日期：2020/9/9 14:10:33　

密码学，就是研究如何将一个内容（可以是字符串、文件、二进制流）通过一系列算法转换成另一种内容的学科。从广义上来看，有一个算法可以将字符串转换成另一个字符串即可，即该算法可逆不可逆都可以；从狭义上来看，该算法可以加密但同时需要解密。

 

不管你有没有专门学过密码学，我敢保证，你一定无时无刻不在接触它。举个例子，你开发的应用程序基本都会包含注册登录功能，而注册登录一般都会有“密码”字段，你将“密码”存入数据库时，都会调用加密算法；再比如，为了保证接口的安全性，你可能会提供“Token”字段，后台通过校验“Token”的合法性来判断当前接口请求者是否合法，这里的“Token”往往也会采用加密算法来生成。

 

如果你没有学过密码学，上述这些例子你只是在应用阶段，知道怎么调用前人已封装好的算法来加密你的数据。你可能会想，我知道一般的加密算法，我也知道怎么使用它，无需了解其底层原理，也不会影响我的应用安全，我也能保证应用安全。可事实真的是如此吗？

 

这里我不妨给你做个假设。假设你不懂密码学，你只知道怎么使用加密算法来加密你的数据，会出现什么事呢？在某一天，因为某种原因，你存储在服务器的加密密钥被泄露了，黑客又知道你的系统是使用的何种加密算法，而加密算法一般是公开的，这时你的加密数据在黑客面前就变得透明；但如果你知道这些加密算法的底层原理，你就可以针对公开的加密算法来做微调，变成了你自己的加密算法，即使黑客知道你用的是何种加密算法，也无法在短时间内破解。

 

当然，上述例子可能会比较极端，但也不是没有可能。学好密码学，更重要的一点是更有助于你的职业发展。比如，你的老板让你开发一款安全级别要求很高的系统，需要你提供一套完整的加密方案，如果你不懂密码学，你就不知道怎么规划加密算法。我在这里提到的学习密码学，并不是说你能够自己设计一套加密算法，你只需要了解现有的常用加密算法的底层实现原理就够了。

 

提到密码学，你可能首先会想到DES、AES、RSA等这些加密算法。没错，它们都属于密码学要学习的范畴。密码学是一个很宽泛的概念，要精通密码学需要很深厚的数学功底，本文也不会教你怎么实现自己的加密算法，但是会带你研究已公开的加密算法。

 

加密算法那按照年代可以分为古典密码和现代密码，按照密钥的对称方式可对称加密和非对称加密。当然，还有一些算法从狭义上来讲不属于加密算法，但是可以将其归为密码学的范畴，比如MD5、SHA1、Base64等。

 

本文我会带你了解古典密码学和Base64的算法原理。

 

古典密码学

密码学的出现最初是应用于军事上，如果你看过古装电视剧应该知道，在古代，人们传信一般通过飞鸽传书、鸿雁传书等方式。普通老百姓用明文来传递倒也没什么，如果在战争中，友军之间用明文来传书，中途被敌人拦截下来，后果将非常严重，很有可能就把本方的军事部署给泄露了。于是，人们想到了通过一些手段，将明文的内容转成密文，并在全军中通告解密方法。这样一来，即使敌人截获了情报，也无法获取有效的内容，这就是古典密码。

 

古典密码不像现在的密码，运用了各种数学原理，它的算法也都比较简单，但也分了很多种。接下来，我将带你了解一些比较著名的古典密码。

 

凯撒密码

在古罗马，有一位非常著名的帝王--凯撒大帝。相传，凯撒大帝为了保护本方重要的军事信息，发明了一种加密方法，用于在军队之间传信，后人称其为凯撒密码。

 

凯撒密码的算法非常简单，其基本方法为：将字母表A-Z和a-z按顺序排列，设定一个偏移值，比如设置为3，那么加密时对应位的字母依次向后偏移3位，比如字母A,偏移后的密文就是D，大小写要区分，如果为a，则偏移后为d。解密时，密文依次向前偏移3位即可。（注：如果向后偏移值超出后，又继续从第一个字母开始）

 

凯撒密码只会加解密字母，遇到其他字符，则会明文输出。

 

思考：请用凯撒密码加密字符串：4fEdw2F（偏移值：5）。

 

栅栏密码

栅栏密码，就是将明文分为N行（这里的N不固定），然后将字母在N行间交替输出，最后，将每行字母按顺序排列出来，就是密文。我描述的可能比较抽象，下面，我通过有一个实际的例子带你了解栅栏密码。

 

比如有一段文本：I Love You。我们分为两行（这里的N=2）如下：

 

I o e o

L v Y u

 

最后连成一行形成密文：IoeoLvYu。

 

解密时，将密文分为两行：

 

I o e o

L v Y u

 

最后上下交替输出，还原出明文：I Love You。

 

思考：请用栅栏密码加密字符串：The Dog is Cute。（N=3）

 

维吉尼亚密码

维吉尼亚密码由凯撒密码组成密码字母表，加解密时通过查询密码字母表得出明文和密文的映射关系。下图就是一种维吉尼亚密码字母表。

 

 

其中，我们设定列代表明文，行代表密钥。

 

比如我们要加密字符串：YOUAREMYLOVE，密钥为ABCDE。明文为12个字符，密钥只有5个字符，因此需要将密钥补齐12位，补齐后的密钥为：ABCDEABCDEAB。从第一个字母Y开始，它对应的密钥为A，我们从密码字母表中找到A行Y列对应的字母为Y，第二个字母为O，密钥为B，找到B行O列的字母为P，依次类推，最终得到的密文为：BPWDVENAOSVF。

 

思考：请用维吉尼亚密码加密字符串：ILIKE（密钥为：YO）。

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