XOR:计算机时代的对称密码学:从100美元富兰克林到二进制XOR到AES_EEE

计算机没有出现的时代是古典密码学,计算机出现后是现代密码学。有什么区别呢?

大家回忆下之前所讲的隐藏法、移位替换、维吉尼亚加密、包括二战时期的恩尼格码机,都是英文字母,比如恩尼格码机的26个齿轮槽对应26个英文字母。

计算机读的是0和1,这根芯片基本结构单元二极管相关。那么,计算机出现后,语言学家就退居二线,现在不太需要英文字母了,加密解密的过程全部由计算机完成,而0和1的二进制世界来了。

比特序列开始统治之后,需要找个方法把语言文字变成二进制比特序列,将现实世界的东西映射为比特序列的操作叫做编码,这个编码有个规范叫做ASCII。

以上就是一部分二进制的对照表,网上很容易可以搜到。

超700个网站已通过Fleek部署至DFINITY互联网计算机:8月2日消息,开放式的互联网网站和应用托管初创公司Fleek在为DFINITY互联网计算机推出托管产品的两周内,已经有700多个网站通过Fleek部署到DFINITY互联网计算机。Fleek可在DFINITY互联网计算机上无缝托管静态前端,提供一个可访问的界面,最大限度地减少了创建Canister智能合约和更新内容的复杂性。此前消息,开放式互联网Fleek计划将其支持的超1.1万个以太坊应用和NFT项目迁移至DFINITY。(polkaex)[2021/8/2 1:29:04]

这背后有有趣的东西。ASCII是IEEE的里程碑作品之一。IEEE就很有意思了,全称是:美国电气和电子工程师协会。总部在美国纽约,“拥有来自175个国家42万会员”,1963年就开始发展了。所以现在很多区块链项目动不动说是十万百万粉丝,这个很难的,你看看IEEE的发展就好了,当然啦,你说区块链行业的分布式,以及高明的传播,会加快一切进程,也对,十万会员的技术组织是很难的,十万关注的人是可行的。

已有40万台计算机为将多余计算能力转移至医学和科学研究平台Folding@Home:金色财经报道,2月27日,Folding@Home宣布了一项利用全球计算机网络的计划,旨在为抗击新冠肺炎的药物做出贡献。Folding@Home主管Gregory Bowman透露,在新冠肺炎大流行开始之前,该平台已有大约3万名用户,而目前已有40万台计算机为该项目的研究做出了积极贡献。据悉,Folding@Home是一个将多余的计算能力捐赠转移到医学和科学研究的平台。[2020/3/21]

IEEE最早的里程碑作品是本杰明·富兰克林的成名著作《电力的实验与发现》在1751年的时候发表,富兰克林就是美国一百元钞票上面的头像人物。

电子电气工程、通讯、计算机科学和工程这些学科的先驱之一是富兰克林,不是二战时候的美国总统富兰克林·罗斯福,是美国的开国时期的大佬。密码学和这些学科是交叉在一起的,所以,有趣的事情就是,密码学从一开始就和钱有关系。100美元的钞票上面印着的这个大佬,更多不是因为他在学术上的贡献,是因为他是财政部长、外交部长、印刷厂长、起草《独立宣言》、“第一个真正意义上的美国人”、代表了美国精神等等成就。

声音 | 澳计算机协会:众多不确定性将左右区块链发展路线:据人民网报道,4月9日,澳大利亚计算机协会发布《区块链2030——澳大利亚区块链发展展望》的报告。报告认为,众多不确定性将左右区块链发展路线。报告指出,从技术角度,区块链技术正在迅速发展,数字安全问题日益成为关注的焦点,将来区块链架构设计或迎来统一的体系,形成产业标准;从经济角度,点对点的经济体系快速增长,初创公司和中小企业或成为区块链发展和经济进步的主要推动力;从地缘角度,亚太经济的发展为区块链产业的发展提供了机遇,中国凭借1581件区块链专利傲居全球第一,人才的竞争预计将日渐剧烈;从社会角度,澳大利亚贫富差距的加大或会引发人们对于去信任化的需求,而人们对于隐私的日益关注也可能会驱动区块链技术向此方向发展。报告表示,区块链发展过程中存在众多不确定性。区块链能否解决去中心化与可扩展性,透明度和隐私等矛盾,能否有效降低成本和提高效率,能够重塑社会的信任机制,都将会左右区块链将来的发展路线。[2019/4/10]

大家可以看下IEEE发展史,链接如下:

动态 | 浙江大学计算机创新技术研究院将在区块链等领域培育一批高新技术企业:据中国萧山网报道,萧山与浙江大学共建浙江大学计算机创新技术研究院,将开展浙江大学计算机学院先进技术与成果的产业化、前沿技术的研究等,汇聚一批有志于创业的计算机学院教授、学生、毕业校友,在人工智能、大数据、云计算、网络空间安全、区块链、物联网、虚拟现实和增强现实等领域培育一批高新技术企业。[2019/1/17]

https://zh.wikipedia.org/wiki/IEEE里程碑列表

回到我们的二进制编码,ASCII,这时候语言文字变成了0和1,也就是我们不需要对着字母去捣鼓折腾了,只需要改变0和1就可以对内容进行加密。

下面以非常直白简单的语言讲一下怎么加密的?

