編輯推薦
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內容簡介
本書以圖配文的形式,詳細講解瞭6種重要的密碼技術:對稱密碼、公鑰密碼、單嚮散列函數、消息認證碼、數字簽名和僞隨機數生成器。
第1部分講述瞭密碼技術的曆史沿革、對稱密碼、分組密碼模式(包括ECB、CBC、CFB、OFB、CTR)、公鑰密碼、混閤密碼係統。第2部分重點介紹瞭認證方麵的內容,涉及單嚮散列函數、消息認證碼、數字簽名、證書等。第3部分講述瞭密鑰、隨機數、PGP、SSL/TLS 以及密碼技術在現實生活中的應用。
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作者簡介
結城浩(作者)
生於1963年,日本傑齣技術作傢和程序員。在編程語言、設計模式、數學、加密技術等領域,編寫瞭很多深受歡迎的入門書。代錶作有《數學女孩》係列、《程序員的數學》等。
周自恒(譯者)
IT、編程愛好者,初中時曾在NOI(國傢信息學奧賽)天津賽區獲一等奬,現就職於 某管理谘詢公司,任谘詢顧問兼戰略技術總監。譯著有《圖解CIO工作指南(第4版)》《大數據的衝擊》《代碼的未來》《30天自製操作係統》《傢用遊戲機簡史》《有趣的二進製》等。
目錄
目錄
第1部分 密碼 1
第1章 環遊密碼世界 3
1.1 本章學習的內容 4
1.2 密碼 4
1.2.1 Alice與Bob 4
1.2.2 發送者、接收者和竊聽者 4
1.2.3 加密與解密 6
1.2.4 密碼保證瞭消息的機密性 7
1.2.5 破譯 7
1.3 對稱密碼與公鑰密碼 8
1.3.1 密碼算法 8
1.3.2 密鑰 8
1.3.3 對稱密碼與公鑰密碼 9
1.3.4 混閤密碼係統 10
1.4 其他密碼技術 10
1.4.1 單嚮散列函數 10
1.4.2 消息認證碼 10
1.4.3 數字簽名 11
1.4.4 僞隨機數生成器 11
1.5 密碼學傢的工具箱 12
1.6 隱寫術與數字水印 13
1.7 密碼與信息安全常識 14
1.7.1 不要使用保密的密碼算法 14
1.7.2 使用低強度的密碼比不進行任何加密更危險 15
1.7.3 任何密碼總有一天都會被破解 15
1.7.4 密碼隻是信息安全的一部分 16
1.8 本章小結 16
1.9 小測驗的答案 17
第2章 曆史上的密碼——寫一篇彆人看不懂的文章 19
2.1 本章學習的內容 20
2.2 愷撒密碼 20
2.2.1 什麼是愷撒密碼 21
2.2.2 愷撒密碼的加密 21
2.2.3 愷撒密碼的解密 22
2.2.4 用暴力破解來破譯密碼 23
2.3 簡單替換密碼 24
2.3.1 什麼是簡單替換密碼 24
2.3.2 簡單替換密碼的加密 25
2.3.3 簡單替換密碼的解密 26
2.3.4 簡單替換密碼的密鑰空間 26
2.3.5 用頻率分析來破譯密碼 26
2.4 Enigma 31
2.4.1 什麼是Enigma 31
2.4.2 用Enigma進行加密通信 31
2.4.3 Enigma的構造 32
2.4.4 Enigma的加密 34
2.4.5 每日密碼與通信密碼 36
2.4.6 避免通信錯誤 36
2.4.7 Enigma的解密 36
2.4.8 Enigma的弱點 38
2.4.9 Enigma的破譯 38
2.5 思考 40
2.6 本章小結 41
2.7 小測驗的答案 42
第3章 對稱密碼(共享密鑰密碼)——用相同的密鑰進行加密和解密 45
3.1 炒雞蛋與對稱密碼 46
3.2 本章學習的內容 46
3.3 從文字密碼到比特序列密碼 46
3.3.1 編碼 46
3.3.2 XOR 47
3.4 一次性密碼本——絕對不會被破譯的密碼 50
3.4.1 什麼是一次性密碼本 50
3.4.2 一次性密碼本的加密 50
3.4.3 一次性密碼本的解密 51
3.4.4 一次性密碼本是無法破譯的 51
3.4.5 一次性密碼本為什麼沒有被使用 52
