什么是加密？全面指南

加密技术简史

网络上面向普通大众的加密技术既相当新，如今也已相对普及。起初，数据加密纯粹是一种国家安全措施：旨在保障国家或军事机密的安全，并防止敌人（无论是实际的还是潜在的）获取这些机密。随着互联网在 20 世纪 90 年代逐渐成为一种更广泛使用的公共资源，围绕加密的语言及其可访问性也发生了变化。“安全”或“隐私”这两个术语已理所当然地延伸至广大公众。但这种隐藏信息的需要实际上由来已久。

密码学的古老起源

隐藏信息的做法可以追溯到古代文明。希罗多德讲述了希斯泰奥斯如何将一条秘密信息纹在一名奴隶剃光的头皮上，待头发长出来后，信息便被隐藏起来。这就是隐写术——隐藏信息，而非转换信息。

到公元前700–500年，密码法开始出现，用于对敏感信息（如军事通信）进行加密。早期的方法包括简单的字母替换（A=Z，B=Y）。随着时间的推移，加密技术变得越来越复杂。纳粹德国的 “恩尼格玛”密码机 采用了复杂的转子式密码系统，破译这些密码帮助盟军赢得了第二次世界大战。

因此，我们可以说，加密技术既与人类语言政治化之时同样古老，又随着语言不断向数字化转型而日益崭新。

加密作为现代安全技术

现代数字和计算密码学于 1970 年代发展起来，这在很大程度上得益于美国的研究资助和相关举措。 government. RSA（Rivest–Shamir–Adleman）正是这项工作取得的一项成果。这些工作并非完全保密，因为其中涉及学术研究人员以及像 IBM 这样的科技公司，它们是在政府合同下开展工作的。但这些结果被严加保密，被视为国家安全资产。在美国，加密技术甚至被归类为“军火”或武器。法律来限制和起诉其出口。

加密作为一项公共隐私资源

通过诉讼、社会运动和基层技术行动，美国加密法规的放宽，使得加密消息在全球范围内得以普及——从而催生了数字隐私。

到 2010 年代，大多数网络服务都采用了 AES 或类似协议，使加密成为浏览、电子邮件和在线购物的默认设置。

时至今日，争取安全、无后门的加密技术的斗争仍在继续。但首先，让我们来了解一下加密的工作原理。

什么是加密？

加密是指对数据进行转换，使其除拥有解锁所需加密密钥的人员外，无法被读取。不妨先将其想象成将您的敏感信息存放在一间坚不可摧的房间里，除非拥有只有您自己才有的特殊钥匙，否则无法进入。毕竟，“加密”的意思是封存、保护或保密。但您的数据并非被封闭在物理防护室中，而是被转化为数字代码。

加密过程

加密会将您的数据从 “明文”（原始且可读，或“未加密”）转换为 “密文”（不可读，隐藏在“密码”或谜题之下）。特殊的算法会对您数据中的每个字母或数值进行转换，因此即使有人截获了这些数据，也无法破译。我们将讨论的现代加密算法包括 AES、RSA 和 ECC（椭圆曲线密码学）。

加密密钥强度

加密强度由加密密钥的数值长度（或位数）决定：密钥越长，越难破解。 2001 年，AES 作为适用于敏感和一般用途的 128 位加密标准确立，同时也兼容 256 位密钥。 AES 加密技术实际上已使最初的 56 位 DES（数据加密标准）过时。

为了实现高级安全性，256 位加密现已成为行业标准，而在涉及敏感信息的情况下，甚至会采用更高位数的加密方式。要了解 256 位加密等技术的强大之处，请注意，其可能的数字组合和密钥数量约为 10^77。

加密的基本类型

加密的主要形式取决于可信方之间如何共享密钥以及共享何种类型的密钥。在当前实践中，以下加密形式通常被组合在一起，形成混合加密协议。

对称加密

对称加密 使用相同的共享密钥对数据包进行加密和解密。因此，发件人和收件人必须都拥有该密钥，或者事先共享该密钥，才能分别对消息进行加密和解密。 AES 是主要的对称加密标准，它将数据加密为 128 位的固定长度数据块。

