加密的基础与加密方式

頻出约 39 分钟6 个术语过去问 21 题

本单元目标

能分清加密（暗号化）与解密（復号）的方向，并说明加密能保护什么、不能保护什么。
能从密钥的用法、需要保密的密钥和处理速度来区分共享密钥加密方式（共通鍵暗号方式）与公开密钥加密方式（公開鍵暗号方式）。
能说明混合加密方式（ハイブリッド暗号方式）用哪把密钥加密什么，以及散列函数（ハッシュ関数）与加密有何不同。

术语总表（6 个）

术语	一句话	使用的密钥	能否还原为原始数据
暗号化	用密钥把明文变成第三方无法读懂的密文的处理	加密用的密钥（由方式决定）	用正确的密钥解密即可还原
復号	用密钥把密文还原为原来明文的处理	与加密密钥相对应的密钥	它本身就是还原操作
共通鍵暗号方式	加密和解密使用同一把密钥的方式	收发双方共享的一把密钥	能
公開鍵暗号方式	分别使用成对的公钥和私钥的方式	公钥与私钥组成的一对	能
ハイブリッド暗号方式	正文用共享密钥加密，该共享密钥再用公钥加密的方式	共享密钥，以及接收方的公钥和私钥	能
ハッシュ関数	从任意数据求出固定长度的值、且无法逆推的函数	无（不使用密钥）	不能

暗号化加密

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加密（暗号化）是指利用密钥（鍵）和既定的步骤，把可以直接阅读的数据（明文，平文）转换成第三方看不懂的数据（密文，暗号文）的处理。

密钥是左右转换结果的数据，即使步骤相同，密钥不同，得到的密文也不同。加密的目的是机密性（機密性），即在遭到窃听或盗取时也不让第三方读到内容，它不仅用于通信，也可用于保存的数据。

类比就像用和对方约定好的换字表改写信件后再寄出。即使途中被人偷看，不知道这张表的人也看不懂。

记法日语写作暗号：“暗”是看不见，“号”是记号。从字的构成记住，这是把内容变成看了也读不懂的符号的方向。

考点

常考加密（暗号化）保护的是内容的秘密，它不能防止数据被篡改或删除，也不能恢复被破坏的数据。
常考把硬盘或文件加密后保存，即使 PC（个人计算机）或存储介质被盗，没有密钥的人也很难读到内容。

该术语的过去问 3 题暗号化

復号解密

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解密（復号）是指用密钥把密文还原为原来明文的处理，方向与加密相反。

明文
用密钥加密
密文
用密钥解密
原来的明文

用正确的密钥解密，密文就会还原为原来的明文。

3 / 3

解密需要与加密所用密钥相对应的正确密钥。加密的步骤本身大多是公开的，能否解密取决于是否持有密钥。因此密钥一旦泄露，第三方也能解密，密钥的管理决定了安全性。

类比就像拿同一张换字表反过来查，把改写过的信读回原文。

记法日语復号的“復”就是“复原”“恢复”的“复”。把它记作让密文“复”回原样的操作。

考点

常考用加法和余数让字母移位的密码，只要按相反顺序回溯步骤、减去当初加上的数，就能解密（復号）。相减后为负数时，再加上除数即可还原。
常考解密使用的是与加密（暗号化）密钥相对应的密钥，所以没有该密钥的人即使拿到密文也无法还原。
易混没有密钥的第三方从密文推算出原内容，称为破译（解読），要与用正规密钥还原的解密区分开。

该术语的过去问 3 题復号

共通鍵暗号方式共享密钥加密方式

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共享密钥加密方式（共通鍵暗号方式）是加密和解密使用同一把密钥的方式，发送方和接收方在保密的前提下共享这把密钥。

彼此进行秘密通信的人数	所需密钥数（每两人一组 1 把）	计算方法
2 人	1 把	2 × 1 ÷ 2
3 人	3 把	3 × 2 ÷ 2
5 人	10 把	5 × 4 ÷ 2
n 人	n(n−1)/2 把	两人组合的数量

由于加密和解密使用同一把密钥，机制很简单，但使用前必须把这把密钥安全地交给对方，这种密钥分发（鍵配送）就成了难题。另外，想保密的对象不同就要用不同的密钥，所以每两人一组就要准备 1 把密钥。代表例子有 AES。

类比就像配两把一模一样的钥匙，和对方各拿一把来开同一个带锁的箱子。如果钥匙在送给对方的途中被复制，谁都能打开箱子。

记法英语叫 symmetric（对称）。发送方和接收方的密钥是对称的，也就是同一把。

考点

常考共享密钥（共通鍵）一旦被第三方知道，对方就能用它解密（復号），所以发送方和接收方之间要对其保密管理。
常考n 个人要彼此进行秘密通信，所需密钥数等于两人组合的数量，即 n(n−1)/2 把。人数一多，密钥数就会急剧增加。
常考共享密钥加密方式（共通鍵暗号方式）计算量小，加密（暗号化）和解密的处理速度快。因此它适合加密大量数据。

该术语的过去问 3 题共通鍵暗号方式

公開鍵暗号方式公开密钥加密方式

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公开密钥加密方式（公開鍵暗号方式）使用一对密钥，即可以交给任何人的公钥（公開鍵）和只有本人持有的私钥（秘密鍵），用其中一把加密的数据要用另一把解密。

