按：本文作者Song，雷鋒網(wǎng)專欄特約作者，西雅圖Newsky Security公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼CTO，業(yè)內(nèi)知名防病毒專家，黑客。

最近在媒體上常常曝光的一個(gè)名詞是勒索軟件。勒索，就是劫持了你在意的人或者東西，然后讓你交錢的一種犯罪行為。

最早的勒索方式是：“你的鵝紙?jiān)谖覀兪稚稀保?/p>

在數(shù)字時(shí)代，勒索方式是：“你的裸照在我們手上”。

不過(guò)，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(jì)算設(shè)備上，比如你的電腦，你的手機(jī)或者你的平板電腦，然后把你的數(shù)據(jù)加密——明天要交給老板的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(méi)法看了。想把數(shù)據(jù)解密？交錢！

加密是計(jì)算機(jī)科學(xué)中歷史最長(zhǎng)久的一種計(jì)算了。早在二戰(zhàn)時(shí)期，德國(guó)就制造了Enigma密碼機(jī)，來(lái)傳輸機(jī)密信息。計(jì)算機(jī)科學(xué)的祖師爺之一圖靈也參與了對(duì)Enigma密碼的破譯工作。Enigma密碼機(jī)的原理，是對(duì)每個(gè)字母進(jìn)行轉(zhuǎn)譯，變換成另外一個(gè)字母，而機(jī)器的結(jié)構(gòu)保證字母不是總是被轉(zhuǎn)譯到另外一個(gè)字母。這在當(dāng)年是非常先進(jìn)的一種做法，不過(guò)，這種加密中，字母和字母還是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的，所以在破譯密碼的過(guò)程中，一些常見(jiàn)的短語(yǔ)，比如納粹經(jīng)常掛在嘴邊，對(duì)希特勒表忠心的話，就被用來(lái)作為解密的入手點(diǎn)。所以呢，神盾局特工里面，九頭蛇組織是必然會(huì)失敗的，就是因?yàn)樗麄冊(cè)捥嗔恕?/p>

（Enigma密碼機(jī)的插線板 圖片來(lái)源：維基百科）

在現(xiàn)代加密算法中，這種字母對(duì)字母的對(duì)應(yīng)早已經(jīng)被跨字母邊界的算法取代。如果把每個(gè)byte作為一個(gè)字母的話，現(xiàn)代加密算法會(huì)把一串二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，而不是對(duì)單個(gè)byte進(jìn)行加密，進(jìn)一步增加了解密的難度。

現(xiàn)代密碼學(xué)里面很多的加密算法是對(duì)稱的。所謂對(duì)稱算法，就是加密的秘鑰和解密的秘鑰是一樣的。

加密算法通常是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，保證了加密的有效性，也是公開(kāi)的。那么區(qū)分不同加密手段的，除了算法，就是秘鑰了。如果加密算法是對(duì)稱的，一旦秘鑰被敵方知道，所有的加密通信就可以被解開(kāi)。這就造成了一個(gè)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，就需要秘鑰。小明怎么把秘鑰給小紅呢？寫在小紙條上嗎？

如果班主任看到了小紙條上的秘鑰，那就可以免費(fèi)看幾個(gè)月的愛(ài)情韓劇了。這種時(shí)候，小明通常會(huì)選擇用另外一個(gè)信道給小紅傳輸秘鑰。比如給小紅寄一封信，或者放學(xué)以后偷偷把寫著秘鑰的小紙條交給小紅。但是，秘鑰還是有泄露的可能性。另外，很多時(shí)候這種第二信道不一定存在，或者不一定現(xiàn)實(shí)。比如我們要上網(wǎng)買東西，這個(gè)時(shí)候誰(shuí)等得及讓網(wǎng)店先寄一封寫著秘鑰的信來(lái)呢？

寫勒索軟件的黑客同樣面臨這個(gè)問(wèn)題：他們的勒索軟件要把用戶的數(shù)據(jù)加密，就需要有算法和秘鑰。算法是寫在軟件里面的，軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載到用戶的電腦上，算法是可以被逆向工程解出來(lái)的；秘鑰也要傳遞到用戶的電腦，也會(huì)被記錄下來(lái)。如果秘鑰和對(duì)稱加密算法都被人知道了，很快就會(huì)被人做出解密軟件來(lái)，勒索的事情就和小明的愛(ài)情一樣，成了空。

那么，有沒(méi)有一種加密算法，能在算法和秘鑰都可能在唯一可用的信道上通信，并且很可能被公開(kāi)的情況下，保證加密的可靠性呢？有的，這就是非對(duì)稱加密算法。

如果說(shuō)加密算法是把數(shù)據(jù)放到一個(gè)保險(xiǎn)箱的話，對(duì)稱加密算法的秘鑰，就是既能鎖保險(xiǎn)箱，又能開(kāi)保險(xiǎn)箱的鑰匙，而非對(duì)稱加密算法，則是鎖保險(xiǎn)箱是一把鑰匙，而開(kāi)保險(xiǎn)箱，是另外一把鑰匙。RSA算法，就是這樣一種非對(duì)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(dāng)時(shí)他們?nèi)硕荚诼槭±砉W(xué)院工作。RSA就是他們?nèi)诵帐祥_(kāi)頭字母拼在一起組成的。1997年，解密了一個(gè)文件。早在1973年，在英國(guó)政府通訊總部工作的數(shù)學(xué)家克利福德·柯克斯（Clifford Cocks）在一個(gè)內(nèi)部文件中提出了一個(gè)相同的算法，但他的發(fā)現(xiàn)被列入機(jī)密。如果不是因?yàn)樗跈C(jī)密單位工作的話，我們現(xiàn)在就是在討論CC算法而不是RSA算法了。

