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：“你的鵝紙在我們手上”；

在數(shù)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(shè)備上，比如你的電腦，你的手機或者你的平板電腦，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，沒法看了。想把數(shù)據(jù)解密？交錢！

加密是計算機科學(xué)中歷史最長久的一種計算了。早在二戰(zhàn)時期，德國就制造了Enigma密碼機，來傳輸機密信息。計算機科學(xué)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(jìn)行轉(zhuǎn)譯，變換成另外一個字母，而機器的結(jié)構(gòu)保證字母不是總是被轉(zhuǎn)譯到另外一個字母。這在當(dāng)年是非常先進(jìn)的一種做法，不過，這種加密中，字母和字母還是有對應(yīng)關(guān)系的，所以在破譯密碼的過程中，一些常見的短語，比如納粹經(jīng)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，神盾局特工里面，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(xiàn)代加密算法中，這種字母對字母的對應(yīng)早已經(jīng)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(xiàn)代加密算法會把一串二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，而不是對單個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稱的。所謂對稱算法，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)過長期研究，保證了加密的有效性，也是公開的。那么區(qū)分不同加密手段的，除了算法，就是秘鑰了。如果加密算法是對稱的，一旦秘鑰被敵方知道，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，很多時候這種第二信道不一定存在，或者不一定現(xiàn)實。比如我們要上網(wǎng)買東西，這個時候誰等得及讓網(wǎng)店先寄一封寫著秘鑰的信來呢？

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的；秘鑰也要傳遞到用戶的電腦，也會被記錄下來。如果秘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。

那么，有沒有一種加密算法，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。

如果說加密算法是把數(shù)據(jù)放到一個保險箱的話，對稱加密算法的秘鑰，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(dāng)時他們?nèi)硕荚诼槭±砉W(xué)院工作。RSA就是他們?nèi)诵帐祥_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(shù)學(xué)家克利福德·柯克斯（Clifford Cocks）在一個內(nèi)部文件中提出了一個相同的算法，但他的發(fā)現(xiàn)被列入機密。如果不是因為他在機密單位工作的話，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公式，讀者就會減少一半的原則，我們這里就不寫公式啦。

非對稱算法的原理都是基于這樣一個原理：對于一個加密的信息，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秘鑰。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(shù)的質(zhì)因子。

要說質(zhì)數(shù)，簡直就是數(shù)學(xué)界的點金石，多少猜想和算法都來源于質(zhì)數(shù)。這里，請允許我向數(shù)學(xué)家陳景潤和張益唐致敬。

我們還是回來說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(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，這里兩個秘鑰哪個作為公鑰，哪個作為私鑰其實是沒關(guān)系的，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(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(nèi)算出情書里面寫的是什么。

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(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，如果你以為讀懂這點就可以到網(wǎng)上去抄一個勒索軟件來賺錢的話，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，小明已經(jīng)要向小紅求婚了。

為了紀(jì)念多年來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，因為最后一步解密是用小明的公鑰解密的，說明這個信息是來自小明，而不是其他人。

注意這里有點繞，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/解密過程，在內(nèi)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(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，也確定了信息的來源，這種方式叫做數(shù)字簽名。

前面說了，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秘鑰長度的情況下，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(wǎng)上購物的時候，RSA算法還在https協(xié)議中，保護(hù)著你的隱私和網(wǎng)上財產(chǎn)。比如，小明和小紅結(jié)婚以后很快有了一個可愛的女兒，在給女兒買尿布，上網(wǎng)交學(xué)費的時候，RSA算法都在保護(hù)著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）

幾年后的一天，小明對小紅說：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，小紅溫柔地說。

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(xué)發(fā)了一封信。

那另一個消息呢？小紅笑瞇瞇地問。

她的老師把這個消息解密了。

?。⌒〖t不禁掩住了嘴，你是說，量子計算機？

是的，小明點點頭。

注：頭圖和第一張圖來自 gfi.com。

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