第2部分 基础篇 第2章 密码技术

2.2. 密码技术简介

本聪老师：下面我们开始密码技术的学习。这部分由小云同学带领大家学习。

小云：好的老师。密码技术是一种用于保护数据安全的技术，用于解决信息安全中的机密性、数据完整性、认证、身份识别、可控性及不可抵赖性，它涵盖了许多不同的方法和工具，包括加密、解密、数字签名、哈希函数等。密码技术是计算机安全领域的一个重要组成部分，被广泛应用于网络安全、电子商务、电子支付、数据存储和传输等领域。

本聪老师：对，社会信息化发展程度和密码技术密不可分，特别是信息安全领域，密码技术是大厦的基石。

小云：是。密码技术发展过程中经历了对称密码技术和非对称密码技术，后者有被称为公钥密码。公钥密码技术是密码技术的重大突破，开启了现代密码的新纪元。下面我们首先了解下公钥密码技术基础知识，然后学习加密解密算法，其中会涉及到主流的对称密码算法和公钥密码算法。最后学习哈希算法和数字签名。

2.2.1. 公钥密码技术基础

小云：对称加密技术我们都能理解。其加密密钥和解密密钥是相同的，因此要求通信各方必须妥善选择和保存密钥，并且信任对方不会将密钥泄密出去。

小明：谍战片中常见的使用密码本加密解密就是这种算法。

小云：对，对称加密技术长期占据密码技术的中心地位，不被撼动。直到1976年，Diffie和Hellman共同发表论文《密码学的新方向》，宣告了公钥密码学的诞生。

小云：与之前的密码体制不同的是，公约密码体制的核心是非对称密码，也就是在加密和解密过程中使用两个独立的密码，称为密钥对：公钥和私钥。加密解密过程中使用的公钥是可以公开展示的，私钥是保密的。任何人都可以使用公钥加密信息，但是只有私钥才能解密，因此只有私钥持证方才能解密信息。已知私钥并按照一定算法可以推导出公钥，但是反过来，知晓公钥以及加密算法是不能推导私钥的。所以只要私钥未泄露，加密过程就是安全可信的。

小明：原理能明白。有哪些应用场景呢？

小云：公钥密码机制有三种应用模型，一是加密模型，二是认证模型，三是加密认证模型。

小天：加密过程相对好理解。

小云：对，我们看图2-1，首先解释一下图片中的内容。消息发送者Alice的密钥对为（PRA，PUA），其中PRA是Alice的私钥，PUA是Alice的公钥。消息接收者为Bob，密钥对为（PRB，PUB），其中PRB是Bob的私钥，PUB是Bob的公钥。两个人的私钥都是秘密保存的，而公钥都是公开的，因此Alice同时还知道Bob的公钥，也就是说，Alice的密钥集为{ PRA ，PUA ，PUB }。

图2-1加密过程

小明：那么说，Bob的密钥集是{ PR_B ，PU_B ，PU_A }.

小云：对。我们来看加密过程。当Alice发送消息给Bob时，先从自己的公钥集中取出Bob的公钥PUB，对明文消息加密。然后发送给Bob，Bob收到密文消息后，使用自己的私钥PRB解密。密文在网络上公开传送，任何人都可以看到。窃取者没有对应Bob公钥的私钥PRB，所以无法解密。

小天：所以说加密过程主要作用在于保证消息不会泄露，实现保密性。

小云：说的非常正确。我们再来看认证过程，如图2-2。Alice发送消息给Bob，首先使用自己的私钥PRA对消息加密，然后发送给Bob，Bob收到密文后使用Alice的公钥PUA对密文解密。与加密过程不同的是，使用私钥加密，使用该私钥对应的公钥解密。由于发送者的私钥是秘密保存的，接收方只要解密密文，就可以确定发送方是Alice。

图2- 2认证的过程

小天：那么认证的过程要解决什么问题呢？

小云：认证的过程在于保证消息发送方的身份，实现不可抵赖。

小明：加密认证可以结合起来一起使用吗？

小云：可以，将加密和认证结合使用，就是加密认证模型，它是数字签名的基础。

我们来看图2-3展示了这个过程。Alice发送消息给Bob，分为两步：第一步是加密，也就是用Bob的公钥PUB对明文消息加密。第二步先对明文消息使用hash算法（关于该算法参见后续杂凑算法部分）计算出Hash值，再使用自己的私钥PRA对Hash值进行数字签名算法计算得到数字签名。最后把两步产生的内容：密文和签名一起通过网络发送给Bob。

小明：这是发送过程，接下来是对方接收了。

小云：对。Bob收到后也分为两部分解密：第一步使用自己的私钥PRB解密密文，解密后对明文进行Hash计算，得到一个Hash值。第二步对收到的数字签名使用Alice的公钥PUA进行签名解密，得到另一个Hash值。这时最重要的一步就出现了：将两步的结果Hash值进行比对。

小天：比对结果会可能是不一致或者一致。

小云：对。不一致的话，要判断是哪个环节的问题。如果一致，表明数据传递过程中以下三方面内容：

消息发送者的身份确认无疑是Alice；

Alice发送的消息在传递过程中未发生任何更改；

以后Alice不能抵赖自己发送过消息的行为。

这三方面就充分证明了本次数据过程的真实有效。

图2-3 加密认证的过程

小云：不知道大家注意到没有，上面加密认证过程中提到了三种算法，分别是加密解密算法和Hash算法，它们是两种完全不同的算法，严格来讲，Hash算法属于杂凑算法，不是加密算法。接下来的两节重点学习这两种算法。

本文内容摘自《对话去中心化数字身份》。作者：乔布施。首发平台：https://ytm.app

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