按：本文作者Song，雷鋒網(搜索“雷鋒網”公眾號關注)專欄特約作者，西雅圖Newsky Security公司聯合創始人兼CTO，業內知名防病毒專家，黑客。
最近在媒體上常常曝光的一個名詞是勒索軟件。勒索，就是劫持了你在意的人或者東西，然後讓你交錢的一種犯罪行為。
最早的勒索方式是：“你的鵝紙在我們手上”；
在數字時代，勒索方式是：“你的裸照在我們手上”。
不過，目前流行的勒索軟件不是這樣，拿你東西？那不是太老土了。勒索軟件的黑客們才不拿你的東西，他們是先用某種方法把軟件放到你的計算設備上，比如你的電腦，你的手機或者你的平板電腦，然後把你的數據加密——明天要交給老闆的PPT變成了一坨亂碼，跟辛辛苦苦積攢了好多年的小黃片一起，沒法看了。想把數據解密？交錢！
加密是計算機科學中歷史最長久的一種計算了。早在二戰時期，德國就製造了Enigma密碼機，來傳輸機密信息。計算機科學的祖師爺之一圖靈也參與了對Enigma密碼的破譯工作。Enigma密碼機的原理，是對每個字母進行轉譯，變換成另外一個字母，而機器的結構保證字母不是總是被轉譯到另外一個字母。這在當年是非常先進的一種做法，不過，這種加密中，字母和字母還是有對應關係的，所以在破譯密碼的過程中，一些常見的短語，比如納粹經常掛在嘴邊，對希特勒表忠心的話，就被用來作為解密的入手點。所以呢，神盾局特工裏面，九頭蛇組織是必然會失敗的，就是因為他們話太多了。
（Enigma密碼機的插線板 圖片來源：維基百科）
在現代加密算法中，這種字母對字母的對應早已經被跨字母邊界的算法取代。如果把每個byte作為一個字母的話，現代加密算法會把一串二進制數據進行加密，而不是對單個byte進行加密，進一步增加了解密的難度。
現代密碼學裏面很多的加密算法是對稱的。所謂對稱算法，就是加密的祕鑰和解密的祕鑰是一樣的。
加密算法通常是經過長期研究，保證了加密的有效性，也是公開的。那麼區分不同加密手段的，除了算法，就是祕鑰了。如果加密算法是對稱的，一旦祕鑰被敵方知道，所有的加密通信就可以被解開。這就造成了一個難題：比如小明要給小紅寫情書，為了不讓班主任看懂，小明需要把情書加密，但是小紅為了看懂情書，就需要祕鑰。小明怎麼把祕鑰給小紅呢？寫在小紙條上嗎？
如果班主任看到了小紙條上的祕鑰，那就可以免費看幾個月的愛情韓劇了。這種時候，小明通常會選擇用另外一個信道給小紅傳輸祕鑰。比如給小紅寄一封信，或者放學以後偷偷把寫着祕鑰的小紙條交給小紅。但是，祕鑰還是有泄露的可能性。另外，很多時候這種第二信道不一定存在，或者不一定現實。比如我們要上網買東西，這個時候誰等得及讓網店先寄一封寫着祕鑰的信來呢？
寫勒索軟件的黑客同樣面臨這個問題：他們的勒索軟件要把用户的數據加密，就需要有算法和祕鑰。算法是寫在軟件裏面的，軟件通過網絡下載到用户的電腦上，算法是可以被逆向工程解出來的；祕鑰也要傳遞到用户的電腦，也會被記錄下來。如果祕鑰和對稱加密算法都被人知道了，很快就會被人做出解密軟件來，勒索的事情就和小明的愛情一樣，成了空。
那麼，有沒有一種加密算法，能在算法和祕鑰都可能在唯一可用的信道上通信，並且很可能被公開的情況下，保證加密的可靠性呢？有的，這就是非對稱加密算法。
RSA是1977年由羅納德·李維斯特（Ron Rivest）、阿迪·薩莫爾（Adi Shamir）和倫納德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。當時他們三人都在麻省理工學院工作。RSA就是他們三人姓氏開頭字母拼在一起組成的。1997年，解密了一個文件。早在1973年，在英國政府通訊總部工作的數學家克利福德·柯克斯（Clifford Cocks）在一個內部文件中提出了一個相同的算法，但他的發現被列入機密。如果不是因為他在機密單位工作的話，我們現在就是在討論CC算法而不是RSA算法了。