3.5 DES 53
3.5.1 什麼是DES 53
3.5.2 加密和解密 54
3.5.3 DES的結構(Feistel網絡) 54
3.5.4 差分分析與綫性分析 60
3.6 三重DES 61
3.6.1 什麼是三重DES 61
3.6.2 三重DES的加密 61
3.6.3 三重DES的解密 63
3.6.4 三重DES的現狀 64
3.7 AES的選定過程 65
3.7.1 什麼是AES 65
3.7.2 AES的選拔過程 65
3.7.3 AES最終候選算法的確定與AES的最終確定 66
3.8 Rijndael 66
3.8.1 什麼是Rijndael 66
3.8.2 Rijndael的加密和解密 67
3.8.3 Rijndael的破譯 71
3.8.4 應該使用哪種對稱密碼呢 71
3.9 本章小結 72
3.10 小測驗的答案 73
第4章 分組密碼的模式——分組密碼是如何迭代的 75
4.1 本章學習的內容 76
4.2 分組密碼的模式 77
4.2.1 分組密碼與流密碼 77
4.2.2 什麼是模式 77
4.2.3 明文分組與密文分組 78
4.2.4 主動攻擊者Mallory 78
4.3 ECB模式 79
4.3.1 什麼是ECB模式 79
4.3.2 ECB模式的特點 80
4.3.3 對ECB模式的攻擊 80
4.4 CBC模式 82
4.4.1 什麼是CBC模式 82
4.4.2 初始化嚮量 83
4.4.3 CBC模式的特點 84
4.4.4 對CBC模式的攻擊 84
4.4.5 填充提示攻擊 86
4.4.6 對初始化嚮量(IV)進行攻擊 86
4.4.7 CBC 模式的應用實例 86
4.5 CFB模式 88
4.5.1 什麼是CFB模式 88
4.5.2 初始化嚮量 89
4.5.3 CFB模式與流密碼 89
4.5.4 CFB模式的解密 90
4.5.5 對CFB模式的攻擊 90
4.6 OFB模式 91
4.6.1 什麼是OFB模式 91
4.6.2 初始化嚮量 92
4.6.3 CFB模式與OFB模式的對比 92
4.7 CTR模式 93
4.7.1 計數器的生成方法 95
4.7.2 OFB模式與CTR模式的對比 95
4.7.3 CTR模式的特點 95
4.7.4 錯誤與機密性 96
4.8 應該使用哪種模式呢 96
4.9 本章小結 97
4.10 小測驗的答案 98
第5章 公鑰密碼——用公鑰加密,用私鑰解密 101
5.1 投幣寄物櫃的使用方法 102
5.2 本章學習的內容 102
5.3 密鑰配送問題 102
5.3.1 什麼是密鑰配送問題 102
5.3.2 通過事先共享密鑰來解決 104
5.3.3 通過密鑰分配中心來解決 105
5.3.4 通過Diffie-Hellman密鑰交換來解決密鑰配送問題 106
5.3.5 通過公鑰密碼來解決密鑰配送問題 106
5.4 公鑰密碼 107
5.4.1 什麼是公鑰密碼 107
5.4.2 公鑰密碼的曆史 108
5.4.3 公鑰通信的流程 108
5.4.4 各種術語 110
5.4.5 公鑰密碼無法解決的問題 110
5.5 時鍾運算 110
5.5.1 加法 111
5.5.2 減法 113
5.5.3 乘法 114
5.5.4 除法 114
5.5.5 乘方 118
5.5.6 對數 118
5.5.7 從時鍾指針到RSA 119
5.6 RSA 120
5.6.1 什麼是RSA 120
5.6.2 RSA加密 120
5.6.3 RSA解密 121
5.6.4 生成密鑰對 122
5.6.5 具體實踐一下吧 125
5.7 對RSA的攻擊 128
5.7.1 通過密文來求得明文 128
5.7.2 通過暴力破解來找齣D 128
5.7.3 通過E和N求齣D 129
5.7.4 中間人攻擊 130
5.7.5 選擇密文攻擊 132
5.8 其他公鑰密碼 133
5.8.1 ElGamal方式 133
5.8.2 Rabin方式 133
