加解密简述
Index
本文面向对密码学感兴趣的初学者，旨在通过简单示例介绍加解密的基本概念。
加密是将数据处理为不易被外人理解的密文，以实现保密。没加密的数据叫明文，加密后的数据叫密文。
解密，就是把密文变成明文。
对称加密
对称加密是最古老的密码学方案，简单说，就是用加解密用可逆的方法。
例如，Alice给Bob发一条消息“我们的最低价是1元”，为了不让商业对手了解，Alice将这条消息用如下方式加密：每个字的UTF8编码+3。(相关JavaScript代码参这里)
- “我们的最低价是1元”对应的UTF8（明文）:
[25105, 20204, 30340, 26368, 20302, 20215, 26159, 49, 20803]
- 给每个值都加上3得到新的数组（密文）:
[25108, 20207, 30343, 26371, 20305, 20218, 26162, 52, 20806]
对应的汉字是消息是“戔仯皇會佑仺昲4兆”，即使被竞争对手截获了消息，也获取不了有用信息。Alice在收到消息后，每个编码减3就能得到消息明文了。上述加 3 的加密方式仅为教学示例，实际对称加密算法如 AES 或 DES 使用复杂的数学运算，安全性远高于简单的编码偏移。
sequenceDiagram
participant Alice
participant Bob
autonumber
Alice->>Alice: Encrypt: UTF8 + 3
Plaintext: 我们的最低价是1元
UTF8: [25105, 20204, ..., 20803]
Ciphertext: [25108, 20207, ..., 20806]
戔仯皇會佑仺昲4兆
Alice->>Bob: Send Encrypted Message
戔仯皇會佑仺昲4兆
Bob->>Bob: Decrypt: UTF8 - 3
Ciphertext: [25108, 20207, ..., 20806]
Plaintext: [25105, 20204, ..., 20803]
我们的最低价是1元
Bob->>Bob: Obtain Plaintext
我们的最低价是1元
对称加密虽然能用，但还是差点意思：
- 密钥分发。在不安全的信道中，密钥如何安全传递给对方也是一个挑战。密钥需要在安全信道中传输，否则可能被拦截。
- 密钥管理。当参与方数量增加时，密钥数量会显著增加，管理成本上升。
于是，后来诞生了非对称加密。非对称加密解决了对称加密的密钥分发难题，广泛应用于网络安全领域，例如 HTTPS 网站使用的 SSL/TLS 协议、数字签名以及比特币等区块链技术。
非对称加密
对称加密系统里，加解密都使用同一个密钥。非对称加密，加解密使用不同的密钥，收发信息双方，各自都有自己的一对密钥，公钥和私钥。为什么需要这么多密钥？因为在非对称加密系统里，加密和解密需要使用不同的密钥。使用私钥加密，则使用公钥解密，反之亦然。为什么可以做到这点，需要更深入的密码学知识（如大整数分解或离散对数问题），将来可能会专门写一篇，这里暂时不谈。
密钥对里，私钥只有自己知道，不能公开给别人，公钥则需公开。在有的实现方案里，公钥可以由私钥计算出来。
同样的例子，Alice给Bob发一条消息“我们的最低价是1元”。假设他们的密钥分别是
| |
Public Key |
Private Key |
| Alice |
aPublicKey |
aPrivateKey |
| Bob |
bPublicKey |
bPrivateKey |
信息的处理和传递过程是：
- Alice用自己的私钥aPrivateKey对消息加密。
- Bob收到消息后，用Alice的公钥aPublicKey解密，并获取信息。
sequenceDiagram
participant Alice
participant Bob
autonumber
Alice->>Alice: Encrypt with aPrivateKey
Alice->>Bob: Send Encrypted Message
Bob->>Bob: Decrypt with aPublicKey
Bob->>Bob: Obtain Plaintext
还可以这样：
- Alice用Bob的公钥bPublicKey对消息加密。
- Bob收到消息后，用自己的私钥bPrivateKey解密，并获取信息。
sequenceDiagram
participant Alice
participant Bob
%% Alice to Bob: Public Key Encryption
autonumber
Alice->>Alice: Encrypt with bPublicKey
Alice->>Bob: Send Encrypted Message
Bob->>Bob: Decrypt with bPrivateKey
Bob->>Bob: Obtain Plaintext
如果Bob要将消息发给Alice，过程也是类似的：
- Bob用自己的私钥bPrivateKey对消息加密。
- Alice收到消息后，用Bob的公钥bPublicKey解密，并获取信息。
sequenceDiagram
participant Alice
participant Bob
%% Bob to Alice: Private Key Encryption
autonumber
Bob->>Bob: Encrypt with bPrivateKey
Bob->>Alice: Send Encrypted Message
Alice->>Alice: Decrypt with bPublicKey
Alice->>Alice: Obtain Plaintext
还可以这样：
- Bob用Alice的公钥aPublicKey对消息加密。
- Alice收到消息后，用自己的私钥aPrivateKey解密，并获取信息。
sequenceDiagram
participant Alice
participant Bob
%% Bob to Alice: Public Key Encryption
autonumber
Bob->>Bob: Encrypt with aPublicKey
Bob->>Alice: Send Encrypted Message
Alice->>Alice: Decrypt with aPrivateKey
Alice->>Alice: Obtain Plaintext
非对称加密是数字签名的技术基础。数字签名利用非对称加密技术，确保消息的完整性和发送者的身份可信。
在实际应用中，对称加密和非对称加密常结合使用。例如，HTTPS 协议利用非对称加密安全协商一个临时的对称密钥，再用对称加密进行高效的数据传输。