數位安全韌性：加密技術如何保護我們的網路環境

你是否曾經想過，為什麼你的線上錢包能保持安全，以及銀行伺服器如何知道支付交易是由正確的人完成的？答案藏在密碼學的深層原理中。如今，隨著數位企業和個人資料不斷面臨威脅，這門古老的科學已成為我們的安全保障。

密碼學定義：簡單來說

密碼學不僅僅是資訊的隱藏——它是一門全面的學科，涵蓋資料的機密性、完整性、認證以及不可否認性。

想像你可以傳送秘密訊息給朋友，而沒有人能讀懂。你可以創建一個密碼——例如用替換每個字母的方式來加密。這只是密碼學的起點。從理論上來說，密碼學這個詞源自古希臘的(κρυπτός（kryptós——隱藏的）、γράφω（graphō——寫作）)，代表通過轉換來實現資料的安全。

四個主要目標：

• 機密性——資料僅對授權人員可讀
• 完整性——資訊在傳輸和存儲過程中未被篡改
• 認證——資訊來源可驗證
• 不可否認性——發送者無法否認已完成的行為

密碼學在我們生活中的滲透

密碼學是看不見但深層的力量：

安全的網站 (HTTPS)： 當你看到網址列的鎖頭圖示，代表TLS/SSL正在運作——它加密你與伺服器之間的流量。你的密碼、支付資訊和個人資料都被隱藏。

訊息應用程式： Signal、WhatsApp等使用端到端加密。甚至應用程式提供者也無法讀取訊息內容。

電子郵件： PGP和S/MIME允許加密訊息和文件，並進行數位簽章。

WiFi網路： WPA2/WPA3協議保護你在家和辦公室的連線。

銀行卡與支付： 每個PIN碼、每筆交易金額都受到密碼學的保護。

加密貨幣： 區塊鏈依賴於密碼學——哈希函數和數位簽章。

密碼學與加密：有何不同

這兩個術語常被混淆，但差異重大：

加密是一個_過程_——將明文轉換成無法理解的密文，並能逆轉。

密碼學是一門_學科_，包括：

• 加密演算法的設計與分析
• 密碼分析(破解密碼的方法)
• 安全協議的開發
• 密鑰管理系統
• 哈希函數理論
• 數位簽章方法

因此，加密是密碼學的一部分，而非整個領域。

密碼學的歷史之旅

從古代到中歐

早期的加密痕跡可追溯到古埃及(約公元前1900年)，使用非標準的象形文字。古斯巴達(公元前5世紀)盛行的斯凱泰爾（scytale）——用特定直徑的棒子纏繞訊息，讀取時需用相同直徑的棒子。

凱撒密碼(公元前1世紀)，將每個字母移動固定數量——當時簡單但有效。

阿拉伯學者，特別是阿爾·金迪(9世紀)，提出了頻率分析——用來破解簡單替換密碼的方法，通過計算字母出現頻率。

維吉尼爾密碼(16世紀)，利用密鑰在每一步改變偏移量。曾被認為“不可破解”長達三個世紀。

機械與電子時代

第一次世界大戰期間，密碼學已經非常重要。英國破解了“齊默爾曼電報”，影響了美國加入戰爭。

第二次世界大戰，機械密碼學佔主導。德國的恩尼格瑪機器，配備轉子、電子電路和反射器，當時堪稱完美。由布萊切利公園的英國數學家(圖靈)破解，成為戰爭轉折點。

電腦革命

1949年，Claude Shannon發表了“秘密系統的通信理論”，為密碼學奠定了數學基礎。

1970年代，DES (數據加密標準)成為首個國際認可的對稱加密標準。

1976年，Diffie和Hellman提出了公開金鑰密碼學——一個革命性的想法，讓雙方可以使用不同的金鑰。

RSA演算法(Rivest、Shamir、Adleman)，將這一理論付諸實踐，至今仍在使用。

對稱與非對稱：安全的兩條路

對稱密碼學

一個密鑰用來加密和解密。就像鎖和鑰匙——有鑰匙的人可以打開鎖。

優點： 快速，適合大量資料。 缺點： 密鑰傳輸困難。每對通信方都需擁有自己的密鑰。

範例：AES (現代標準)、DES、3DES。

非對稱密碼學

兩個數學相關的金鑰——公開(所有人知道)和私有(只有擁有者知道)。就像郵箱——任何人都可以投遞信件(公開金鑰)，但只有擁有者才能用私鑰讀取。

優點： 解決密鑰傳輸問題。支持數位簽章和加密貨幣。 缺點： 比對稱加密慢得多。不適合大檔案。

範例：RSA、ECC (橢圓曲線——較新、更高效)。

實務上常用_混合方法_：非對稱密碼用來交換密鑰，然後對資料進行對稱加密。這也是HTTPS/TLS的運作方式。

哈希函數：數位指紋

哈希函數將任意長度的輸入轉換為固定長度的輸出——數位指紋。

特性：

• **單向性：**反向計算幾乎不可能
• **一致性：**相同輸入產生相同哈希值
• **抗碰撞：**不同輸入不會產生相同哈希值
• **敏感性：**微小變化會導致哈希值大幅改變