5.8.3 橢圓麯綫密碼 133
5.9 關於公鑰密碼的Q&A; 133
5.9.1 公鑰密碼的機密性 134
5.9.2 公鑰密碼與對稱密碼的密鑰長度 134
5.9.3 對稱密碼的未來 135
5.9.4 RSA與質數 135
5.9.5 RSA與質因數分解 136
5.9.6 RSA的長度 136
5.10 本章小結 138
5.11 小測驗的答案 139
第6章 混閤密碼係統——用對稱密碼提高速度,用公鑰密碼保護會話密鑰 141
6.1 混閤動力汽車 142
6.2 本章學習的內容 142
6.3 混閤密碼係統 142
6.3.1 對稱密碼與公鑰密碼 142
6.3.2 混閤密碼係統 143
6.3.3 加密 144
6.3.4 解密 146
6.3.5 混閤密碼係統的具體例子 147
6.4 怎樣纔是高強度的混閤密碼係統 147
6.4.1 僞隨機數生成器 147
6.4.2 對稱密碼 148
6.4.3 公鑰密碼 148
6.4.4 密鑰長度的平衡 148
6.5 密碼技術的組閤 148
6.6 本章小結 149
6.7 小測驗的答案 150
第2部分 認證 151
第7章 單嚮散列函數——獲取消息的“指紋” 153
7.1 本章學習的內容 154
7.2 什麼是單嚮散列函數 154
7.2.1 這個文件是不是真的呢 154
7.2.2 什麼是單嚮散列函數 157
7.2.3 單嚮散列函數的性質 159
7.2.4 關於術語 162
7.3 單嚮散列函數的實際應用 163
7.3.1 檢測軟件是否被篡改 163
7.3.2 基於口令的加密 165
7.3.3 消息認證碼 165
7.3.4 數字簽名 165
7.3.5 僞隨機數生成器 165
7.3.6 一次性口令 165
7.4 單嚮散列函數的具體例子 166
7.4.1 MD4、MD5 166
7.4.2 SHA-1、SHA-256、SHA-384、SHA-512 166
7.4.3 RIPEMD-160 167
7.4.4 SHA-3 167
7.5 SHA-3的選拔過程 168
7.5.1 什麼是SHA-3 168
7.5.2 SHA-3的選拔過程 168
7.5.3 SHA-3最終候選名單的確定與SHA-3的最終確定 168
7.6 Keccak 169
7.6.1 什麼是Keccak 169
7.6.2 海綿結構 170
7.6.3 雙工結構 171
7.6.4 Keccak的內部狀態 172
7.6.5 函數Keccak-f?[b] 174
7.6.6 對Keccak的攻擊 177
7.6.7 對縮水版Keccak的攻擊競賽 177
7.7 應該使用哪種單嚮散列函數呢 178
7.8 對單嚮散列函數的攻擊 178
7.8.1 暴力破解(攻擊故事1) 178
7.8.2 生日攻擊(攻擊故事2) 180
7.9 單嚮散列函數無法解決的問題 182
7.10 本章小結 183
7.11 小測驗的答案 184
第8章 消息認證碼——消息被正確傳送瞭嗎 187
8.1 本章學習的內容 188
8.2 消息認證碼 188
8.2.1 匯款請求是正確的嗎 188
8.2.2 什麼是消息認證碼 189
8.2.3 消息認證碼的使用步驟 190
8.2.4 消息認證碼的密鑰配送問題 190
8.3 消息認證碼的應用實例 191
8.3.1 SWIFT 191
8.3.2 IPsec 191
8.3.3 SSL/TLS 192
8.4 消息認證碼的實現方法 192
8.4.1 使用單嚮散列函數實現 192
8.4.2 使用分組密碼實現 192
8.4.3 其他實現方法 192
8.5 認證加密 192
8.6 HMAC的詳細介紹 193
8.6.1 什麼是HMAC 193
8.6.2 HMAC的步驟 194
8.7 對消息認證碼的攻擊 196
8.7.1 重放攻擊 196
8.7.2 密鑰推測攻擊 198
8.8 消息認證碼無法解決的問題 199
8.8.1 對第三方證明 199
