密码学的功能是什么?

2024-12-19 20:51:26
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密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。研究密码变化的客观规律,应用于编制密码以保守通信秘密的,称为编码学;应用于破译密码以获取通信情报的,称为破译学,总称密码学。
密码是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。依照这些法则,变明文为密文,称为加密变换;变密文为明文,称为脱密变换。密码在早期仅对文字或数码进行加、脱密变换,随着通信技术的发展,对语音、图像、数据等都可实施加、脱密变换。
密码学是在编码与破译的斗争实践中逐步发展起来的,并随着先进科学技术的应用,已成为一门综合性的尖端技术科学。它与语言学、数学、电子学、声学、信息论、计算机科学等有着广泛而密切的联系。它的现实研究成果,特别是各国政府现用的密码编制及破译手段都具有高度的机密性。
进行明密变换的法则,称为密码的体制。指示这种变换的参数,称为密钥。它们是密码编制的重要组成部分。密码体制的基本类型可以分为四种:错乱——按照规定的图形和线路,改变明文字母或数码等的位置成为密文;代替——用一个或多个代替表将明文字母或数码等代替为密文;密本——用预先编定的字母或数字密码组,代替一定的词组单词等变明文为密文;加乱——用有限元素组成的一串序列作为乱数,按规定的算法,同明文序列相结合变成密文。以上四种密码体制,既可单独使用,也可混合使用,以编制出各种复杂度很高的实用密码。
20世纪70年代以来,一些学者提出了公开密钥体制,即运用单向函数的数学原理,以实现加、脱密密钥的分离。加密密钥是公开的,脱密密钥是保密的。这种新的密码体制,引起了密码学界的广泛注意和探讨。
利用文字和密码的规律,在一定条件下,采取各种技术手段,通过对截取密文的分析,以求得明文,还原密码编制,即破译密码。破译不同强度的密码,对条件的要求也不相同,甚至很不相同。
中国古代秘密通信的手段,已有一些近于密码的雏形。宋曾公亮、丁度等编撰《武经总要》“字验”记载,北宋前期,在作战中曾用一首五言律诗的40个汉字,分别代表40种情况或要求,这种方式已具有了密本体制的特点。
1871年,由上海大北水线电报公司选用6899个汉字,代以四码数字,成为中国最初的商用明码本,同时也设计了由明码本改编为密本及进行加乱的方法。在此基础上,逐步发展为各种比较复杂的密码。
在欧洲,公元前405年,斯巴达的将领来山得使用了原始的错乱密码;公元前一世纪,古罗马皇帝凯撒曾使用有序的单表代替密码;之后逐步发展为密本、多表代替及加乱等各种密码体制。
二十世纪初,产生了最初的可以实用的机械式和电动式密码机,同时出现了商业密码机公司和市场。60年代后,电子密码机得到较快的发展和广泛的应用,使密码的发展进入了一个新的阶段。
密码破译是随着密码的使用而逐步产生和发展的。1412年,波斯人卡勒卡尚迪所编的百科全书中载有破译简单代替密码的方法。到16世纪末期,欧洲一些国家设有专职的破译人员,以破译截获的密信。密码破译技术有了相当的发展。1863年普鲁士人卡西斯基所著《密码和破译技术》,以及1883年法国人克尔克霍夫所著《军事密码学》等著作,都对密码学的理论和方法做过一些论述和探讨。1949年美国人香农发表了《秘密体制的通信理论》一文,应用信息论的原理分析了密码学中的一些基本问题。
自19世纪以来,由于电报特别是无线电报的广泛使用,为密码通信和第三者的截收都提供了极为有利的条件。通信保密和侦收破译形成了一条斗争十分激烈的隐蔽战线。
1917年,英国破译了德国外长齐默尔曼的电报,促成了美国对德宣战。1942年,美国从破译日本海军密报中,获悉日军对中途岛地区的作战意图和兵力部署,从而能以劣势兵力击破日本海军的主力,扭转了太平洋地区的战局。在保卫英伦三岛和其他许多著名的历史事件中,密码破译的成功都起到了极其重要的作用,这些事例也从反面说明了密码保密的重要地位和意义。
当今世界各主要国家的政府都十分重视密码工作,有的设立庞大机构,拨出巨额经费,集中数以万计的专家和科技人员,投入大量高速的电子计算机和其他先进设备进行工作。与此同时,各民间企业和学术界也对密码日益重视,不少数学家、计算机学家和其他有关学科的专家也投身于密码学的研究行列,更加速了密码学的发展。
密码学(源于希腊语kryptós,"隐藏的", and gráphein, "书写"),传统意义上来说,是研究如何把信息转换成一种隐蔽的方式并阻止其他人得到它。在过去,密码学被用在重要的交流活动中来确保隐蔽性,如在间谍和反间谍之间,或外交官和总部联系之间等。在近几十年,密码学被用在越来越广的场合;它已经成为安全工程学的基础工具。密码学是跨学科科目,从很多领域衍生而来:它可以被看作是信息理论,却使用了大量的数学领域的工具,众所周知的如数论和有限数学。密码学也可以说是工程学的一个分支,不同的是它必须应对一些活动频繁的,高度智慧的,有恶意的敌人的攻击

