区块链行业技术引卷之十一：密码学初探，隐藏信息的艺术

研究源于数据 研究挖掘机会 研究呈现价值1 [Table_Summary]密码学初探：隐藏信息的艺术 ——区块链技术引卷之十一 通证通研究院 区块链研究报告 专题报告宏观研究2019.07.17 通证通 x FENBUSHI DIGITAL 分析师：宋双杰，CFA Email:master117@bqbase.org 分析师：孙含儒Email: sunhanru@bqbase.org 特别顾问沈波Rin 更多研究请关注通证通公众号获取通证通研究院 FENBUSHI DIGITAL 请务必阅读最后特别声明与免责条款导读：密码学（Cryptography），是一门将信息进行加密处理与传递，以及分析加密信息的学科。根据以 RSA 为代表的公钥加密体系的出现，可以将密码学的发展过程分为古典密码学与现代密码学两部分。古典密码学以“置换法”与“替换法”为基础，多应用于军事与情报领域；现代密码学则建立在数学、计算机与通信科学的基础上，除了加密信息之外，数字签名、数据完整性、身份认证等也是现代密码学的研究课题。 摘要： 置换法依照一定的规则，改变原始信息中的字母排列顺序；替换法将原始信息中的字母按照一定的规则替换成其他字母。置换法与替换法的安全性较差，古阿拉伯的学者们开创了破译加密信息的科学——密码分析学，通过频率分析的方法破解替换式加密法。在长达一千多年的时间里，古典密码学以置换法与替换法为基础不断演进。以维吉尼亚密码为代表的多字母表替换式加密法轮流使用多个不同的替换式密码表，依次对明文中的字母进行加密。第二次世界大战时德军使用的“恩尼格玛”是一种基于复杂的多表替换加密原理的机械式密码机，但最终由于自身加密算法的缺陷，被图灵设计的“炸弹”攻克。 置换式与替换式加密法的弱点在于没能完全消除密文中有关明文的某些特征，保留了明文中的某些信息。奥古斯特·柯克霍夫在 19世纪提出的柯克霍夫原则（Kerckhoff's Principle）概括性地总结了加密算法应遵循的设计原则：即使加密系统的各个环节都是公开知识（Public knowledge），只要密钥未被泄漏，加密系统都应该是安全的。加密算法的安全性问题本质在于：如何降低攻击者在了解加密算法，并拥有足够长的密文片段的前提下，猜测出正确密钥的可能性？1948 年，香农创立了信息论，并在次年的一篇论文中从数学的角度讨论了加密系统，人们开始从科学的角度探究密码学的奥秘。风险提示： 通证通研究院 x FENBUSHI DIGITAL 专题报告 研究源于数据 研究挖掘机会 研究呈现价值 2 目录 1 古典密码学：秘密与情报的交织 ................................................................................................... 4 1.1 隐匿法 ................................................................................................................................................... 4 1.2 加密法 ................................................................................................................................................... 4 1.3 持续千年的智力竞赛：加密与解密 ................................................................................................... 5 1.4 古典密码学的圣杯 ............................................................................................................................... 8 1.5 攻克“恩尼格玛” ................................................................................................................................... 9 通证通研究院 x FENBUSHI DIGITAL 专题报告 研究源于数据 研究挖掘机会 研究呈现价值 3 图表目录 图表 1： 贝平顿与玛丽女王使用的替换式密码表 ................................................................................................... 6 图表 2： 恩尼格玛的编码器（转子）结构示意 ....................................................................................................... 9 图表 3： 恩尼格玛加密原理示意 ............................................................................................................................... 9 图表 4： “炸弹”操作员 ............................................................................................................................................. 12 通证通研究院 x FENBUSHI DIGITAL 专题报告 研究源于数据 研究挖掘机会 研究呈现价值 4 密码学（Cryptography），是一门将信息进行加密处理与传递，以及分析加密信息的学科。“密码学”一词的词源来自古希腊语“隐藏”（Kryptós）和“书写”（Graphein），意为“秘密书写”，其历史几乎与人类有文字记载的文明一样悠久。古希伯来学者在公元前六世纪左右就掌握了“单字母表替换式加密法”，在之后的两千五百多年里，古典密码学在替换式加密法的基础之上不断发展演进。古典密码学多应用于军事与情报领域