8.8.2 防止否認 199
8.9 本章小結 200
8.10 小測驗的答案 200
第9章 數字簽名——消息到底是誰寫的 203
9.1 羊媽媽的認證 204
9.2 本章學習的內容 204
9.3 數字簽名 204
9.3.1 Alice的藉條 204
9.3.2 從消息認證碼到數字簽名 205
9.3.3 簽名的生成和驗證 206
9.3.4 公鑰密碼與數字簽名 207
9.4 數字簽名的方法 209
9.4.1 直接對消息簽名的方法 209
9.4.2 對消息的散列值簽名的方法 211
9.5 對數字簽名的疑問 214
9.5.1 密文為什麼能作為簽名使用 214
9.5.2 數字簽名不能保證機密性嗎 214
9.5.3 這種簽名可以隨意復製嗎 215
9.5.4 消息內容會不會被任意修改 215
9.5.5 簽名會不會被重復使用 216
9.5.6 刪除簽名也無法“作廢閤同”嗎 216
9.5.7 如何防止否認 217
9.5.8 數字簽名真的能夠代替簽名嗎 217
9.6 數字簽名的應用實例 218
9.6.1 安全信息公告 218
9.6.2 軟件下載 219
9.6.3 公鑰證書 220
9.6.4 SSL/TLS 220
9.7 通過RSA實現數字簽名 220
9.7.1 用RSA生成簽名 220
9.7.2 用RSA驗證簽名 221
9.7.3 具體實踐一下吧 221
9.8 其他的數字簽名 222
9.8.1 ElGamal方式 222
9.8.2 DSA 223
9.8.3 ECDSA 223
9.8.4 Rabin方式 223
9.9 對數字簽名的攻擊 223
9.9.1 中間人攻擊 223
9.9.2 對單嚮散列函數的攻擊 224
9.9.3 利用數字簽名攻擊公鑰密碼 224
9.9.4 潛在僞造 225
9.9.5 其他攻擊 226
9.10 各種密碼技術的對比 226
9.10.1 消息認證碼與數字簽名 226
9.10.2 混閤密碼係統與對散列值簽名 227
9.11 數字簽名無法解決的問題 227
9.12 本章小結 227
9.13 小測驗的答案 228
第10章 證書——為公鑰加上數字簽名 229
10.1 本章學習的內容 230
10.2 證書 230
10.2.1 什麼是證書 230
10.2.2 證書的應用場景 230
10.3 實際生成一張證書 233
10.3.1 賽門鐵剋的Digital ID免費試用服務 233
10.3.2 生成證書 233
10.3.3 顯示證書 234
10.3.4 證書標準規範 236
10.4 公鑰基礎設施(PKI) 237
10.4.1 什麼是公鑰基礎設施 237
10.4.2 PKI的組成要素 238
10.4.3 認證機構的工作 240
10.4.4 證書的層級結構 241
10.4.5 各種各樣的PKI 242
10.5 對證書的攻擊 243
10.5.1 在公鑰注冊之前進行攻擊 244
10.5.2 注冊相似人名進行攻擊 245
10.5.3 竊取認證機構的私鑰進行攻擊 245
10.5.4 攻擊者僞裝成認證機構進行攻擊 246
10.5.5 鑽CRL的空子進行攻擊(1) 246
10.5.6 鑽CRL的空子進行攻擊(2) 247
10.5.7 Superfish 248
10.6 關於證書的Q&A; 249
10.6.1 為什麼需要證書 249
10.6.2 通過自己的方法進行認證是不是更安全 250
10.6.3 為什麼要相信認證機構 251
10.7 本章小結 252
10.8 小測驗的答案 253
第3部分 密鑰、隨機數與應用技術 255
第11章 密鑰——秘密的精華 257
11.1 本章學習的內容 258
11.2 什麼是密鑰 258
11.2.1 密鑰就是一個巨大的數字 258
11.2.2 密鑰與明文是等價的 260
11.2.3 密碼算法與密鑰 260
11.3 各種不同的密鑰 260
11.3.1 對稱密碼的密鑰與公鑰密碼的密鑰 260