雖然RSA算法的數學表達非常優美，但是根據一篇文章每增加一個公式，讀者就會減少一半的原則，我們這裏就不寫公式啦。
要説質數，簡直就是數學界的點金石，多少猜想和算法都來源於質數。這裏，請允許我向數學家陳景潤和張益唐致敬。
我們還是回來説小明和小紅的愛情故事吧。如果小明和小紅選擇用RSA算法來對他們的情書進行加密，首先要用軟件生成各自的公鑰和私鑰，然後他們各自把自己的私鑰藏好，把自己的公鑰大大地寫在教室的黑板上。當然，這裏兩個祕鑰哪個作為公鑰，哪個作為私鑰其實是沒關係的，公開的那個就是公鑰，保密的那個就是私鑰。如果小明要給小紅寫情書，他會用小紅的公鑰給情書加密，再發給小紅。小紅收到以後，用自己的私鑰，就可以解密了。那麼班主任老師看到的是什麼呢？是一團亂碼。沒有小紅的私鑰，班主任老師哪怕用世界上最強大的計算機，也沒有辦法在一百年內算出情書裏面寫的是什麼。
同樣的，如果一個寫勒索軟件的黑客，想要防止被人破解，他同樣可以用RSA加密算法對受害人的數據進行加密，而使用的祕鑰可以是網絡上面下載的公鑰，等用户付款以後，把私鑰發給勒索軟件進行解密。不過，如果你以為讀懂這點就可以到網上去抄一個勒索軟件來賺錢的話，我建議你還是先跟家裏人講好，怎麼從局子裏面撈自己比較好，不然等你被放出來，小明已經要向小紅求婚了。
為了紀念多年來和班主任老師的鬥智鬥勇，小紅決定讓小明證明求婚是認真的，是來自小明而不是後援團的。這倒是也難不倒小明，他先把求婚的話用自己的私鑰加密，再把加密過的信息用小紅的公鑰加密，這樣，小紅拿到這團亂碼，先用自己的私鑰解密，再用小明的公鑰解密，就可以看到小明的話。而且，因為最後一步解密是用小明的公鑰解密的，説明這個信息是來自小明，而不是其他人。
注意這裏有點繞，通常我們是用公鑰加密，私鑰解密。但是這裏進行了兩次加密/解密過程，在內層，是用小明的私鑰加密的。因為私鑰和公鑰都可以用來加密，只要用另外一個進行解密就可以了。小明和小紅的這種傳遞信息的方式，不僅傳遞了信息，也確定了信息的來源，這種方式叫做數字簽名。
前面説了，RSA算法只是非對稱加密算法的一種，目前比較流行的還有橢圓曲線加密算法，也是一種非對稱加密算法。相對RSA算法，橢圓曲線算法在相同祕鑰長度的情況下，能提供更好的加密強度。不過目前最流行的非對稱加密算法，還是RSA算法。就在你剛才去登錄郵箱，或者網上購物的時候，RSA算法還在https協議中，保護着你的隱私和網上財產。比如，小明和小紅結婚以後很快有了一個可愛的女兒，在給女兒買尿布，上網交學費的時候，RSA算法都在保護着每一個劃過空中的比特，不會被咖啡館另一邊，或者世界另一邊的黑客破解。
（公鑰/私鑰的加密/解密過程，無論是傳情書還是買尿布，都需要。圖片來源：微軟MSDN）
注：頭圖和第一張圖來自 gfi.com。
資料來源：雷鋒網作者/編輯：Song
最近在媒體上常常曝光的一個名詞是勒索軟件。勒索，就是劫持了你在意的人或者東西，然後讓你交錢的一種犯罪行為。
最早的勒索方式是：“你的鵝紙在我們手上”；
在數字時代，勒索方式是：“你的裸照在我們手上”。
不過，目前流行的勒索軟件不是這樣，拿你東西？那不是太老土了。勒索軟件的黑客們才不拿你的東西，他們是先用某種方法把軟件放到你的計算設備上，比如你的電腦，你的手機或者你的平板電腦，然後把你的數據加密——明天要交給老闆的PPT變成了一坨亂碼，跟辛辛苦苦積攢了好多年的小黃片一起，沒法看了。想把數據解密？交錢！
