加密‧解謎‧密碼學:從歷史發展到關鍵應用,有趣得不可思議的密碼研究

加密‧解謎‧密碼學:從歷史發展到關鍵應用,有趣得不可思議的密碼研究 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

劉巍然
圖書標籤:
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具體描述

 

想保護資訊安全,必須瞭解密碼學。

如果你喜歡解謎解鎖,更歡迎來到密碼學的世界!

 

什麼是密碼?

密碼是按照特定的法則編成,用於通訊的雙方轉換明文、密文的一種符號係統。作為一種資訊混淆的方法,加密的過程就是將可識別的資訊,變成不可識別的資訊。

在密碼學中,加密前的原始資訊稱為明文(Plaintext),加密後的資訊稱為密文(Ciphertext)。把明文轉換為密文的過程稱為加密(Encrypt),把密文恢復成明文的過程稱為解密(Decrypt)。大部分的加密和解密過程都涉及一個隻有加密/解密雙方纔知道的祕密資訊。唯有掌握瞭這個祕密資訊,纔能正確地解密密文。密碼學中將這個祕密資訊稱為金鑰(Key)。所謂破解,或稱密碼分析(Cryptanalysis),是指在不知道金鑰的情況下,從密文中得到與明文相關的一些資訊,恢復齣一部分甚至是完整的明文。

從人類的歷史來看,密碼最早是用於戰爭時的祕密通訊。齣於保密的需求,每一場戰爭的背後,都有密碼的身影。可以說,密碼的戰爭決定瞭人類歷史的進展,而密碼學是保護資訊安全的最後防線。

 

本書作者為密碼學博士、阿裏巴巴集團數據技術及產品部高級安全專傢,他從生活中的實例齣發,深入淺齣地引領讀者走進精彩的密碼世界。

這本書會分享:從男女生互相告白的密碼信如何破解,到身分證號碼中隱藏的祕密,從古典密碼(西元前400年的古希臘時期開始)、電腦的編碼方式,到二次大戰時期德軍使用的恩尼格碼(Enigma)密碼,以及圖靈(Alan Turing)如何加以破解,一直到現代密碼學當中的公鑰加密、RSA數位簽章等等最新的進展。

這些進展看似零碎,但其背後所蘊含的密碼設計者與破解者的思路演進,以及所蘊含的數學原理,就讓作者娓娓道來吧!

密碼與我們的日常生活密切相關,資安的基本素養,也必須從瞭解密碼學開始。當然瞭,加密和解謎永遠是最原始、最刺激的遊戲!

 

本書特色:

1.深入淺齣、循序漸進,一般中學的數學程度就能理解的密碼學。非常燒腦,但也有滿滿的收穫!

2.密碼學的一小步,資訊安全的一大步。密碼,幾乎遍及通訊領域的每一個角落,密碼安全也關係到現代生活的各個層麵——數據速朽,唯安全永恆

3.如果你充滿好奇心、喜歡解謎解鎖,歡迎來到密碼學的世界。如果你是資安領域的學習者,可以快速找到未來行業的發展方嚮,少走點冤枉路。如果你關心個人隱私,也可以瞭解守護每個人安全的密碼之奧祕。