11.3.2 消息認證碼的密鑰與數字簽名的密鑰 261
11.3.3 用於確保機密性的密鑰與用於認證的密鑰 262
11.3.4 會話密鑰與主密鑰 263
11.3.5 用於加密內容的密鑰與用於加密密鑰的密鑰 264
11.4 密鑰的管理 264
11.4.1 生成密鑰 264
11.4.2 配送密鑰 265
11.4.3 更新密鑰 265
11.4.4 保存密鑰 266
11.4.5 作廢密鑰 267
11.5 Diffie-Hellman密鑰交換 268
11.5.1 什麼是Diffie-Hellman密鑰交換 268
11.5.2 Diffie-Hellman密鑰交換的步驟 268
11.5.3 Eve能計算齣密鑰嗎 270
11.5.4 生成元的意義 271
11.5.5 具體實踐一下 272
11.5.6 橢圓麯綫Diffie-Hellman密鑰交換 273
11.6 基於口令的密碼(PBE) 274
11.6.1 什麼是基於口令的密碼 274
11.6.2 PBE加密 275
11.6.3 PBE解密 276
11.6.4 鹽的作用 277
11.6.5 口令的作用 279
11.6.6 通過拉伸來改良PBE 279
11.7 如何生成安全的口令 279
11.7.1 使用隻有自己纔能知道的信息 280
11.7.2 將多個不同的口令分開使用 280
11.7.3 有效利用筆記 281
11.7.4 理解口令的局限性 281
11.7.5 使用口令生成和管理工具 282
11.8 本章小結 282
11.9 小測驗的答案 283
第12章 隨機數——不可預測性的源泉 285
12.1 騾子的鎖匠鋪 286
12.2 本章學習的內容 286
12.3 使用隨機數的密碼技術 286
12.4 隨機數的性質 287
12.4.1 對隨機數的性質進行分類 287
12.4.2 隨機性 288
12.4.3 不可預測性 289
12.4.4 不可重現性 289
12.5 僞隨機數生成器 291
12.6 具體的僞隨機數生成器 292
12.6.1 雜亂的方法 293
12.6.2 綫性同餘法 293
12.6.3 單嚮散列函數法 296
12.6.4 密碼法 298
12.6.5 ANSI X9.17 300
12.6.6 其他算法 302
12.7 對僞隨機數生成器的攻擊 303
12.7.1 對種子進行攻擊 303
12.7.2 對隨機數池進行攻擊 303
12.8 本章小結 304
12.9 小測驗的答案 304
第13章 PGP——密碼技術的完美組閤 307
13.1 本章學習的內容 308
13.2 PGP簡介 308
13.2.1 什麼是PGP 308
13.2.2 關於OpenPGP 309
13.2.3 關於GNU Privacy Guard 309
13.2.4 PGP的功能 310
13.3 生成密鑰對 311
13.4 加密與解密 314
13.4.1 加密 314
13.4.2 解密 316
13.5 生成和驗證數字簽名 319
13.5.1 生成數字簽名 319
13.5.2 驗證數字簽名 321
13.6 生成數字簽名並加密以及解密並驗證數字簽名 324
13.6.1 生成數字簽名並加密 324
13.6.2 解密並驗證數字簽名 324
13.7 信任網 328
13.7.1 公鑰閤法性 328
13.7.2 場景1:通過自己的數字簽名進行確認 328
13.7.3 場景2:通過自己完全信任的人的數字簽名進行確認 329
13.7.4 場景3:通過自己有限信任的多個人的數字簽名進行確認 330
13.7.5 公鑰閤法性與所有者信任是不同的 331
13.7.6 所有者信任級彆是因人而異的 331
13.8 本章小結 333
13.9 小測驗的答案 333
第14章 SSL/TLS——為瞭更安全的通信 335
14.1 本章學習的內容 336
14.2 什麼是SSL/TLS 336
14.2.1 Alice在Bob書店買書 336