加密是計算機科學中歷史最長久的一種計算了。早在二戰時期，德國就製造了Enigma密碼機，來傳輸機密信息。計算機科學的祖師爺之一圖靈也參與了對Enigma密碼的破譯工作。Enigma密碼機的原理，是對每個字母進行轉譯，變換成另外一個字母，而機器的結構保證字母不是總是被轉譯到另外一個字母。這在當年是非常先進的一種做法，不過，這種加密中，字母和字母還是有對應關係的，所以在破譯密碼的過程中，一些常見的短語，比如納粹經常掛在嘴邊，對希特勒表忠心的話，就被用來作為解密的入手點。所以呢，神盾局特工裏面，九頭蛇組織是必然會失敗的，就是因為他們話太多了。
（Enigma密碼機的插線板 圖片來源：維基百科）
在現代加密算法中，這種字母對字母的對應早已經被跨字母邊界的算法取代。如果把每個byte作為一個字母的話，現代加密算法會把一串二進制數據進行加密，而不是對單個byte進行加密，進一步增加了解密的難度。
現代密碼學裏面很多的加密算法是對稱的。所謂對稱算法，就是加密的祕鑰和解密的祕鑰是一樣的。
加密算法通常是經過長期研究，保證了加密的有效性，也是公開的。那麼區分不同加密手段的，除了算法，就是祕鑰了。如果加密算法是對稱的，一旦祕鑰被敵方知道，所有的加密通信就可以被解開。這就造成了一個難題：比如小明要給小紅寫情書，為了不讓班主任看懂，小明需要把情書加密，但是小紅為了看懂情書，就需要祕鑰。小明怎麼把祕鑰給小紅呢？寫在小紙條上嗎？
如果班主任看到了小紙條上的祕鑰，那就可以免費看幾個月的愛情韓劇了。這種時候，小明通常會選擇用另外一個信道給小紅傳輸祕鑰。比如給小紅寄一封信，或者放學以後偷偷把寫着祕鑰的小紙條交給小紅。但是，祕鑰還是有泄露的可能性。另外，很多時候這種第二信道不一定存在，或者不一定現實。比如我們要上網買東西，這個時候誰等得及讓網店先寄一封寫着祕鑰的信來呢？
寫勒索軟件的黑客同樣面臨這個問題：他們的勒索軟件要把用户的數據加密，就需要有算法和祕鑰。算法是寫在軟件裏面的，軟件通過網絡下載到用户的電腦上，算法是可以被逆向工程解出來的；祕鑰也要傳遞到用户的電腦，也會被記錄下來。如果祕鑰和對稱加密算法都被人知道了，很快就會被人做出解密軟件來，勒索的事情就和小明的愛情一樣，成了空。
那麼，有沒有一種加密算法，能在算法和祕鑰都可能在唯一可用的信道上通信，並且很可能被公開的情況下，保證加密的可靠性呢？有的，這就是非對稱加密算法。
引用如果説加密算法是把數據放到一個保險箱的話，對稱加密算法的祕鑰，就是既能鎖保險箱，又能開保險箱的鑰匙，而非對稱加密算法，則是鎖保險箱是一把鑰匙，而開保險箱，是另外一把鑰匙。RSA算法，就是這樣一種非對稱加密算法。
RSA是1977年由羅納德·李維斯特（Ron Rivest）、阿迪·薩莫爾（Adi Shamir）和倫納德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。當時他們三人都在麻省理工學院工作。RSA就是他們三人姓氏開頭字母拼在一起組成的。1997年，解密了一個文件。早在1973年，在英國政府通訊總部工作的數學家克利福德·柯克斯（Clifford Cocks）在一個內部文件中提出了一個相同的算法，但他的發現被列入機密。如果不是因為他在機密單位工作的話，我們現在就是在討論CC算法而不是RSA算法了。
