而 B 的公钥容许 A 加密只有 B 的私钥能力解密的音讯。这样除了 B，就在没有其他人没有人可能浏览该音讯，包含 A 也无奈解密。
这么做的长处是任何人都能够应用用户 B 的公钥加密音讯，而后只能 B 的密钥解密。因为仅替换公钥，因而无需创立防篡改的平安通道，因为能解密的只有 B。
非对称加密最通用的加密算法是 Rivest、Shamir、Adleman（RSA）和 ECC。
Rivest、Shamir、Adleman（RSA）
1977 年，数学家 Rivest、Shamir 和 Adleman 提出了一种非对称加密算法，并以发明人的名字命名 —— RSA。RSA 是目前普遍认为最平安、最优良的公钥办法之一。
RSA 应用一种基于大素数相乘的算法。如果将质数 14,629 和 30,491 相乘，能够失去后果为 446,052,839。这个数只有四个可能的除数：其中两个是 1 和它自身，另外两个是相乘前的原始素数。如果将前两个除数排除（因为每个数字都能够被 1 和它自身整除），那么将失去 14,629 和 30,491 的初始值。
以上就是 RSA 密钥生成的根底。公钥和私钥都代表两对数字：
N 即两个随机抉择的十分大素数 p 和 q 的乘积 N = pxq，以及计算 N 的欧拉函数 φ(N) = (p-1)(q-1)。
要生成公钥，则须要 e，e 是一个依据一些限度（条件是 1< e < φ(N)，且 e 与 φ(N) 互质）随机抉择的数字。
要生成私钥，则须要计算 e 对于 φ(N) 的模反元素 d。所谓“模反元素”就是指有一个整数 d，能够使得 ed 被 φ(N) 除的余数为 1。满足 (ed) modφ(N) = 1，即 ed = kφ(N) +1，k≥1 是一个任意的整数；所以，若晓得 e 和 φ(N)，则很容易计算出 d。
然而只依据 N 和 e（留神：不是 p 和 q）要计算出 d 是不可能的。因而，任何人都可对明文进行加密，然而只有受权用户（晓得 d）才可对密文解密。
RSA 算法的窃密强度随其密钥的长度减少而加强。然而，密钥越长，其加解密所耗用的工夫也越长。因而，要依据所爱护信息的敏感水平与攻击者破解所要花费的代价值不值得以及零碎所要求的反应时间来综合思考。
目前互联网中最罕用的 SSL/TLS 协定就是基于 RSA 算法。如果想要应用特定公钥加密的信息只能应用从属于该公匙的私钥进行解密。经客户端验证公钥能够与私钥进行匹配，才会建设平安连贯。
ECC
在上图中咱们还能够看到非对称加密的另一种算法 ECC，即椭圆加密算法。其数学根底是利用椭圆曲线上的有理点形成 Abel 加法群上椭圆离散对数的计算困难性。ECC 的次要劣势是在某些状况下比其余的办法（比方 RSA）应用更小的密钥，提供相当或更高等级的平安。
回到非对称加密自身。这种加密算法除去“无需创立防篡改的平安通道”这一有点外，也有一个不可漠视的毛病：无奈确认通信搭档的身份。也就是说在非对称加密中，B 不能确定加密的音讯的确来自 A，实践上第三个用户 C 能够应用 B 的公钥来加密并传递音讯。此外，A 也不能确定公钥是否真的属于 B，公钥可能是由 C 创立并传播给 A 的，这样能够拦挡 A 发给 B 的音讯。
因而应用非对称加密，须要一种机制以便用户能够测试其通信搭档的身份验证。
目前咱们应用数字证书和签名来解决这个问题：
- 数字证书：为了确保非对称加密办法的平安，通信搭档能够通过官网认证机构确认其公钥的真实性。例如，通过 HTTPS 的 TLS/SSL 加密数据传输。
- 数字签名：尽管数字证书可用于验证公钥，但数字签名可用于辨认加密音讯的发送者。私钥用于生成签名，而后接管方应用发送方的公钥验证该签名。
以上就是咱们目前次要用到的加密形式啦，然而加密形式不仅仅如此，随着互联网的一直倒退，必定会越来越简单，只管它们波及了很多数学知识，理解起来十分干燥，然而正是这些干燥的数学让咱们的信息越来越平安。
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