2019-2020 秋季學(xué)期
iLAW 社團(tuán)公開(kāi)課來(lái)啦！
本學(xué)期iLAW團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)傾情推出系列公開(kāi)課，致力于促進(jìn)學(xué)科交叉與思維碰撞，將讓每一位參與的同學(xué)，在搭建學(xué)科體系、探尋不同學(xué)科思考方式的同時(shí)，收獲滿滿的知識(shí)干貨分享！
iLAW密碼學(xué)系列公開(kāi)課第一講在11月21日下午15：00順利舉辦。鑒于疫情的特殊情況，本講公開(kāi)課采取線下講座與線上直播相結(jié)合的方式。主講人是2020級(jí)計(jì)算法學(xué)法律碩士研究生楊帆同學(xué)，出席嘉賓有劉晗老師和劉云老師（線上）。
本講為密碼學(xué)主題公開(kāi)課第一講，分為三部分，分別為“密碼學(xué)發(fā)展歷史”“密碼技術(shù)概述”和“對(duì)稱密碼與非對(duì)稱密碼”。作為密碼學(xué)主題的第一講，本講主要介紹密碼學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。
課程內(nèi)容
課程主要分為“密碼學(xué)發(fā)展歷史”“密碼技術(shù)概述”和“對(duì)稱密碼與非對(duì)稱密碼”這三個(gè)方面。
一、密碼學(xué)發(fā)展歷史
1.1 古典密碼（1949年以前）
主講人以轉(zhuǎn)輪密碼為例，詳細(xì)介紹了其原理密碼學(xué) 古典密碼是基于 的密碼，并指出古典密碼數(shù)據(jù)的安全基于算法的保密。
1.2 近代密碼（1949年-1975年）
主講人介紹了流密碼模型——一種逐比特加密方式，以及密鑰流生成器。并詳細(xì)介紹了三級(jí)線性反饋移位寄存器的工作原理，解釋了它是如何做到數(shù)值交換的。
近代密碼以1949年香農(nóng)的一篇論文《保密系統(tǒng)的通信理論》為開(kāi)端，論文中，香農(nóng)科學(xué)地證明了一次性密碼本可以被破解。自此，數(shù)據(jù)的安全開(kāi)始基于密鑰而不是算法的保密。
1.3 現(xiàn)代密碼（1976年以后）
1976年和發(fā)表了《密碼學(xué)新方向》，可以說(shuō)是開(kāi)辟了公鑰密碼學(xué)新領(lǐng)域。
主講人計(jì)算法學(xué)碩士楊帆
二、密碼技術(shù)概述
2.1 密碼算法
密碼學(xué)里有幾種對(duì)應(yīng)的說(shuō)法，私鑰和公鑰，對(duì)稱和非對(duì)稱，單鑰和雙鑰。私鑰和公鑰是從機(jī)密性來(lái)說(shuō)的，公鑰可以公開(kāi)給任何人用來(lái)加密信息，但只有私鑰才能夠解密信息。至于后兩對(duì)概念可以說(shuō)是一致的：如果加密和解密使用的密鑰相同，則稱為單鑰或者對(duì)稱；反之，則為雙鑰，或者非對(duì)稱。
2.2 單向散列函數(shù)
單向散列函數(shù)也叫消息摘要函數(shù)、哈希（hash）函數(shù)、散列函數(shù)、雜湊函數(shù)。它通過(guò)一定的算法，將傳遞的信息一一映射為某個(gè)值，并進(jìn)行計(jì)算，最終得到一個(gè)函數(shù)值。如果函數(shù)值一致，一般認(rèn)為信息完全一致。
這種函數(shù)的功能在于可以確保信息的完整性，任何小的篡改都可能造成函數(shù)值的大不相同。其性質(zhì)有抗碰撞性、單向性、快速計(jì)算、任意長(zhǎng)輸入固定長(zhǎng)度散列，常被運(yùn)用于數(shù)字證書、網(wǎng)上銀行、電子支付、數(shù)字貨幣、區(qū)塊鏈、網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議、可證明安全密碼系統(tǒng)等領(lǐng)域。
2.3 消息認(rèn)證碼
