现代密码学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电

作者:何大可

出品人:

页数:203

译者:

出版时间:2009-9

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787115211576

丛书系列:

图书标签:

• 教材
• 密码学
• 现代密码学
• 信息安全
• 网络安全
• 加密算法
• 公钥密码学
• 对称密码学
• 哈希函数
• 数字签名
• 安全协议

《二进制的艺术：从古老编码到量子时代的数字安全》 序章：代码的秘密与文明的基石 在人类文明的长河中，信息如同血液般流淌，其安全与秘密的守护，是文明得以延续和发展的关键。从古埃及象形文字中隐藏的政治密谋，到二战时期德国的恩尼格玛密码机，再到如今互联网上每一次交易、每一次通信的背后，都缠绕着“密码”的蛛丝马迹。密码学，这门看似神秘的学科，实则深深植根于数学、逻辑与信息论的土壤，它不仅是数字时代安全的守护者，更是构建信任、维护隐私的基石。 本书《二进制的艺术：从古老编码到量子时代的数字安全》并非一本技术性的学术论文集，也不是一本充斥着复杂公式的枯燥教程。它旨在为所有对数字世界的好奇者、对信息安全心存疑虑的普通读者，以及希望深入理解现代科技背后逻辑的求知者，揭开密码学的神秘面纱，展现其引人入胜的魅力与深远影响。我们将一起踏上一段穿越时空的旅程，从最原始的秘密书写方法开始，一步步探寻到足以抵御未来量子攻击的尖端技术，领略信息安全领域波澜壮阔的发展史诗。 第一章：古老的低语：符号、替换与置换的智慧 在文字出现之前，人类便已懂得通过符号传递信息。当文字成为普遍的交流工具后，对信息保密的需求也随之产生。本章将带领读者回到历史的起点，探索那些古老而精妙的编码艺术。我们将认识斯巴达人著名的“西奇勒斯”（Scytale）——一种基于圆筒的简单置换密码，它的有效性依赖于对关键尺寸的共享。接着，我们将深入了解古罗马凯撒大帝为传递军事情报而发明的“凯撒密码”（Caesar Cipher），一个简单的字母移位，却在当时具有了非凡的意义。 历史的车轮滚滚向前，单次的替换很快被破解。人们开始尝试更复杂的替换方式，例如在文艺复兴时期大放异彩的“维吉尼亚密码”（Vigenère Cipher）。它引入了密钥的概念，通过多层字母替换，极大地提高了密码的安全性，一度被誉为“不可破解的密码”。我们将拆解维吉尼亚密码的运作原理，理解密钥长度和密钥选择对密码强度的影响。 然而，仅仅替换字母仍不足以应对日益增长的破解能力。于是，“置换”——改变字母顺序——的概念应运而生。本章将介绍一些基础的置换密码，例如“栅栏密码”（Transposition Cipher），通过将明文按预设的行数或列数排列，再按特定顺序读取，达到隐藏信息的目的。这些早期密码虽然在今天看来十分简单，但它们奠定了现代密码学中的两个基本支柱：替换和置换，它们至今仍是许多复杂加密算法的核心组成部分。我们将通过生动的故事和浅显的例子，体会古人如何在有限的工具和理论下，展现出令人惊叹的智慧。 第二章：数学的殿堂：数论与代数在密码学中的应用 当统计学和概率论的出现，为密码分析提供了新的利器，简单的替换和置换密码迅速暴露了其脆弱性。破解者可以利用字母频率分析等方法，轻松地揭示隐藏的信息。正是在这样的背景下，数学，尤其是数论和代数，成为了密码学发展的强大驱动力。本章将深入探讨数学原理如何被巧妙地应用于构建更安全的加密系统。 我们将从最基础的数论概念入手，例如“同余”（Congruence）和“模运算”（Modular Arithmetic）。你会发现，这些看似抽象的数学工具，是如何为加密算法提供一个有限但丰富的操作空间，使得密文在数值层面具有不可预测的特性。我们将介绍“欧几里得算法”（Euclidean Algorithm）在寻找最大公约数上的应用，并引申到“模逆元”（Modular Inverse）的概念，这是许多现代对称加密算法（如RSA的早期原型）的关键。 