14.2.2 客戶端與服務器 337
14.2.3 用SSL/TLS承載HTTP 338
14.2.4 SSL/TLS的工作 339
14.2.5 SSL/TLS也可以保護其他的協議 340
14.2.6 密碼套件 340
14.2.7 SSL與TLS的區彆 341
14.3 使用SSL/TLS進行通信 341
14.3.1 層次化的協議 341
14.3.2 1 TLS記錄協議 343
14.3.3 2-1 握手協議 344
14.3.4 2-2 密碼規格變更協議 350
14.3.5 2-3 警告協議 351
14.3.6 2-4 應用數據協議 351
14.3.7 主密碼 351
14.3.8 TLS中使用的密碼技術小結 353
14.4 對SSL/TLS的攻擊 353
14.4.1 對各個密碼技術的攻擊 353
14.4.2 OpenSSL的心髒齣血漏洞 353
14.4.3 SSL 3.0的漏洞與POODLE攻擊 354
14.4.4 FREAK攻擊與密碼産品齣口管製 354
14.4.5 對僞隨機數生成器的攻擊 355
14.4.6 利用證書的時間差進行攻擊 355
14.5 SSL/TLS用戶的注意事項 356
14.5.1 不要誤解證書的含義 356
14.5.2 密碼通信之前的數據是不受保護的 356
14.5.3 密碼通信之後的數據是不受保護的 356
14.6 本章小結 357
14.7 小測驗的答案 357
第15章 密碼技術與現實社會——我們生活在不完美的安全中 359
15.1 本章學習的內容 360
15.2 密碼技術小結 360
15.2.1 密碼學傢的工具箱 360
15.2.2 密碼與認證 362
15.2.3 密碼技術的框架化 362
15.2.4 密碼技術與壓縮技術 362
15.3 虛擬貨幣——比特幣 365
15.3.1 什麼是比特幣 365
15.3.2 P2P網絡 366
15.3.3 地址 366
15.3.4 錢包 367
15.3.5 區塊鏈 367
15.3.6 區塊的添加 368
15.3.7 交易 369
15.3.8 挖礦 369
15.3.9 確認 370
15.3.10 匿名性 371
15.3.11 信任的意義 371
15.3.12 比特幣小結 372
15.4 追尋完美的密碼技術 372
15.4.1 量子密碼 373
15.4.2 量子計算機 374
15.4.3 哪一種技術會率先進入實用領域 374
15.5 隻有完美的密碼,沒有完美的人 375
15.5.1 理論是完美的,現實是殘酷的 375
15.5.2 防禦必須天衣無縫,攻擊隻需突破一點 375
15.5.3 攻擊實例1:經過PGP加密的電子郵件 376
15.5.4 攻擊實例2:用SSL/TLS加密的信用卡號 377
15.6 本章小結 379
附錄 橢圓麯綫密碼
密碼技術綜閤測驗 381
附錄A 橢圓麯綫密碼 382
附錄B 密碼技術綜閤測驗 392
參考文獻 401
前言/序言
《圖解密碼技術 第3版》是一本麵嚮廣大技術愛好者、開發人員、學生乃至對信息安全感興趣的普通讀者的技術書籍。本書旨在以直觀易懂的圖解方式,深入淺齣地剖析密碼學的核心概念、基本原理以及在現代信息社會中的實際應用。全書力求在保持嚴謹性的同時,降低學習門檻,讓讀者能夠清晰地理解那些往往被認為是枯燥晦澀的密碼學知識。 本書的創作初衷源於作者觀察到,盡管密碼技術在保護我們數字生活方麵扮演著至關重要的角色,但其內在的復雜性常常讓非專業人士望而卻步。市麵上許多關於密碼學的書籍要麼過於理論化,充斥著大量的數學公式和抽象概念,要麼過於偏重實際應用,而忽略瞭基礎原理的講解。因此,《圖解密碼技術 第3版》試圖搭建一座橋梁,連接理論與實踐,用生動的圖示和清晰的邏輯,將密碼學世界的奧秘呈現在讀者麵前。 本書內容概述(請注意:以下內容是對本書可能涵蓋主題的推測,並非實際書本內容): 第一部分:密碼學基礎與古典密碼 在深入現代密碼學之前,本書會從最基本的概念入手,帶領讀者迴顧密碼學的曆史演變。 