即MAC (ncode)，要與MAC地址相區(qū)分。其功能在于可認(rèn)證性。發(fā)送者和接收者共享一個(gè)密鑰，發(fā)送者將消息發(fā)送后還要將消息經(jīng)過(guò)共享密鑰加密后的消息認(rèn)證碼（MAC值）發(fā)送給接收者，接收者重復(fù)發(fā)送者的步驟，將接收到的信息通過(guò)共享密鑰計(jì)算得到MAC值，與發(fā)送者的發(fā)送的MAC值進(jìn)行比對(duì)，如果一致則認(rèn)證成功，可以確認(rèn)該消息來(lái)自于真實(shí)的發(fā)送者。
2.4 數(shù)字簽名
數(shù)字簽名的功能在于不可否認(rèn)性。數(shù)字簽名相當(dāng)于把公鑰加密的過(guò)程反向使用。只有私鑰所有者可以用私鑰添加數(shù)字簽名，但是所有人都可以使用公鑰進(jìn)行解密以驗(yàn)證簽名。由于只有私鑰所有者擁有私鑰，因此使用公鑰解密后的所驗(yàn)證的數(shù)字簽名只能來(lái)自于該發(fā)送者，以防止其否認(rèn)發(fā)送消息的事實(shí)。
介紹人講完四種技術(shù)之后進(jìn)行了一個(gè)小結(jié)。竊聽(tīng)要從機(jī)密性的角度解決，使用的是密碼算法。篡改要從完整性的角度解決，使用的是單向散列函數(shù)。偽裝要從可認(rèn)證性的角度解決，使用的是消息認(rèn)證碼。否認(rèn)要從不可否認(rèn)性的角度解決，使用的是數(shù)字簽名。以上四種技術(shù)和角度并非一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，在保證完整性的過(guò)程中也依然可以加入消息認(rèn)證碼和數(shù)字簽名技術(shù)一同解決問(wèn)題。
勾勾畫畫、耐心講解~
2.5 隱寫術(shù)
現(xiàn)代可以通過(guò)圖片信息隱藏。圖片中的每個(gè)像素顏色都代表一個(gè)數(shù)值，所以圖片本身是一個(gè)大矩陣。通過(guò)把最低位改成偶數(shù)，然后把信息添加成奇數(shù)的方式就可以做到傳遞信息而幾乎不改變圖片的原樣。當(dāng)然也可以通過(guò)兩張圖片進(jìn)行一定計(jì)算得出另一張實(shí)際想要傳輸?shù)膱D片的做法。
現(xiàn)代技術(shù)常用的一項(xiàng)隱寫術(shù)是水印。水印可以添加在視頻、圖片、音頻等各種數(shù)據(jù)形式當(dāng)中，通過(guò)算法加入的水印只有通過(guò)相同的算法才能夠提取，但其對(duì)文件本身的功用幾乎沒(méi)有任何影響。因此水印具有不可感知性和不可分離性，應(yīng)用在版權(quán)保護(hù)、盜版追蹤、內(nèi)容認(rèn)證等領(lǐng)域。
三、 對(duì)稱密碼與非對(duì)稱密碼
3.1 DES
DES（Data ）是1977年美國(guó)聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)，這是一種對(duì)稱密碼、分組密碼。分組密碼對(duì)應(yīng)于流密碼，不同于流密碼逐比特加密，分組密碼同時(shí)對(duì)一組數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。DES的思想包括了代換、擴(kuò)散和混淆。代換就是將輸入映射到不同的輸出。擴(kuò)散是為了防止頻率攻擊，是使明文和密文之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系盡可能復(fù)雜，使得一位明文可以影響到很多位密文，造成“明文雪崩效應(yīng)”。混淆與擴(kuò)散類似，是使密鑰和密文之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系盡可能復(fù)雜，常見(jiàn)的做法有S盒。
