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数学 让黑客也头疼的加密术

2019-12-31袁欣怡

课堂内外(初中版) 2019年11期
关键词:大数质数加密算法

袁欣怡

你一般怎么设置密码?是用123456,还是用生日?你习惯用同一个密码“走天下”,还是每个账号都会专门设置一个不同的密码?

既然设置密码时,字母区分大小写,再搭配一串数字,系统就会提示密码强度高,那为何这个高强度的密码最好别直接拿到不同的网站使用?

在隐私越发受重视,信息泄露却不时发生的互联网时代,我们到底可以做些什么,来保护好自己的信息?

谈论密码前,

你需要知道的加密算法

無论是想完全防止信息泄露,还是彻底阻拦黑客的攻击,基本上都是不可能完成的任务,于是,在险象环生的信息安全世界里,人们搭建起了一种防御体系一用合适的算法给密码加密,防止数据被黑客还原。

相信大家都听过摩斯密码,它是一种信号代码,在这里,我们可以将其视作一种加密算法。现在,你想给朋友发送”IMissYou”,你需要对照着摩斯密码表,将字母转化成时通时断的信号,再发送给朋友。朋友收到信号之后,只要对照同样的表格,就可以解密出你的悄悄话了。在密码学里面,你和朋友使用的摩斯密码表被称作“密钥”,由于你们用的表相同,也就是密钥相同,因此这种加密算法被称为“对称加密算法”。

使用对称加密算法时,我们所做的其实相当于先将信件装进一个带锁的箱子里,然后邮寄这个箱子。箱子的钥匙只有寄件和收件的人拥有,因此,就算箱子中途被其他人拿到了也不用怕。因为在对称加密算法的防御下,密钥(箱子的钥匙)是唯一的解锁工具,暴力破解是行不通的。

这种加密算法高速又高效,防御能力不错,能把我们的密码较好地锁在“箱子”里。但是科技的发展一点儿也不客气,计算机的计算能力不断提升,密钥被破解出来的可能性也升高了。要知道一旦有第三者“配出了钥匙”,“箱子”就锁不住了,情况危急啊。

好在,我们的防御体系也在不断升级,新的加密算法一非对称加密算法出现了。

此时,我们拥有了两个密钥,一个是公开的,一个是私有的。顾名思义,公开密钥是可以告诉别人的。比如你想给朋友发信息,就得知道朋友的公钥;信息发送后,朋友只需要用自己的私钥去解密就行。同样的,其他知道朋友公钥的人也可以向他发信息。

这就好比朋友在自家门前放了一个信箱,大家都可以往里面投递信件,但是能打开信箱取出信件的,就只有朋友自己了。

藏在加密术背后的算法

加密算法的防御力量从何而来呢?藏在加密术背后的大靠山就是数学。支撑着很多流行的加密算法的,则是大数不可分解性。

还记得那些年将我们折磨得死去活来的因式分解计算题吗?我们知道质数5与质数3相乘等于15,所以当题目要求分解15时,可以很快得到15=5x3这个答案,这个程度的倒是简单。但是现在,出现在我们眼前的是10949769651859,这个长达14位数的大数,可以分解成哪两个质数的乘积呢?

这时候,除了笨办法,拿着已知的质数去一个一个地尝试外,我们别无他法。虽然经过长时间尝试后,可以得到答案10949769651859=4220851X2594209(数字取自《上帝掷骰子吗——量子物理史话》),但是这未免也太低效了!

更可怕的是,当这样的大数继续加大时,想要靠尝试来分解,需要的时间会呈几何级的增长。哪怕只增加1位数,就要多花3倍多的时间来分解。

非对称加密算法的防御能力由此可见一斑。虽然计算机的计算能力在不断提升,破解大数的速度在加快,但是只要我们给大数再增加一两位数,就又能保证很长一段时间的安全了。

你的密码还好吗

知道了防御体系的秘密后,再回过头来看看我们设置的密码。看起来,密码的复杂程度似乎并不影响它被破解的难度?并非如此哦,因为我们的密码,在保存至数据库中时,就要经过某种加密算法的转化。

我们可以对比一组数据,当黑客要破解采用了某种算法保存的密码时,如果密码有6位数,而且都是数字,那么黑客需要建立一个表格,把大约100万种可能放进去,然后一一尝试直至找到正确的排列组合,借助计算机,这并不难;但如果密码有10位数,而且包含了数字和大小写字母,那黑客可能得尝试83亿亿次才行。何况仅仅装下这些数据,就大概得要2000万TB的存储空间,不管是电脑的存储空间还是运算能力,这看起来几乎都是不可能完成的任务啊。由此看来,复杂的密码的确安全度更高。

既然如此,那为何一个复杂的密码最好也别在不同的网站间通用呢?这主要是为了以防万一。万一这个密码不小心被泄露破解了,黑客会直接拿着它去别的数据库试,比如试试这是否也是银行密码,毕竟这比去再次破解一个算法要容易多了。

总之,想要抵挡住黑客,我们可以从源头上,尽可能地做点儿工作。当然,如果你希望走得更远,比如将来为信息安全世界打造一个最强防御体系,那就得在数学领域深耕了。若是再进一步,让数学与物理强强联手,说不定某一天,你能让永远不可能被破解的量子加密术也成为现实呢!

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