什麼是密碼學? 這一章節將定義密碼學及其分支——密碼編碼學(Cryptography)和密碼分析學(Cryptanalysis)。我們將探討密碼學在古代軍事、外交和商業活動中的應用,以及其在信息時代扮演的核心角色:機密性(Confidentiality)、完整性(Integrity)、認證性(Authentication)和不可否認性(Non-repudiation)。 古典密碼介紹: 為瞭理解現代密碼學的進步,本書會先介紹幾種經典的密碼體製。 替換密碼: 如凱撒密碼(Caesar Cipher)和單錶替換密碼(Monoalphabetic Substitution Cipher),通過圖示演示字母之間的映射關係,以及頻率分析等簡單的破解方法。 置換密碼: 如柵欄密碼(Rail Fence Cipher)和轉置密碼(Transposition Cipher),展示如何通過改變明文字母的順序來加密,並通過可視化的網格或錶格來展示其工作原理。 一次性密碼本(One-Time Pad): 雖然簡單,但它卻是理論上唯一無法破解的加密方式。本書將解釋其工作原理,並討論其實際應用中的挑戰(如密鑰的分發和管理)。 密碼學中的基本術語: 明文(Plaintext)、密文(Ciphertext)、加密(Encryption)、解密(Decryption)、密鑰(Key)、算法(Algorithm)等基本概念將通過生動的圖例進行解釋,確保讀者對後續內容有紮實的基礎。 第二部分:對稱加密技術 對稱加密是密碼學中最古老也是最廣泛使用的一類加密技術。本書將詳細剖析其原理和常見算法。 對稱加密的原理: 核心思想是加密和解密使用同一把密鑰。本書將通過流程圖和示意圖,清晰地展示對稱加密的工作流程:明文 + 密鑰 + 加密算法 → 密文;密文 + 同一把密鑰 + 解密算法 → 明文。 分組密碼(Block Ciphers): 數據加密標準(DES)及其演進(3DES): 即使DES已被認為不安全,但理解其結構(如Feistel結構)對於理解更先進的算法至關重要。本書將圖解DES的輪函數(Round Function)和密鑰擴展過程,並介紹3DES如何通過重復使用DES三次來增強安全性。 高級加密標準(AES): 作為當前最主流的對稱加密算法,AES的安全性、效率和廣泛應用使其成為重點講解對象。本書將深入圖解AES的各個階段:字節代替(SubBytes)、行位移(ShiftRows)、列混閤(MixColumns)和輪密鑰加(AddRoundKey)。每個步驟都會配以清晰的矩陣操作圖和變換示意圖,讓讀者直觀理解AES是如何進行加密的。 流密碼(Stream Ciphers): 工作原理: 與分組密碼不同,流密碼將明文逐位或逐字節進行加密,通常通過將明文與一個僞隨機生成的密鑰流進行異或(XOR)操作。本書將通過動畫式的流程圖來演示密鑰流的生成過程和與明文的結閤。 RC4算法(盡管已不推薦使用,但作為教學示例): 介紹其密鑰調度算法(KSA)和僞隨機生成器(PRGA),展示其工作流程。 對稱加密的應用場景: TLS/SSL(早期會話密鑰協商)、文件加密、數據庫加密、Wi-Fi安全(WEP/WPA,盡管WEP已被破解,但可以作為安全演進的例子)等。 第三部分:非對稱加密技術(公鑰密碼學) 非對稱加密引入瞭公鑰和私鑰的概念,極大地拓展瞭密碼學的應用範圍。 非對稱加密的原理: 核心在於使用一對密鑰:公鑰用於加密,私鑰用於解密;反之,私鑰用於簽名,公鑰用於驗證簽名。本書將用形象的比喻(如帶鎖的郵箱)來解釋公鑰和私鑰的對應關係,並展示其基本工作流程。 重要的非對稱加密算法: RSA算法: 作為最著名和最早廣泛應用的非對稱加密算法之一,RSA的原理將是重點。本書將圖解其基於大數因子分解難題的數學基礎,並詳細展示密鑰生成、加密和解密的過程。我們會用簡化的數學例子,輔以流程圖,逐步揭示其運作機製。 橢圓麯綫密碼學(ECC): 相比RSA,ECC在相同的安全級彆下,密鑰長度更短,計算效率更高,在移動設備和物聯網領域應用廣泛。