什么是XOR?

XOR叫exclusiveor,也就是异或,本身是一种极为简单的运算。你把它当成小学时候学过的加减乘除的一种,当然,这么说高估了运算的简单,这么说吧,一个小学生看XOR运算,绝对比加减乘除容易非常多。

数字媒体Salon出售部分用户计算机处理能力挖掘加密货币:数字媒体Salon为了提供免费内容,一直主要依靠广告收入来运行。但是从1999年到2010年,该网站的广告收入下降了400亿美元。在周一的一篇博客中,他们表示出售了一小部分用户电脑多出来的处理能力来来促进技术发现,演变和创新。虽然他们没有明确的说出来,他们实际上正在使用开源CoinHive软件来挖掘加密货币monero。与试图尽可能多地利用计算机的处理能力以提高从挖矿中获得回报的恶意软件相比,Salon表示他们会自动检测用户电脑的处理使用情况,并将电脑未使用的部分分配给挖矿。如果用户开始使用耗费大量计算机资源的程序,该网站会自动减少用于挖掘加密货币的部分。”[2018/2/14]

1XOR0结果就是1;

0XOR1结果就是1;

1XOR1结果就是0;

0XOR0结果就是0;

前后一样就是1,前后不一样就是0.从上文表格里找一个字母比如说是a,a就是01100001.随便找一个秘钥,比如01010101.当然可以是任意选择的,下面会讲的。

这就是用秘钥,XOR之后的结果,00110100就是密文。对照表格,这个二进制表达的信息就是:4

于是,原文的a就变成了密文的4,当然,有时候看起来没有这么规则更像是乱码。

记住口诀:同就是0,异就是1.这比背乘法口诀容易太多了,小朋友很快可以掌握。

给个图形化表达,更加容易理解:

用钥匙去XOR原文运算之后的结果可以通过钥匙反向推回来。这就是计算机时代的对称加密法。

普及下知识:

什么是比特Bit?什么是字节Byte?

上文中看到八位二进制就可以表达一个英文字母,那么,一个英文字母也就是一个字节,英文叫Byte,也就是1byte=8bit=8个二进制位。因为一个比特就是代表二进制里面的一位。再比如,一个汉字就是两个字节。标点符号另算。

下面讲一下分类:一次性密码本和分组密码

对称密码学中,一次性密码本属于流密码。流密码的定义更宽一些,本章不展开。

简单来理解就是,你有一段信息需要加密了,比如你的信息由1万个英文字母构成,转成二进制后有8万比特。

我现在生成一个二进制随机数,长度是多少呢?8万位,也即是说这个原文每个比特我都XOR了一下,而且没有什么规律,因为钥匙本身是个随机数。

但是这样的加密比较麻烦,安全性不错,效率不高,钥匙和原文一样长。你有个1GB的文件,加密一下后还是1GB,但是钥匙也有1GB,配送和保存都是问题,记住:密码学中也有物流问题,主要是传输秘钥。

这时候用一个固定长度的加密秘钥,去对原文循环加密,简化模型后,可以这么说,8万比特长度的原文,我拿着80比特长度的钥匙去加密,需要1000个循环。记住,这是简化的模型,实际操作的时候,比这个复杂。

分组秘钥是被广泛运用在通讯、电子商务、金融系统等领域的加密法。

注意,不是以后有了非对称加密,对称加密就没有用了,对称加密有对称的安全,非对称有非对称的麻烦,不是一棍子直接打死的。

DES和AES是什么?

“数据加密标准是一种对称密码的分组密码,由美国国家标准局于1976年选择作为美国的官方联邦信息处理标准,随后广泛被国际使用。”

后来又有了AES,A就是advanced就是更先进更高级不是American,AES的加密方法选拔是全球公开的,AES既是美国的,又是全球的。选拔由美国一个标准化机构NIST举行,评审不是他们,是全球企业和密码学家以及参赛者共同完成。如果全世界密码学家都找不到加密方法的弱点,兼顾效率和安全性之后,就会被选上。

被选上的算法,要求免费公开给全球使用。有点像打擂台,看看谁的功夫好,就选谁,并且选好了之后把这套内功心法交给全球人民。比如我们现在广泛使用的AES实际就是Rijndael算法,是在2000年从候选算法中被选出来的。

这个图片中的五家就是候选的算法了。出现了RSA公司,RSA算法就是非对称密码中最广泛使用的密码算法。RSA公司在20世纪末举行过好几场比赛,干什么呢?去组织人破译DES的对称算法,确实破解成功了,本来对称密码学中的分组密码就是可以被破解的,RSA找人破解了DES算法,又在后来提交了AES算法,并成功“提名奥斯卡”,只是最后时刻落选了,最佳算法颁给了Rijndael。

不过,在非对称密码领域,RSA那是封神的存在,也正是有了非对称密码,区块链的诞生才有可能。

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