DES的標(biāo)準(zhǔn)步驟為初始置換，輪結(jié)構(gòu)（循環(huán)計(jì)算）和逆初始置換。初始置換是將原來(lái)輸入的64位明文矩陣中的數(shù)據(jù)交換位置，逆初始置換則是恢復(fù)原來(lái)的位置。輪結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，涉及到明文和密鑰的拆分，以及對(duì)其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)的擴(kuò)展、置換、異或運(yùn)算、代換/選擇（S盒）、置換、異或，最后輸出。
3.2 RSA
RSA是一種公鑰密碼算法。如果B要給A發(fā)送消息，就先生成密鑰對(duì)，然后把公鑰發(fā)送給A，A把消息通過(guò)公鑰加密，然后把密文發(fā)送給B，B就可以用自己獨(dú)有的私鑰進(jìn)行解密。
講到這里，主講人邀請(qǐng)三位現(xiàn)場(chǎng)同學(xué)進(jìn)行一個(gè)小游戲體驗(yàn)。兩人分別在心理默想一個(gè)三位數(shù)，通過(guò)給定的公鑰進(jìn)行加密，并把密文告訴另一個(gè)同學(xué)，該同學(xué)通過(guò)私鑰進(jìn)行解密之后成功地答出了兩人心里所想的數(shù)字。這還說(shuō)明，RSA算法可以用在一對(duì)多的交流當(dāng)中，還依然可以保證密文的安全性。
隨后，主講人解釋了RSA算法的本質(zhì)，是通過(guò)非對(duì)稱密碼、大整數(shù)因數(shù)分解難這樣的數(shù)學(xué)難題保障了私鑰的安全性，可以運(yùn)用在數(shù)字簽名領(lǐng)域。
同學(xué)們參與小游戲
四、 Q&A
在接下來(lái)的Q&A環(huán)節(jié)當(dāng)中，老師同學(xué)們?cè)谡J(rèn)真聽(tīng)取講座之后進(jìn)行了熱烈的討論。
法學(xué)院的劉晗老師，同樣作為密碼學(xué)的“小白”，直言他有好多問(wèn)題想問(wèn)。比如說(shuō)古典密碼和現(xiàn)代密碼的最大區(qū)別是什么？線上同學(xué)也想再深入了解下基于算法和基于密鑰的差別。主講人一并回答道，古典密碼著重算法保密，一旦算法泄漏密碼的安全就會(huì)受到?jīng)_擊；而現(xiàn)代密碼著重密鑰保密，即使明確告知算法，只要密鑰不泄漏，密碼依然安全。這一點(diǎn)上看，香農(nóng)的論文使得密碼學(xué)從藝術(shù)變成了技術(shù)。
劉晗老師認(rèn)同這樣的看法密碼學(xué) 古典密碼是基于 的密碼，并且還指出，如果他來(lái)解釋區(qū)別，他覺(jué)得還有一條線索：密碼學(xué)一開(kāi)始業(yè)余愛(ài)好者也能做得很好，后來(lái)加入了復(fù)雜的數(shù)學(xué)之后就變成了一門技術(shù)，只有專業(yè)人士才能研究。比如說(shuō)比特幣，現(xiàn)在甚至變成了一種“邪教”，一種信仰，他們想要突破一切監(jiān)管，不需要中間部門的干預(yù)，秉持一種無(wú)政府立場(chǎng)。
劉晗老師還對(duì)我國(guó)技術(shù)發(fā)展、區(qū)塊鏈算法等前沿問(wèn)題進(jìn)行了提問(wèn)。還創(chuàng)造性地從單向散列函數(shù)保證信息一致性想到能否用來(lái)查重。主講人回答道，查重要求部分一致，散列函數(shù)要做到完全一致，技術(shù)上是不同的。
劉晗老師提問(wèn)交流
iLAW公開(kāi)課系列活動(dòng)旨在為學(xué)科之間的交叉融合提供基礎(chǔ)知識(shí)和分析框架，也希望不同學(xué)科背景的同學(xué)可以在交流討論的過(guò)程中看到更多的思維方式。
希望今后可以有更多的同學(xué)參與到課程中來(lái)，共同學(xué)習(xí)，一起進(jìn)步！
文案 | 楊帆 蔡智平
攝影 | 甘雨豐
排版 | 甘雨豐
審核 | 楊宇清 李雅文
盧璐 單祥
