密码学是计算机中比较基础的学科，真正完全搞明白背后的原理，需要深厚的数学功底，涉及到的学科知识包括：高等数学、线性代数、概率论、抽象代数、数论等知识。
感兴趣的同学可以就这个主题进行深入研究。对于一般的应用者，我们核心是先要知道好一些基本的密码学算法，然后重点掌握算法的应用场景，边界以及一些常见问题下密码学的运用。
密码学基本知识
密码，最初的目的是用于对信息加密，计算机领域的密码技术种类繁多。但随着密码学的运用，密码还被用于身份认证、防止否认等功能上。
最基本的，是信息加解密分为对称加密（Sysmmetric Cryptography）和非对称加密（Public-Key Cryptography，Asymmetric Cryptography），这两者的区别是是否使用了相同的密钥。
除了信息的加解密，还有用于确认数据完整性（Integrity）的单向散列（One-Way Hash Function）技术，又称密码检验（Cryptographic Checksum）、指纹 （Fingerprint）、消息摘要 （Message Digest）。
信息的加解密与信息的单向散列的区别是，对称与非对称加密是可以通过密钥解出明文，而单向散列是不可逆的。信息的加解密，密文必定是不定长的，而单向散列可以是定长的。
结合密码学的加解密技术和单向散列技术，又有了用于防止篡改的消息认证码技术，防止伪装的数字签名技术以及认证证书。
应用场景
在上篇《提升密码学的认知》中，我们提到，密码学不是简单的加解密，它核心要解决的问题是很丰富的。在这里针对不同的应用场景，可以总结出下表：
| 威胁 |
特征 |
相应技术
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|
| 窃听 |
机密性 |
对称、非对称加密 |
| 篡改 |
完整性 |
单向散列、消息认证码、数字签名 |
| 伪装 |
身份认证 |
消息认证、数字签名 |
| 否认 |
不可否认 |
数字签名 |
我们可以举几个常见的例子来说明密码学的技术运用。
1. 文件指纹
文件指纹一般就是把一个文件的内容或者头尾截取一部分做一个Hash，用来标识文件的唯一性。2005年前后，网络基础设施还很差，很多文件的下载旁边还放一个MD5码，用来验证下载到本地的文件是否正确。
当年做P2P文件共享时，就用文件指纹来标记同一个文件，在索引的时候做好这些文件的存储点。用户下载的时候，就可以从过点一起下载。
在用百度网盘的时候，会出现一个大文件，瞬间上传成功。核心技术是啥？其实就是文件指纹。他在上传的时候，先获取本地文件的指纹，然后去服务器搜索，如果找到同样指纹的文件，就不需要重新上传，白占用带宽和存储，直接显示上传成功。
当然还会有git，整个都是围绕文件指纹来设计的。
2. 账户密码存储
前些年，一个网站在注册账户的时候，经常明文存储用户的注册密码。结果在被脱库，结果网站账号和密码都被泄漏。进而，这些黑客还拿着账户和密码去其他常见的网站上去做尝试，进而破解掉更多账号。
这种安全事故屡见不鲜。就来随着各种Web开发框架的完善，大家开发意识逐步加强之后，大家在知道要把密码进行hash存储。通过检查hash值来判断密码的合法性。
后来有发现，只hash密码还是不够，还需要加点随机的东西，称之为salt(盐)，具备更高的安全性。
3. HTTPS
目前主流网站都已经换上HTTPS，大家在浏览器的网站输入栏左边都能看到一个小标记。从HTTP到HTTPS其实是一个密码学知识的广泛运用。虽然知道HTTPS很早，但其背后的运作机制，一直不清楚。
前阵子特意买一本《深入浅出 HTTPS 从原理到实战》，研究过后，总算搞明白。HTTPS的工作机制是一个典型的密码学应用场景，不是简单的某种密码学算法，而是多种算法的组合，通过协议的方式，解决网页访问的安全问题。
4. 区块链中的应用
区块链技术大量而广泛地采用了各种密码学技术，后期我们会逐一谈到。
热门技术研究
对于密码学的学术进展我知之甚少。目前针对区块链这方面领域，有几个重要的密码学技术在做积极探索。这里简单提一下：
1. 隐私保护
随着信息技术不断延伸到生活的方方面面，大家目前都越来越关注个人隐私问题。目前这一块比较好的解决方案是采用：零知识证明，安全多方计算，同态加密这些密码技术来解决。这一块大家可以参考微众银行前阵子发布的隐私安全保护的白皮书，写得通俗易懂，非常值得一读。
2. 量子计算
2019年的CES上，有幸窥见IBM量子计算机的真容。见下图：
目前不时可以听到量子计算机的各种突破性消息，还有量子霸权这种让人震惊的描述。所以区块链行业很多人都担心，一旦量子计算机出来，是否会把区块链底层给颠覆掉呢？
虽然这种说法不能说是完全杞人忧天，但我判断是不可能的。区块链技术本身也是在不断进化的，大家去看比特币的各种BIP文档就明白，它从诞生到现在技术上经历了很多升级和迭代的。区块链项目很多虽然是去中心化的，但并不妨碍项目本身在不断升级去应付新的问题，我们不会死等着黑暗到来。
3. 国密算法
国家于2019年颁布《中华人民共和国密码法》 ，对密码的应用和管理做了很多规范和规定。目前密码算法库都是基于OpenSSL, 很早由欧美学者提出来的算法。处于国家安全和长远战略焦虑，提出我们国家自己的密码算法和相应的算法实现库。
一般应用可以不关心，但目前如果涉及到一些2B或者2G的应用，是否采用国密肯定是很重要的一个指标，在具体项目落地的时候不可不察。
总结
密码学的产生和发展都是在实践中遇到的问题一步步摸索过来的。对于我们一般开发者，核心是要拿来解决实际研发过程中遇到的问题，选择正确和安全的算法。另外就是关注目前研究的热点，把新的算法运用在落地场景之中。