《數字幽靈:信息時代的隱秘戰爭與未來圖景》 內容簡介: 在信息的洪流中,我們每個人都是數據的載體,也是潛在的泄密者。本書並非聚焦於傳統意義上的加密技術和密碼學原理,而是深入探討信息時代下,權力、隱私、監控與自由之間那場永無止境的、無聲的戰爭。我們生活在一個被算法和數據編織的透明牢籠中,個人身份如同流沙般易逝,而數字幽靈——那些看不見的監視者、操縱者和掠奪者——正潛伏在網絡的每一個角落。 本書以一種近乎紀實的手法,抽絲剝繭地揭示瞭現代社會中信息控製的復雜機製。它不再關注如何設計一個更安全的哈希函數,而是探究那些精心構建的數字壁壘如何被政治實體、跨國公司以及新興的黑客組織所繞過、利用或徹底瓦解。 第一部分:透明化的代價——被構建的現實 本部分審視瞭“大數據”概念背後的社會學和政治學含義。信息不再僅僅是知識的載體,它已成為重塑社會結構、影響人類行為的終極武器。我們從日常的智能設備使用習慣入手,追蹤用戶的數字足跡如何被聚閤、分析,最終形成一個比個體自我認知更清晰的“數字替身”。 重點剖析瞭“全景敞視主義”在數字領域的演變。從政府層麵對大規模監控的閤法化辯護,到企業利用用戶心理模型進行精準營銷和行為塑造,我們看到瞭一個由技術驅動的、無處不在的凝視。書中詳細描述瞭現代監控體係中的“盲區”與“熱點”——哪些數據被係統性地忽略,哪些信息流被置於最嚴密的監視之下。這不僅是技術問題,更是關於誰有權觀察、誰被觀察的權力分配問題。 此外,我們探討瞭“信息繭房”的物理構建過程。算法推薦機製如何被用作文化和意識形態的篩選器,它如何削弱瞭社會共識的基礎,加劇瞭群體極化。書中的案例分析揭示瞭,當信息流被個人化定製後,共享的現實正在瓦解,為社會穩定埋下瞭深刻的隱患。 第二部分:數字權力的邊界——誰在編寫規則? 這一部分將視角轉嚮瞭數字基礎設施的控製權。互聯網的去中心化理想已在很大程度上被少數幾傢科技巨頭所主導。本書深入考察瞭這些科技巨頭在事實上的“管轄權”——它們對數據流動的控製、對內容發布的審核標準,以及它們在國際地緣政治衝突中扮演的隱形角色。 我們考察瞭“數字主權”的概念如何在新舊秩序之間搖擺。國傢層麵如何試圖通過“防火牆”和數據本地化要求來重塑網絡邊界,以及這些努力在日益全球化的數據流動麵前的有效性。書中對比瞭不同司法管轄區在數據跨境傳輸、隱私保護和技術管轄權上的法律衝突,描繪齣一部沒有硝煙的數字領土爭奪戰史。 特彆關注瞭開源社區與商業利益之間的張力。當支撐現代社會的底層代碼逐漸被少數商業實體所擁有和控製時,其背後的安全性和中立性受到瞭怎樣的挑戰?本書采訪瞭多位曾在大型科技公司任職的工程師,他們揭示瞭産品設計決策背後那些不為公眾所知的“後門”或“加速器”,這些設計如何影響瞭信息的自由流動與安全保障。 第三部分:反製與重構——技術之外的抵抗 如果說前兩部分展示瞭數字世界的冰冷結構,那麼第三部分則聚焦於個體、社群和新興技術如何試圖在既有框架內尋找突破口。這不是關於學習更復雜的加密算法,而是關於理解權力運作的邏輯,並發展齣超越技術本身的生存策略。 書中細緻分析瞭“去中心化技術”在應用層麵遭遇的現實睏境。雖然區塊鏈和分布式存儲提供瞭理論上的抗審查潛力,但其在實際應用中如何被中心化平颱收編、如何被能源消耗問題所限製,以及如何被缺乏技術素養的公眾誤解,都是本書探討的重點。我們並非頌揚技術本身,而是審視其社會滲透的現實障礙。 更重要的是,本書探討瞭“信息素養”的重新定義。在充斥著深度僞造(Deepfake)、情緒驅動的虛假信息和自動化宣傳的時代,辨彆真相的能力已經不再是簡單的事實核查,而是一種復雜的認知防禦機製。書中引入瞭認知心理學和敘事學理論,分析瞭現代信息戰是如何利用人類本能弱點來傳播和固化的。 結語:未來的數字公民身份 《數字幽靈》的最終目的,是引導讀者超越對“安全”的單純技術迷戀,轉而關注“自由”的社會基礎。在一個數據即權力、算法即命運的時代,真正的抵抗不再僅僅是隱藏信息,而是要求透明度、參與規則製定,以及重塑我們對“隱私”的集體理解。本書是對所有身處信息時代,渴望保有自主性的人們的一次深刻的警醒與思想動員。它揭示瞭我們正在經曆的,是一場關於人類心智與數字權力分配的深刻重構。

著者信息

作者簡介

劉巍然
阿裏巴巴集團數據技術及產品部高級安全專傢,北京航空航天大學通信與信息係統博士。知乎密碼學領域優秀迴答者,知乎簽約作者。現從事差分隱私、安全多方計算、可信執行環境、高級密碼學技術等數據安全與隱私保護技術的研究與實踐工作。

繪者簡介

吳詩湄
獨立插畫傢,字幕組資深翻譯成員。

圖書目錄

自序

01
「隻要解齣來,算你瞭不起」 
古典密碼高手過招的智慧博弈

1.1 換種錶示:編碼 16

1.1.1 最初的編碼:摩斯電碼 18

1.1.2 摩斯電碼的睏境 24

1.1.3 博多碼與ASCII碼 29

1.1.4 琳琅滿目的各國編碼標準 36

1.1.5 Unicode與UTF 38

1.1.6 Base16、Base32與Base64  41

 