用途：

• 檢查檔案完整性(下載的檔案與公開的哈希值)
• 密碼存儲(存儲哈希值而非明文)
• 區塊鏈(將區塊連結的哈希值)

範例：SHA-256 (廣泛使用)、SHA-3、GOST R 34.11-2012 (俄羅斯標準)。

量子電腦：未來威脅與對策

強大的量子電腦威脅現有的非對稱演算法(RSA、ECC)，因為它們依賴於大數分解的困難。

對策：

後量子密碼學 (PQC)： 支援量子攻擊的新演算法。領域包括：格結構、碼、哈希函數。NIST標準化進程正在進行中。

量子金鑰分配 (QKD)： 利用量子力學傳送安全金鑰。每次試圖竊聽都會改變量子狀態，暴露行為。

密碼學應用：現實世界

( 網路與訊息

TLS/SSL： HTTPS確保你與伺服器之間的安全通道。證書驗證域名，金鑰交換加密流量。

端到端加密： Signal、WhatsApp和Threema——訊息在收件人裝置解密，伺服器無法讀取內容。

DNS over HTTPS )DoH###： 隱藏你的瀏覽記錄。

( 金融與財務

電子銀行： TLS加密會話，使用多重驗證。

銀行卡)EMV###： 晶片加密資料，防止克隆。

支付系統： Visa、Mastercard——多層加密。

加密貨幣： 區塊鏈依賴哈希函數和數位簽章。

( 企業與政府

資料保護： 敏感資料在休眠和傳輸中都經過加密。

數位簽章： 文件的真實性與不可篡改性。在政府採購、法院、稅務申報中很重要。

VPN： 員工安全遠端連線。

存取控制： 密碼學令牌與智能卡。

) 俄羅斯特色：1C與GOST系統

俄羅斯企業使用密碼模組###n如CryptoPro CSP###，特別是：

• **電子報告：**向稅務局、養老金基金提交——需合格的電子簽章。
• **電子招標：**ETP平台要求簽章。
• **文件交換：**重要文件的安全保障。

GOST標準(俄羅斯國家標準)：

• **GOST R 34.12-2015：**對稱演算法(Kuznetschik、Magma)
• **GOST R 34.10-2012：**數位簽章(橢圓曲線)
• **GOST R 34.11-2012：**哈希函數(Streibog)

監管機構： FSB (發放許可證、檢查)，FSTEC (監督)。

國際標準與規範

( 俄羅斯的貢獻

蘇聯數學傳統深厚。如今：

• 國家標準)GOST###用於保護國家秘密
• 积極研究後量子與量子模型
• 企業：CryptoPro、InfoTeKS、Security Code

( 美國與NIST

NIST是全球標準制定中心)DES、AES、SHA###。目前正制定後量子密碼標準。

在NSA的參與下，標準分析需謹慎。

( 歐洲

GDPR要求充分的安全措施——密碼學扮演關鍵角色。

ENISA推動最佳實踐。

) 中國

自有標準###SM2、SM3、SM4###，並有嚴格規範。積極投資PQc與量子領域。

( 國際組織

**ISO/IEC：**資訊安全標準。

**IETF：**網路協議)TLS、IPsec、PGP###。

**IEEE：**網路標準。

密碼學職涯

對安全專家的需求持續增加。

( 職位

**密碼學研究員：**開發新演算法、分析、後量子研究。需深厚數學背景)數論、代數、概率論###。

**密碼分析師：**系統分析與弱點挖掘。為情報與安全部門服務。

**資訊安全工程師：**實務應用密碼解決方案——VPN、PKI、加密系統。

**安全開發者：**開發使用密碼學的應用。

**滲透測試員：**尋找漏洞，包括密碼學濫用。

( 必備技能

• 基礎數學
• 演算法與協議理解
• 程式設計)Python、C++、Java###
• 網路與作業系統知識
• 分析思維
• 持續學習(領域快速發展)

( 學習資源

• 大學：)MIT、Stanford、ETH Zürich###
• 線上課程：(Coursera、edX、Stepik)
• 書籍：@E0;Simon Singh《密碼的歷史》、Bruce Schneier《應用密碼學》(
• CTF競賽與CryptoHack

總結

密碼學不是抽象的數學——它是我們數位世界的血液。從私人訊息到政府資料，從金融交易到區塊鏈，所有的安全都仰賴其堅固。

它的歷史由古老的字符移位演變到現代的非對稱演算法。量子電腦帶來新威脅，但後量子密碼學和量子金鑰分配提供對策。

在俄羅斯，有深厚傳統與積極發展。國際合作則為所有人提供保障。

想在數位安全領域導航，必須理解密碼學的基礎。若想在此領域建立事業，則需深厚知識與持續學習。

請使用可信平台，留意你的數位足跡，並明白那看不見的密碼學在守護你的安全。