Cryptography: Crash Course Computer Science #33

CrashCourse

25 Oct 201712:33

Summary

TLDR本视频深入探讨了计算机安全中的关键技术——密码学。密码学，源自“秘密写作”，通过算法将明文转换为密文，只有持有密钥者才能解密。历史上，凯撒大帝使用凯撒密码加密通信，而现代密码学则更为复杂，涉及多种加密和解密技术。视频中介绍了替换密码和排列密码，以及德国Enigma密码机的工作原理。随着计算机的出现，密码学从硬件转向软件，如数据加密标准（DES）和高级加密标准（AES）。此外，介绍了密钥交换算法，如Diffie-Hellman，以及非对称加密技术，如RSA，它们允许在不安全的通道上安全地共享密钥。视频强调了密码学在我们日常生活中的应用，如在线购物、电子邮件和网页浏览，确保了信息的安全和隐私。

Takeaways

🛡️ 没有完美的计算机系统，系统架构师采用多层安全机制的深度防御策略来挫败攻击者。
🔐 加密术（Cryptography）源于“crypto”和“graphy”，意为“秘密写作”，通过算法将明文转换为只有持有密钥才能解密的密文。
📜 凯撒密码是一种替换密码，通过固定位数替换字母来加密信息，但存在频率分析的弱点。
🧩 排列密码（如列置换密码）通过改变字母的顺序来加密信息，其加密和解密过程依赖于特定的排列顺序和网格大小。
🤝 德国的恩尼格玛机（Enigma）使用可配置的转子和反射器，通过复杂的电路实现了高级的替换密码。
🔄 恩尼格玛机的加密弱点之一是同一键不能加密成它自己，这最终导致了其被破解。
💻 随着计算机的出现，加密技术从硬件转向了软件，如数据加密标准（DES）和高级加密标准（AES）。
🔑 AES使用更大尺寸的密钥（128, 192或256位），使得暴力破解变得极其困难。
⚖️ AES在性能和安全性之间取得平衡，适用于实际的加密需求，广泛应用于各种加密场景。
🔗 互联网时代需要一种方法，使得服务器能够在公共互联网上安全地向用户发送秘密密钥，这通过密钥交换算法实现。
🎨 通过单向函数，如Diffie-Hellman密钥交换，可以在不直接发送密钥的情况下，让双方安全地协商出一个共享密钥。
🔗 对称加密和非对称加密是现代加密技术的两大支柱，它们共同保护着我们的在线通信安全。

Q & A

什么是防御深度策略？
-防御深度策略是一种使用多层不同安全机制来挫败攻击者的策略。它类似于城堡的设计，需要通过多个障碍才能到达核心区域，如躲避弓箭手、越过护城河、攀登城墙等。
什么是密码学？
-密码学是一种通过密码算法将明文转换成密文的技术，密文在没有密钥的情况下看起来像乱码。密码学包括加密和解密两个过程，其中加密是将文本变密，解密则是相反的过程。
凯撒密码是如何工作的？
-凯撒密码是一种替换密码，通过将消息中的字母向前或向后移动固定数目的位置来加密。例如，凯撒将字母移动三位，所以'A'变成了'D'，'brutus'变成了'euxwxv'。
为什么基本的替换密码容易被破解？
-基本的替换密码容易被破解是因为它们保留了字母频率。例如，英语中'E'是最常用的字母，如果'E'被替换成'X'，那么'X'将出现在密文中的频率最高，这为密码分析者提供了破解线索。
列置换密码是如何工作的？
-列置换密码通过将消息填入一个表格，然后按照不同的顺序读取列中的字符来加密消息。例如，可以选择5x5的表格，按照从下往上、从左到右的顺序读取字符，形成新的字母顺序，这个顺序就是加密后的消息。
德国的恩尼格玛密码机是如何工作的？
-恩尼格玛密码机是一种带有键盘和显示板的机械式密码机，键盘和显示板上都显示了完整的字母表。机器上方有一系列可配置的转子，这些转子通过交叉连接的电线实现字母的替换。恩尼格玛密码机的复杂之处在于它使用了多个转子，每个转子都可以旋转到26个可能的起始位置，并且可以以不同的顺序插入，从而提供多种替换映射。
什么是数据加密标准（DES）？
-数据加密标准（DES）是由IBM和NSA在1977年开发的一个加密标准。DES最初使用的是56位长的二进制密钥，这意味着有大约72千万亿种不同的密钥组合。
高级加密标准（AES）为什么比DES更安全？
-高级加密标准（AES）使用更大尺寸的密钥——128、192或256位，这使得暴力破解攻击变得极其困难。例如，对于128位的密钥，即使使用地球上所有的计算机，也需要数万亿年才能尝试完所有组合。
什么是Diffie-Hellman密钥交换？
-Diffie-Hellman密钥交换是一种算法，它允许两台计算机在从未发送密钥的情况下达成一致的密钥。它使用单向函数——在某个方向上非常容易执行，但在相反方向上却很难逆转的数学操作。
什么是公钥和私钥？
-公钥和私钥是不对称加密中的两个不同的密钥。公钥可以公开，用于加密消息，只有对应的私钥持有者才能解密。私钥是保密的，用于解密公钥加密的消息或使用私钥加密消息，公钥可以解密，这用于数字签名。
RSA加密是如何工作的？
-RSA加密是一种基于大整数分解困难性的非对称加密技术。它使用两个不同的密钥：一个公钥用于加密数据，一个私钥用于解密。RSA加密的安全性依赖于大整数分解的难度，目前它是最流行的非对称加密技术之一。
为什么需要密码学来保护在线通信？
-密码学用于保护在线通信，确保数据传输的安全性、私密性和完整性。通过使用对称加密、密钥交换和公钥密码学，可以防止未授权访问、篡改和伪造数据，从而保护用户的敏感信息。