接着，我们将迎来密码学史上里程碑式的突破——“公钥密码学”（Public-Key Cryptography）。本章将重点介绍其核心算法的数学基础。你将了解“大整数分解”（Integer Factorization）问题的困难性，以及它如何被RSA算法巧妙地转化为加密和解密的密钥。我们将解释模幂运算在RSA中的作用，以及公钥与私钥之间的数学联系。此外，我们还会触及“离散对数”（Discrete Logarithm）问题的难度，并以此引出“迪菲-赫尔曼密钥交换”（Diffie-Hellman Key Exchange）的原理，理解如何在不安全的通信信道上安全地协商出共享密钥。 本章的重点在于揭示这些数学概念是如何提供“陷门”（Trapdoor）功能的——即对持有特定信息（私钥）的人而言，解密过程是高效可行的，而对于没有此信息的人来说，则近乎不可能。我们将通过清晰的逻辑讲解和直观的类比，让读者理解数学的严谨与优美如何转化为数字世界的安全保障。 第三章：信息的守护者：对称与非对称加密的机制 在信息高速流动的数字时代，加密技术扮演着至关重要的角色。本章将聚焦于两种核心的加密范式：对称加密和非对称加密，深入剖析它们各自的工作原理、优缺点以及在实际应用中的场景。 首先，我们将详细介绍“对称加密”（Symmetric Encryption）。它的核心思想是使用同一个密钥进行加密和解密。我们将剖析经典的对称加密算法，例如“数据加密标准”（DES）及其后继者“3DES”，理解其分组密码（Block Cipher）的工作模式，如电子密码本模式（ECB）、密码块链接模式（CBC）等，并讨论这些模式如何影响安全性。随后，我们将重点介绍目前被广泛使用的“高级加密标准”（AES）。你将了解到AES的S盒（S-box）、置换层（Permutation Layer）和混合层（Mixing Layer）是如何协同作用，实现高效且安全的加密。我们将探讨对称加密在数据传输、文件存储等领域的广泛应用，并分析其在密钥管理上的挑战。 紧接着，我们将深入探讨“非对称加密”（Asymmetric Encryption），也称为公钥加密。本章将重点解析RSA算法的完整流程，从密钥生成、公钥加密到私钥解密。我们将阐述其数学原理，并强调公钥与私钥分离的革命性意义。你将明白，为何非对称加密能够解决对称加密中的密钥分发难题，并在数字签名、安全套接字层（SSL/TLS）等场景中发挥不可替代的作用。我们还将介绍其他重要的非对称加密算法，例如“椭圆曲线密码学”（Elliptic Curve Cryptography, ECC），理解其在提供同等安全强度下，密钥长度更短的优势，以及它在移动设备和物联网中的重要性。 在本章的结尾，我们将对两种加密方式进行比较，分析它们的性能、安全性以及适用场景。读者将能清晰地理解，为何在现代通信协议和安全系统中，对称加密与非对称加密常常被结合使用，取长补短，共同构建起坚不可摧的数字防线。 第四章：信任的基石：散列函数、数字签名与证书 仅仅加密信息还不足以完全解决数字世界中的信任问题。如何确保信息的完整性、来源的真实性，以及通信双方的身份，是构建安全数字生态的另一关键。本章将介绍一系列用于验证信息真实性和身份的技术，它们共同构成了数字世界中信任的基石。 我们将从“散列函数”（Hash Function）开始。你将了解到，散列函数是将任意长度的数据映射成固定长度的“散列值”（Hash Value）或“摘要”（Digest）的单向函数。我们将解释其“雪崩效应”（Avalanche Effect）——微小输入变化导致输出巨大差异的特性，以及它在检测数据篡改、密码存储等方面的关键作用。本章将介绍一些主流的散列算法，如MD5（并解释其已被破解的风险）、SHA-1以及更安全的SHA-256和SHA-3系列。 随后，我们将聚焦于“数字签名”（Digital Signature）。它巧妙地结合了散列函数和非对称加密，为信息提供了一种安全、可验证的“指纹”。