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现代密码学
现代密码学研究信息从发端到收端的安全传输和安全存储,是研究“知己知彼”的一门科学。其核心是密码编码学和密码分析学。前者致力于建立难以被敌方或对手攻破的安全密码体制,即“知己”;后者则力图破译敌方或对手已有的密码体制,即“知彼”。

人类有记载的通信密码始于公元前400年。古希腊人是置换密码的发明者。1881年世界上的第一个电话保密专利出现。电报、无线电的发明使密码学成为通信领域中不可回避的研究课题。

在第二次世界大战初期,德国军方启用“恩尼格玛”密码机,盟军对德军加密的信息有好几年一筹莫展,“恩尼格玛”密码机似乎是不可破的。但是经过盟军密码分析学家的不懈努力,“恩尼格玛”密码机被攻破,盟军掌握了德军的许多机密,而德国军方却对此一无所知。

太平洋战争中,美军破译了日本海军的密码机,读懂了日本舰队司令官山本五十六发给各指挥官的命令,在中途岛彻底击溃了日本海军,导致了太平洋战争的决定性转折,而且不久还击毙了山本五十六。相反轴心国中,只有德国是在第二次世界大战的初期在密码破译方面取得过辉煌的战绩。因此,我们可以说,密码学在战争中起着非常重要的作用。

随着信息化和数字化社会的发展,人们对信息安全和保密的重要性认识不断提高。如网络银行、电子购物、电子邮件等正在悄悄地融入普通百姓的日常生活中,人们自然要关注其安全性如何。1977年,美国国家标准局公布实施了“美国数据加密标(DES)”,军事部门垄断密码的局面被打破,民间力量开始全面介入密码学的研究和应用中。民用的加密产品在市场上已有大量出售,采用的加密算法有DES、IDEA、RSA等。

现有的密码体制千千万万,各不相同。但是它们都可以分为私钥密码体制(如 DES密码)和公钥密码(如公开密钥密码)。前者的加密过程和脱密过程相同,而且所用的密钥也相同;后者,每个用户都有公开和秘密钥。

编码密码学主要致力于信息加密、信息认证、数字签名和密钥管理方面的研究。信息加密的目的在于将可读信息转变为无法识别的内容,使得截获这些信息的人无法阅读,同时信息的接收人能够验证接收到的信息是否被敌方篡改或替换过;数字签名就是信息的接收人能够确定接收到的信息是否确实是由所希望的发信人发出的;密钥管理是信息加密中最难的部分,因为信息加密的安全性在于密钥。历史上,各国军事情报机构在猎取别国的密钥管理方法上要比破译加密算法成功得多。

密码分析学与编码学的方法不同,它不依赖数学逻辑的不变真理,必须凭经验,依赖客观世界觉察得到的事实。因而,密码分析更需要发挥人们的聪明才智,更具有挑战性。

现代密码学是一门迅速发展的应用科学。随着因特网的迅速普及,人们依靠它传送大量的信息,但是这些信息在网络上的传输都是公开的。因此,对于关系到个人利益的信息必须经过加密之后才可以在网上传送,这将离不开现代密码技术。