由于对称加密的效率显著更高，因此特别适用于大量静态数据，例如保护数据库存储。然而，对称加密的一个问题是，密钥必须在多方之间安全地共享，如果没有加密，这会带来安全风险。这就是非对称加密发挥作用的地方。

非对称加密

非对称加密，或称 公钥加密，使用两把关联的密钥：公钥用于加密，私钥用于解密。这些密钥通过大质数在数学上相互关联，确保用其中一个加密的数据只能用另一个解密。公钥可以自由共享，允许任何人加密消息，而只有收件人的私钥才能解密这些消息。

椭圆曲线密码学 (ECC)

**ECC（椭圆曲线密码学）**是一种基于有限域上椭圆曲线的、发展迅速的非对称加密形式。它利用复杂的数学问题生成公钥和私钥，以最小的计算成本提供强大的安全性。 256 位 ECC 密钥相当于 3072 位 RSA 密钥，这使得 ECC 非常适合用于 SSL/TLS 证书、区块链、WireGuard 以及移动安全领域。

新的加密形式

新的加密方法也在不断涌现。例如，WireGuard 使用 ChaCha20，这是一种快速、安全的流密码，可逐位对数据进行加密。 ChaCha20-Poly1305 通常与 Poly1305 配合使用进行身份验证，它效率极高且能有效抵御网络攻击。

在线流量的混合加密

加密还可以采用混合和多层形式，以更好地保护传输中的数据。正如我们所见，对称加密速度很快，但仅靠它本身并不能提供一种安全、加密的密钥共享方式。公钥密码学为此提供了一种解决方案。混合模型（包括 ECC）在不同层面上结合了对称和非对称加密协议，既保证了密钥安全，又实现了加密优化。

在 Nym 的指南中了解有关 VPN 加密协议 的更多信息。

互联网安全协议

实际上，最普遍的混合加密形式正是如今保障网络流量安全的协议：最初的 SSL（安全套接层）、在 SSL 基础上构建并加以改进的 TLS（传输层安全），以及基于 TLS/SSL 构建的 HTTPS。

SSL/TLS 是先建立加密连接的过程。该过程始于您的浏览器与 Web 服务之间，通过受信任的证书颁发机构 (CA) 对后者的 TLS/SSL 证书及其有效性进行验证，以确保其确为真实服务器。随后将安全地交换一个对称加密密钥，用于加密和解密您的数据。

多层加密

通常，用户数据只加密一次，因为这样既足够安全，又速度快。不过，也有一些方法可以将数据加密多次。连接 VPN 时，您的数据可能会被加密两次：首先通过与目标端的 HTTPS 连接进行加密，然后通过 VPN 隧道再次加密。这些加密步骤本质上形成了多层保护，其中 HTTPS 是围绕您的明文数据核心构建的第一层。

其他路由流程具有更复杂的分层设计。 Tor 网络的 洋葱加密 是混合加密的另一个著名例子，它通过多层加密来保护数据包在其由三个服务器（或节点）组成的路由网络中的传输路径。 Sphinx 专为在类似 mixnet 的网络中进行匿名通信而设计，该网络正是 NymVPN 的运行基础。

速度优化

加密过程越强大，延迟就越容易成为问题。更长的密钥、多阶段密钥交换、多层加密以及多节点解密和路由：所有这些都会增加该过程的计算时间。但这无疑增强了安全性。

归根结底，网络安全与隐私总是需要与速度和性能进行权衡。因此，在选择加密协议，或基于该协议的 VPN 等服务时，必须考虑其采用的加密算法和路由协议。

破解加密的技术

加密安全是否可能被破解？原则上，是的。然而，实际上，目前尚无法直接“破解”现代加密标准。这样做需要巨大的计算资源，而据我们所知，目前尚不存在这样的资源。唯一的问题是，这些计算能力何时才能在实践中真正实现。无论如何，让我们来分析一下可能的实现方法。