1.2 換個位置:移位密碼 45

1.2.1 移位密碼的起源:斯巴達密碼棒 45

1.2.2 柵欄密碼 47

1.2.3 帶金鑰的柵欄移位密碼 50

1.2.4 其他移位密碼 53

1.2.5 知乎上的移位密碼破解實例 55

 

1.3 換種符號:代換密碼 59

1.3.1 代換密碼的起源:凱撒密碼 59

1.3.2 簡單的代換密碼 61

1.3.3 複雜的代換密碼 65

1.3.4 將字母代換成符號 68

1.3.5 代換密碼的安全性 72

 

1.4 密碼吧神帖的破解 78

1.4.1 第一層密碼:摩斯電碼 78

1.4.2 第二層密碼:手機鍵盤代換密碼 78

1.4.3 第三層密碼:電腦鍵盤代換密碼 80

1.4.4 第四層和第五層密碼:格柵密碼與字母逆序 81

 

02
「今天有小雨,無特殊情況」 
戰爭密碼生死攸關的較量

2.1 將古典進行到底:第一次世界大戰中的密碼 92

2.1.1 齊默曼電報 92

2.1.2 ADFGX密碼 96

2.1.3 ADFGVX密碼 99

 

2.2 維吉尼亞密碼:安全密碼設計的思路源泉 102

2.2.1 維吉尼亞密碼的發明史 102

2.2.2 維吉尼亞密碼的缺陷 107

2.2.3 維吉尼亞密碼的破解 110

2.2.4 《消失》:不能用頻率分析法攻擊的文本 115

 

2.3 恩尼格瑪機:第二次世界大戰德軍的密碼 119

2.3.1 恩尼格瑪機的核心:轉子 119

2.3.2 恩尼格瑪機的組成和使用方法 125

2.3.3 恩尼格瑪機的工作原理 128

2.3.4 恩尼格瑪機的破解方法 136

 

03
「曾愛理不理,現高攀不起」
數論基礎密碼背後的數學原理

3.1 質數的定義:整數之間的整除關係 154

3.1.1 最簡單的運算:加、減、乘、除 154

3.1.2 加、減、乘、除引發的兩次數學危機 158

3.1.3 質數的定義 164

3.1.4 哥德巴赫猜想 164

 

3.2 質數的性質 170

3.2.1 質數的分布 171

3.2.2 質數螺鏇與孿生質數 172

3.2.3 質數的判定 178

3.2.4 最大公因數及其應用 183

 

3.3 同餘算數及其性質 186

3.3.1 同餘算數 186

3.3.2 模數為2的同餘算數:電腦的基礎 187

3.3.3 模數為N的同餘算數:奇妙的互質 193

3.3.4 模數為p的同餘算數:單純許多 199

3.3.5 看似簡單卻如此睏難:整數分解問題與離散對數問題 201

 

3.4 身份證號碼中隱藏的數學玄機 209

3.4.1 身份證號碼的齣生日期碼擴展 209

3.4.2 身份證號碼的校驗方法 212

3.4.3 身份證校驗碼所蘊含的數學原理 218

3.4.4 有關身份證號碼的擴展問題 221

 

04
「你說你能破解,你行你上呀」 
安全密碼守護數據的科學方法 

4.1 「誰來都沒用,上帝也不行」:對稱密碼 230

4.1.1 對稱密碼的基本概念 230

4.1.2 避免金鑰重複使用的另一種加密構想:滾動金鑰 234

4.1.3 一次一密:從看似不可破解到可證明不可破解 239

4.1.4 完備保密性的缺陷與計算安全性 246

4.1.5 實現計算安全性:DES與AES 248

 

4.2 「給我保險箱,放好撞上門」:公開金鑰密碼 253

4.2.1 信件安全傳遞問題 254

4.2.2 狄菲—赫爾曼金鑰協商協定 259

4.2.3 狄菲與赫爾曼的好幫手默剋 265

4.2.4 撞門的保險箱:公開金鑰加密 271

4.2.5 RSA公鑰加密方案與ElGamal公鑰加密方案 273

 

4.3 「鑰匙防調包,本人簽個字」:數位簽章 278

4.3.1 威力十足的中間人攻擊 279

4.3.2 防止鑰匙或保險箱調包的數位簽章 282

4.3.3 RSA數位簽章方案 286

 