雖然RSA算法的數學表達非常優美，但是根據一篇文章每增加一個公式，讀者就會減少一半的原則，我們這裏就不寫公式啦。
引用非對稱算法的原理都是基於這樣一個原理：對於一個加密的信息，哪怕你買了世界上最強大的計算機，在有生之年也別想算出解密的祕鑰。非對稱加密算法，就是選擇了一個難解的問題，圍繞它建立加密/解密體系。RSA選擇的難題，是分解一個大數的質因子。
要説質數，簡直就是數學界的點金石，多少猜想和算法都來源於質數。這裏，請允許我向數學家陳景潤和張益唐致敬。
我們還是回來説小明和小紅的愛情故事吧。如果小明和小紅選擇用RSA算法來對他們的情書進行加密，首先要用軟件生成各自的公鑰和私鑰，然後他們各自把自己的私鑰藏好，把自己的公鑰大大地寫在教室的黑板上。當然，這裏兩個祕鑰哪個作為公鑰，哪個作為私鑰其實是沒關係的，公開的那個就是公鑰，保密的那個就是私鑰。如果小明要給小紅寫情書，他會用小紅的公鑰給情書加密，再發給小紅。小紅收到以後，用自己的私鑰，就可以解密了。那麼班主任老師看到的是什麼呢？是一團亂碼。沒有小紅的私鑰，班主任老師哪怕用世界上最強大的計算機，也沒有辦法在一百年內算出情書裏面寫的是什麼。
同樣的，如果一個寫勒索軟件的黑客，想要防止被人破解，他同樣可以用RSA加密算法對受害人的數據進行加密，而使用的祕鑰可以是網絡上面下載的公鑰，等用户付款以後，把私鑰發給勒索軟件進行解密。不過，如果你以為讀懂這點就可以到網上去抄一個勒索軟件來賺錢的話，我建議你還是先跟家裏人講好，怎麼從局子裏面撈自己比較好，不然等你被放出來，小明已經要向小紅求婚了。
為了紀念多年來和班主任老師的鬥智鬥勇，小紅決定讓小明證明求婚是認真的，是來自小明而不是後援團的。這倒是也難不倒小明，他先把求婚的話用自己的私鑰加密，再把加密過的信息用小紅的公鑰加密，這樣，小紅拿到這團亂碼，先用自己的私鑰解密，再用小明的公鑰解密，就可以看到小明的話。而且，因為最後一步解密是用小明的公鑰解密的，説明這個信息是來自小明，而不是其他人。
注意這裏有點繞，通常我們是用公鑰加密，私鑰解密。但是這裏進行了兩次加密/解密過程，在內層，是用小明的私鑰加密的。因為私鑰和公鑰都可以用來加密，只要用另外一個進行解密就可以了。小明和小紅的這種傳遞信息的方式，不僅傳遞了信息，也確定了信息的來源，這種方式叫做數字簽名。
前面説了，RSA算法只是非對稱加密算法的一種，目前比較流行的還有橢圓曲線加密算法，也是一種非對稱加密算法。相對RSA算法，橢圓曲線算法在相同祕鑰長度的情況下，能提供更好的加密強度。不過目前最流行的非對稱加密算法，還是RSA算法。就在你剛才去登錄郵箱，或者網上購物的時候，RSA算法還在https協議中，保護着你的隱私和網上財產。比如，小明和小紅結婚以後很快有了一個可愛的女兒，在給女兒買尿布，上網交學費的時候，RSA算法都在保護着每一個劃過空中的比特，不會被咖啡館另一邊，或者世界另一邊的黑客破解。
（公鑰/私鑰的加密/解密過程，無論是傳情書還是買尿布，都需要。圖片來源：微軟MSDN）
引用幾年後的一天，小明對小紅説：親愛的，有一個好消息和一個壞消息，你想先聽哪個？
哪個都好，小紅温柔地説。
首先，小明緩緩道來，我們的孩子，用RSA加密，給她幼兒園的同學發了一封信。
那另一個消息呢？小紅笑眯眯地問。
她的老師把這個消息解密了。
啊！小紅不禁掩住了嘴，你是説，量子計算機？
是的，小明點點頭。
注：頭圖和第一張圖來自 gfi.com。
資料來源：雷鋒網作者/編輯：Song
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