本書將以圖解的方式,而非深究其復雜的群論基礎,來展示橢圓麯綫上的點加法和點乘運算,並解釋其如何用於生成密鑰對和進行加密。 非對稱加密的應用場景: 公鑰基礎設施(PKI): 介紹數字證書、證書頒發機構(CA)、信任鏈等概念,以及它們如何協同工作來驗證身份和分發公鑰。 數字簽名(Digital Signatures): 圖解數字簽名的生成和驗證過程,強調其在保證數據完整性和身份認證方麵的作用。 密鑰交換(Key Exchange): 如Diffie-Hellman密鑰交換算法,用於在不安全的通信通道上安全地協商齣對稱加密密鑰。本書將用圖示展示其如何利用數學難題來實現密鑰的匿名共享。 第四部分:密碼學哈希函數與消息認證碼 哈希函數和消息認證碼是保障數據完整性和認證性的重要工具。 密碼學哈希函數: 基本概念: 介紹哈希函數的特性:單嚮性(One-way)、雪崩效應(Avalanche Effect)、抗碰撞性(Collision Resistance)。本書將用“信息指紋”的比喻來解釋哈希函數的功能。 MD5(盡管已不安全,作為曆史和原理講解): 圖解其分組處理、迭代過程和最終的哈希值生成。 SHA係列(SHA-1,SHA-256,SHA-3): 重點介紹SHA-256和SHA-3的工作原理,通過流程圖展示其內部迭代結構和壓縮函數的設計。 應用: 文件校驗、密碼存儲(加鹽哈希)、數字簽名、區塊鏈等。 消息認證碼(MAC): 目的: 在哈希函數的基礎上,增加一個密鑰,以確保消息的來源是可信的,並且消息在傳輸過程中沒有被篡改。 HMAC(基於哈希的消息認證碼): 圖解HMAC的工作原理,展示如何結閤密鑰和哈希函數來生成MAC。 CMAC(基於對稱加密的消息認證碼): 介紹使用分組密碼來生成MAC的方法。 應用: 確保通信數據的完整性和真實性。 第五部分:現代密碼學應用與前沿 本書的最後部分將探討密碼學在當今信息安全中的實際應用,以及一些新興和前沿的研究方嚮。 TLS/SSL(HTTPS): 詳細解析TLS握手過程,圖解如何結閤對稱加密、非對稱加密和數字證書來建立一個安全的網絡通信通道。 PGP/GPG: 介紹端到端加密電子郵件的實現方式,包括公鑰加密、數字簽名等。 密碼學在區塊鏈中的應用: 解釋哈希函數、數字簽名在比特幣等加密貨幣中的作用,以及如何保證交易的安全性和不可篡改性。 多方安全計算(MPC): 介紹如何在不泄露各自隱私數據的情況下,多個參與方共同計算一個函數。 同態加密(Homomorphic Encryption): 解釋如何在密文上進行計算,而無需解密。 後量子密碼學(Post-Quantum Cryptography): 探討現有密碼學在麵對量子計算機時的潛在威脅,以及正在研究的抗量子算法。 法律與倫理考量: 簡要提及密碼學在法律上的應用(如加密證據),以及相關的隱私保護和數據安全法規。 本書的特色: 圖文並茂: 每一章節都配有大量精心設計的插圖、流程圖、示意圖,將復雜的概念轉化為直觀的視覺信息。 循序漸進: 從最基礎的術語和古典密碼開始,逐步深入到現代復雜的加密算法和協議,適閤不同層次的讀者。 理論與實踐結閤: 不僅講解原理,還結閤實際應用場景,讓讀者理解密碼技術為何如此重要。 語言通俗易懂: 避免使用過於專業和晦澀的數學術語,力求用最清晰、最直接的語言來闡述概念。 全麵而深入: 涵蓋瞭密碼學中最核心和最常用的技術,同時對一些前沿領域進行瞭展望。 《圖解密碼技術 第3版》不僅僅是一本關於算法和數學的書,它更是一次關於信息安全的啓濛之旅。通過閱讀本書,讀者將能夠: 建立紮實的密碼學理論基礎: 理解各種加密、解密、簽名、驗證的原理。 識彆和評估常見的安全威脅: 瞭解密碼技術如何抵禦這些威脅。 更自信地理解和應用現代安全協議: 例如HTTPS、VPN等。 為進一步學習更深入的密碼學知識打下堅實的基礎。 本書的目標是讓每一位讀者在閤上書本時,都能對守護我們數字世界的密碼技術有一個清晰、深刻的認識,並感受到其中的智慧與魅力。