接收方生成公钥和私钥的密钥对
只分发公钥
发送方用接收方的公钥加密
接收方用自己的私钥解密

只有接收方持有配对的私钥，所以能解密的也只有接收方。

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公钥和私钥是作为数学上相互对应的一对生成的，实际上无法从公钥推算出私钥。私钥不离开生成者本人之手，交给对方的只有公钥。代表例子有 RSA。

类比就像分发许多谁都能扣上的挂锁，而开锁的钥匙只由自己保管。对方用这种挂锁锁好箱子寄来，能打开的就只有自己。

记法英语也叫 asymmetric（非对称）。加密的密钥和解密的密钥“不对称”，也就是不是同一把。

考点

常考要保密地发送内容时，加密（暗号化）用接收方的公钥，解密（復号）用接收方的私钥。发送方自己的密钥不参与。
常考假设每人各持有一对密钥，n 个人共有 2n 把密钥，其中不公开的私钥有 n 把。
常考用私钥加密的内容可以用配对的公钥解密。公钥谁都能拿到，所以按这个方向使用无法保护内容的秘密。

该术语的过去问 3 题公開鍵暗号方式

「共享密钥加密方式」与「公开密钥加密方式」的区别

比较点	共享密钥加密方式	公开密钥加密方式
关键加密与解密的密钥	同一把密钥	成对的不同密钥（公钥和私钥）
密钥的传递	难以安全地送到对方手中	公钥可以分发，所以很容易
关键处理速度	快	慢
n 人使用时的密钥数（公开密钥加密方式按每人 1 对密钥计算）	n(n−1)/2 把	2n 把（私钥 n 把）
代表例子	AES	RSA

ハイブリッド暗号方式混合加密方式

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混合加密方式（ハイブリッド暗号方式）是用共享密钥加密方式（共通鍵暗号方式）加密正文，再用接收方的公钥加密该共享密钥，并把两者一起发送的方式。

准备共享密钥
用共享密钥加密正文
用接收方的公钥加密共享密钥
接收方用私钥取出共享密钥，再解密正文

接收方用私钥取出共享密钥后就能解密正文，而没有私钥的第三方取不出共享密钥。

4 / 4

这种方式结合了共享密钥加密方式处理快的长处和公开密钥加密方式密钥易于传递的长处。耗时的公钥运算只用在很短的共享密钥上，数据量大的正文则交给速度快的共享密钥处理。Web 的加密通信（SSL/TLS）等就采用了这种方式。

类比就像把行李装进普通的带锁行李箱寄出，只把行李箱的钥匙放进用收件人的挂锁锁好的小盒子里一并寄送。

记法就像混合动力汽车按场景切换发动机和电动机，这种方式也让两种加密方式按分工各司其职。

考点

常考发送方加密（暗号化）时，正文用共享密钥（共通鍵），该共享密钥用接收方的公钥（公開鍵）。私钥（秘密鍵）是接收方取出共享密钥时使用的，不用于加密。
易混与单独使用共享密钥加密方式（共通鍵暗号方式）不同，无需事先通过其他安全途径把共享密钥送到对方手中。

该术语的过去问 1 题ハイブリッド暗号方式

ハッシュ関数散列函数

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散列函数（ハッシュ関数）是从任意长度的数据求出固定长度的值，即散列值（ハッシュ値）的函数，无法从散列值求出原始数据。

输入的数据	得到的散列值
几个字的短句	固定长度的值 P
几百页的文档	与 P 长度相同的值 Q
与上面完全相同的文档	无论求多少次都是 Q
上面的文档只改动 1 个字	与 Q 差别很大的值 R

输入哪怕只有微小差别，散列值也会大幅变化。利用这一性质，不必逐一比对原始数据，只要比较很短的散列值，就能确认内容是否相同。代表例子有 SHA-256。

类比就像给文件按指纹。同一份文件的指纹一致，但无法从指纹还原文件的内容。

记法英语 hash 意为“切碎”（土豆饼 hash browns 的 hash）。切碎的东西回不到原来的形状。

考点

常考同一个散列函数（ハッシュ関数）对相同的输入总是输出相同的值。换成别的函数，同一输入得到的值未必一致，而且无法从值反推出输入。
常考散列值（ハッシュ値）由文件的内容决定，所以只要找出散列值相同的文件，即使文件名被改过，也能找到内容相同的文件。
常考比较散列值能发现数据被篡改过，但无法防止篡改本身。由发送方附加、接收方核验的标记数字签名（デジタル署名）在检测篡改时也利用了这一性质。

该术语的过去问 3 题ハッシュ関数

「加密」与「散列函数」的区别

比较点	加密	散列函数
密钥	使用	不使用
关键能否还原为原始数据	用正确的密钥解密即可还原	不能（单向）
输出长度	随输入长度而变化	与输入无关，固定长度
主要目的	对内容保密（机密性）	检测篡改、确认内容是否相同

要点

加密（暗号化）是把明文变成密文以保护内容秘密的处理，解密（復号）则是用对应的密钥把它还原的反向处理。
用公开密钥加密方式保密发送内容时，使用的是接收方的密钥对。
不能让第三方知道的密钥，是共享密钥加密方式中的共享密钥和公开密钥加密方式中的私钥。
混合加密方式（ハイブリッド暗号方式）只把公开密钥加密方式的运算用于很短的共享密钥的加密和解密。
散列函数（ハッシュ関数）的值无法还原，但相同数据得到的值一定一致，所以通过比较可以识别篡改或内容相同的文件。

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