4.4  RSA的破解之道 291

4.4.1 質數選得足夠大,閤數的質因數分解難度並不一定大 293

4.4.2 在使用RSA時,永遠不要使用相同的閤數 295

4.4.3 公鑰和私鑰都不能選得特別小 296

4.4.4 RSA中的其他安全問題 298

 

後記 303

專有名詞、人名一覽錶 305

圖書序言

  • ISBN:9786267195239
  • 叢書係列:自由學習
  • 規格:平裝 / 312頁 / 23 x 16.8 x 1.7 cm / 普通級 / 單色印刷
  • 齣版地:颱灣
  • 適讀年齡:15歲~80歲

圖書試讀

自 序

    2017年5月,我接到瞭知乎編輯的邀請,邀我寫一本密碼學的科普書籍。要用生動淺顯的例子,在不涉及複雜數學知識的條件下為晦澀難懂的密碼學原理進行科普,其難度可想而知。然而,伴隨著網際網路的蓬勃發展,網路的資安問題也日益嚴重。密碼學是維護網路安全的核心技術之一。作為一名專攻密碼學的博士,為讀者朋友撰寫一本淺顯易懂的密碼學科普讀物,使讀者朋友瞭解默默保護著我們的密碼技術,是一種義務,也是一種責任。我最終接受瞭這個挑戰,完成瞭這本書。

    密碼學的發展可以分為兩個時期:古典密碼學時期與現代密碼學時期。在古典密碼學時期,密碼學傢還沒有掌握設計齣安全密碼的科學方法。當時密碼的設計完全仰賴密碼設計者的聰明纔智,而密碼的破解更是要靠密碼破譯者的靈光一現。到瞭20世紀中期,電腦科學的奠基人圖靈(Alan Turing)和資訊理論的奠基人夏農(Claude Shannon)為密碼學找到瞭可靠的理論基礎,密碼學纔正式步入現代密碼學時期,為資料安全保駕護航。現在,是時候讓密碼學這位幕後英雄走到颱前,在讀者麵前亮相瞭。

    從2014年起,我開始在知乎上迴答密碼學領域的相關問題,並因此收到瞭很多朋友的讚揚與感謝。2016年,我成為知乎密碼學領域的優秀迴答者,並完成瞭電子書《質數瞭不起》。現在,《質數瞭不起》的擴展版本——也就是本書,也終於要和讀者朋友見麵瞭。本書與《質數瞭不起》比起來約有80%的內容為新增內容,補充瞭大量原本未涉及或簡述的章節。我很希望能夠過本書所講解的內容,為讀者朋友介紹密碼學的基本概念和基本原理,介紹隱藏在密碼學背後的數學知識,也希望這本書能激發各位對密碼學的興趣。

    在此,我想真誠感謝為本書的撰寫和齣版做齣貢獻的朋友們。非常感謝我的妻子李雯對本書的大力支持。她幫助我修正瞭很多語法錯誤,並站在讀者的角度為本書提齣瞭很多寶貴的建議。感謝我的師妹金歌為本書中齣現的德文詞彙和語句提供準確的翻譯,並對本書進行瞭認真的校對,指齣瞭很多語言問題。感謝我在阿爾法字幕組的閤作夥伴吳詩湄為本書繪製插圖,她的繪圖為本書增添瞭更多活力。感謝阿裏巴巴集團數據技術及產品部的張磊老師、馮偵探老師、瀋則潛老師、高愛強老師等,謝謝你們的支持和幫助。

    國際計算機協會(ACM)和電機電子工程師學會(IEEE)會士、浙江大學網絡空間安全學院院長任奎老師,北京航空航天大學密碼學教授伍前紅老師,阿裏巴巴集團安全部密碼學與隱私保護技術總監洪澄老師,騰訊安全雲鼎實驗室總監錢業斐老師,深信服首席安全研究員、藍軍首席架構師彭峙釀老師,知乎密碼學話題優秀答主段立老師,都在閱讀樣稿後給予瞭熱情的推薦。我的博士生導師、北京航空航天大學網絡空間安全學院院長劉建偉教授更是為本書撰寫瞭推薦序。我在此嚮他們緻以衷心的感謝!雖然我已經盡我所能確保本書的正確性和嚴謹性,但由於我個人的知識水準有限,書中難免齣現錯誤或錶述不當之處,懇請讀者朋友提齣寶貴的意見和建議。

 

劉巍然  2020年11月

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