雖然RSA算法的數(shù)學(xué)表達(dá)非常優(yōu)美，但是根據(jù)一篇文章每增加一個(gè)公式，讀者就會(huì)減少一半的原則，我們這里就不寫公式啦。

非對(duì)稱算法的原理都是基于這樣一個(gè)原理：對(duì)于一個(gè)加密的信息，哪怕你買了世界上最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在有生之年也別想算出解密的秘鑰。非對(duì)稱加密算法，就是選擇了一個(gè)難解的問(wèn)題，圍繞它建立加密/解密體系。RSA選擇的難題，是分解一個(gè)大數(shù)的質(zhì)因子。

要說(shuō)質(zhì)數(shù)，簡(jiǎn)直就是數(shù)學(xué)界的點(diǎn)金石，多少猜想和算法都來(lái)源于質(zhì)數(shù)。這里，請(qǐng)?jiān)试S我向數(shù)學(xué)家陳景潤(rùn)和張益唐致敬。

我們還是回來(lái)說(shuō)小明和小紅的愛(ài)情故事吧。如果小明和小紅選擇用RSA算法來(lái)對(duì)他們的情書進(jìn)行加密，首先要用軟件生成各自的公鑰和私鑰，然后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(dāng)然，這里兩個(gè)秘鑰哪個(gè)作為公鑰，哪個(gè)作為私鑰其實(shí)是沒(méi)關(guān)系的，公開(kāi)的那個(gè)就是公鑰，保密的那個(gè)就是私鑰。如果小明要給小紅寫情書，他會(huì)用小紅的公鑰給情書加密，再發(fā)給小紅。小紅收到以后，用自己的私鑰，就可以解密了。那么班主任老師看到的是什么呢？是一團(tuán)亂碼。沒(méi)有小紅的私鑰，班主任老師哪怕用世界上最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，也沒(méi)有辦法在一百年內(nèi)算出情書里面寫的是什么。

同樣的，如果一個(gè)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(duì)受害人的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，而使用的秘鑰可以是網(wǎng)絡(luò)上面下載的公鑰，等用戶付款以后，把私鑰發(fā)給勒索軟件進(jìn)行解密。不過(guò)，如果你以為讀懂這點(diǎn)就可以到網(wǎng)上去抄一個(gè)勒索軟件來(lái)賺錢的話，我建議你還是先跟家里人講好，怎么從局子里面撈自己比較好，不然等你被放出來(lái)，小明已經(jīng)要向小紅求婚了。

為了紀(jì)念多年來(lái)和班主任老師的斗智斗勇，小紅決定讓小明證明求婚是認(rèn)真的，是來(lái)自小明而不是后援團(tuán)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(guò)的信息用小紅的公鑰加密，這樣，小紅拿到這團(tuán)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?yàn)樽詈笠徊浇饷苁怯眯∶鞯墓€解密的，說(shuō)明這個(gè)信息是來(lái)自小明，而不是其他人。

注意這里有點(diǎn)繞，通常我們是用公鑰加密，私鑰解密。但是這里進(jìn)行了兩次加密/解密過(guò)程，在內(nèi)層，是用小明的私鑰加密的。因?yàn)樗借€和公鑰都可以用來(lái)加密，只要用另外一個(gè)進(jìn)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(lái)源，這種方式叫做數(shù)字簽名。

前面說(shuō)了，RSA算法只是非對(duì)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(duì)稱加密算法。相對(duì)RSA算法，橢圓曲線算法在相同秘鑰長(zhǎng)度的情況下，能提供更好的加密強(qiáng)度。不過(guò)目前最流行的非對(duì)稱加密算法，還是RSA算法。就在你剛才去登錄郵箱，或者網(wǎng)上購(gòu)物的時(shí)候，RSA算法還在https協(xié)議中，保護(hù)著你的隱私和網(wǎng)上財(cái)產(chǎn)。比如，小明和小紅結(jié)婚以后很快有了一個(gè)可愛(ài)的女兒，在給女兒買尿布，上網(wǎng)交學(xué)費(fèi)的時(shí)候，RSA算法都在保護(hù)著每一個(gè)劃過(guò)空中的比特，不會(huì)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(guò)程，無(wú)論是傳情書還是買尿布，都需要。圖片來(lái)源：微軟MSDN）

幾年后的一天，小明對(duì)小紅說(shuō)：親愛(ài)的，有一個(gè)好消息和一個(gè)壞消息，你想先聽(tīng)哪個(gè)？

哪個(gè)都好，小紅溫柔地說(shuō)。

首先，小明緩緩道來(lái)，我們的孩子，用RSA加密，給她幼兒園的同學(xué)發(fā)了一封信。

那另一個(gè)消息呢？小紅笑瞇瞇地問(wèn)。

她的老師把這個(gè)消息解密了。

啊！小紅不禁掩住了嘴，你是說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)？

是的，小明點(diǎn)點(diǎn)頭。

注：頭圖和第一張圖來(lái)自 gfi.com。

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