密钥获取

破坏加密（即非法访问加密数据）最直接的方式，就是获取加密/decryption密钥。这可以通过多种方式实现。

• 用户错误： 私钥往往因管理不善（例如重复使用或不安全地共享）而泄露。与密码一样，一旦泄露，就可能被利用。
• 网络攻击： 黑客通过网络钓鱼、中间人攻击或 数据库泄露 获取密钥。网络钓鱼会诱骗用户泄露凭据，而攻击者可能会拦截密钥交换，或访问存储不安全的明文密钥。
• 社会工程学： 诸如定向钓鱼或诱饵等心理战术会诱使用户泄露密钥。例如，一封伪造的 IT 电子邮件可能会谎称发生了安全漏洞，以此诱骗用户泄露加密密钥。

即使这些攻击中的任何一种成功了，从技术上讲，这些方法并未破坏或破解加密本身，而是利用了人的弱点来获取密钥。

蛮力攻击

暴力攻击 通过反复试错系统地猜测加密密钥。然而，随着密钥长度的增加，可能的组合数量会呈指数级增长，使得此类攻击难以实施。

虽然 56 位加密在数小时内就被破解并被淘汰，但 128 位加密至今仍未被破解。 256 位加密等高级加密技术使暴力攻击几乎成为不可能，因为这需要耗费不切实际的时间和计算能力。

密码分析

只要有代码存在，就总有人试图破解它们。密码分析可追溯至古代，它通过研究语言模式来破解密码，具体方法是缩小可能的密码范围并分析词频模式。

而对于数字加密来说，情况要复杂得多。现代密码分析试图在密文中寻找规律以缩小密钥范围，但目前的技术在很大程度上仍不切实际。

旁路攻击

侧信道攻击 并非针对加密过程本身，而是分析加密过程中泄露的数据，例如计算机的功耗和时序信息。此 元数据 可用于更精确地识别所使用的加密算法类型以及密钥的参数。但同样，即使已知现代 128 位和 256 位加密算法的具体实现，破解它们也几乎是不可能的。

量子计算

量子计算能够同时处理多项计算，这给加密技术带来了未来风险。尽管这些超级计算机在很大程度上还只是理论上的概念，但在暴力破解和密码分析方面，它们可能比传统系统更胜一筹。尽管其确切影响仍难以预测，但这一威胁已推动了抗量子密码学的发展，以增强加密强度，抵御潜在的量子解密攻击。

隐私加密的局限性

现代加密方法几乎无法破解，这意味着您的在线流量和通信内容，如果经过端到端加密，应该就是安全的。然而，仅靠数据加密是一种必要但尚不充分的保护措施。

即使我们的数据内容经过加密，仍有许多代理和人工智能驱动的系统正在网上积极追踪我们，并收集我们的元数据，即围绕我们所有行为的加密流量所产生的相关数据。

元数据泄露

即使消息经过加密，流量元数据仍具有极高的信息揭示性。 IP 地址、设备类型、位置、收件人 IP 以及活动时间戳等可读数据仍可能泄露。虽然这不会直接泄露个人详细信息，但可以与互联网服务提供商（ISP）或集中式 VPN 的记录建立关联。更常见的是，第三方会对其进行分析，以推断行为模式和用户兴趣。

流量分析

流量分析 汇总了连接频率、浏览习惯、兴趣和政治倾向等信息，从而构建了一个庞大的个人数据池。即使消息或交易经过加密，基于人工智能的追踪仍能分析并推断用户的行为和兴趣，且通常无需征得用户同意。

五. 结论

现代加密技术对于网络安全至关重要，但仅靠它还无法实现真正的隐私保护。随着数据追踪和监控的普遍化，我们需要更多的隐私保护工具。

传统 VPN 通常会集中存储用户元数据，这使得它们容易受到数据泄露和监控的威胁。去中心化 VPN（如 NymVPN）通过禁止记录日志并采用多跳路由，从而消除这些风险，并提供更强大的保护以抵御流量分析。

如需了解有关 VPN 加密的更多信息，请探索 Nym 的 WireGuard 和 OpenVPN 协议。