你将理解，数字签名是如何通过私钥加密明文的散列值来实现的，而接收方则可以通过对应的公钥解密散列值，并与自己计算出的散列值进行比对，从而确认信息的完整性和发送者的身份。我们将分析数字签名的三大特性：身份认证、数据完整性以及不可否认性。 最后，本章将引出“数字证书”（Digital Certificate）的概念。在日益复杂的网络环境中，如何验证公钥的归属，防止“中间人攻击”（Man-in-the-Middle Attack），成为了一个迫切的需求。数字证书，本质上是由受信任的第三方——“证书颁发机构”（Certificate Authority, CA）——对公钥及其相关信息进行签名的文件。我们将解释证书的结构，包括发行者、有效期、公钥信息以及发行者的数字签名。你将理解，当我们访问一个HTTPS网站时，浏览器是如何通过验证网站服务器的数字证书，来确认服务器身份并建立安全连接的。 通过对散列函数、数字签名和数字证书的深入解读，读者将能够全面理解信息在数字世界中如何被保护其真实性和完整性，以及我们如何在缺乏直接物理接触的情况下，建立起对网络信息的信任。 第五章：量子时代的阴影与曙光：后量子密码学的未来 随着计算能力的飞速发展，尤其是量子计算技术的萌芽，现有的许多公钥加密算法面临着被破解的巨大风险。本章将探讨这一潜在的威胁，并介绍应对这一挑战的前沿技术——“后量子密码学”（Post-Quantum Cryptography, PQC）。 我们将首先回顾“肖尔算法”（Shor's Algorithm）等量子算法对现有加密体系（如RSA和ECC）构成的数学威胁。理解为何这些基于大整数分解和离散对数问题的算法，在强大的量子计算机面前将变得不堪一击。这将帮助读者认识到，现有的数字安全体系并非永恒不变，而是需要不断进化的。 随后，我们将转向“后量子密码学”的研究现状和发展方向。本章将介绍几种具有潜力的后量子密码学方案，例如： 基于格的密码学（Lattice-based Cryptography）： 解释其基于格（Lattice）的数学难题，如最差情况（Worst-Case）格问题（如LWE问题），这些问题被认为难以被量子计算机高效解决。我们将探讨其在公钥加密和数字签名方面的应用。 基于编码的密码学（Code-based Cryptography）： 介绍其利用纠错码（Error-Correcting Codes）的解码难题来构建加密系统的原理，例如McEliece密码系统。 基于多变量多项式的密码学（Multivariate Polynomial Cryptography）： 解释其基于解高次多项式方程组的难度，并探讨其在数字签名方面的应用。 基于哈希的签名（Hash-based Signatures）： 介绍其完全依赖于安全的散列函数，不依赖于任何难解的数学问题，具有较好的量子安全性。 我们将讨论后量子密码学研究面临的挑战，包括算法的效率、密钥尺寸、标准化进程以及实际部署的复杂性。本章并非提供具体的后量子算法实现细节，而是旨在让读者理解这一新兴领域的核心思想、面临的挑战以及未来的发展趋势，为迎接量子时代的到来做好思想准备。 结语：数字世界的无声守护者 从古老的字母替换到前沿的量子安全，密码学的发展史是一部不断追求安全与创新的史诗。它不仅是技术专家和研究人员的领域，更与我们每个人的数字生活息息相关。每一次网上购物的安全保障，每一次即时通讯的隐私保护，都离不开密码学这门“二进制的艺术”的默默守护。 《二进制的艺术：从古老编码到量子时代的数字安全》希望通过清晰的逻辑、丰富的案例和深入浅出的讲解，打破密码学的神秘壁垒，让更多人了解信息安全的重要性，理解其背后的科学原理。希望这本书能够激发读者对数字世界的好奇心，培养对信息安全的敏感度，并为未来数字世界的安全发展贡献一份力量。这门科学，将继续以其独特的方式，在数字的海洋中，为我们构筑一道道坚实的防线，守护着信息的自由与安全。

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