現在的編劇都懂密碼學了？
「哎呀！不要擠了！」
「兄弟，再往裡邊兒挪挪。」
就這樣，我趕上了這班地鐵。早高峰的地鐵總是很讓人抓狂。我的身體隨著車一會兒一晃。突然，目光被前方小哥的手機吸引了。我好奇地把頭靠過去。這畫面好熟悉，這不就是我之前很喜歡的.很喜歡的那個《秦時明月之萬裡長城》嘛！
我瞄了幾眼他的手機，發現剛好演到第 24 集，瞬間被兩個逼格滿滿的道具吸引了注意力——黑龍捲軸、千機銅盤。
黑龍捲軸乃大秦帝國最高機密文件，為了防止文件中的秘密洩露出去，裡面的內容都是由千機密語編寫而成。
千機密語術乃是陰陽家獨創的一種高深莫測的語法，千變萬化，是解開千機密語的唯一鑰匙。千機銅盤天下間一共有兩個，一個在鹹陽宮嬴政的身邊，另一個則被保存在桑海城將軍府的千機樓中。
為了防止有人偷竊千機密碼銅盤，千機樓周圍除了安排重兵把守外，樓房內還設置了特殊機關——血蠶絲陣。血蠶絲每根絲都用劇毒浸泡過，一旦接觸，立即斃命。
咦？怎麼開始講上故事了。你別急！等我給你小小回顧下劇情，因為我發現了這裡竟然有點奧秘。話說，我那會兒看的時候怎麼沒意識到呢~
故事中盜蹠和大鐵錘（劇中人物）從秦兵手中奪到了黑龍捲宗，準備交給班大師破解。
為了解開黑龍捲宗，盜蹠決定冒險潛入將軍府，盜取千機銅盤。他用了一招「電光神行步」越過戒備森嚴的將軍府，憑藉一塊萬年紫水晶，歷經層層考驗終於成功盜取千機銅盤。幫助班大師解開了黑龍捲宗中的秘密。
「你下不下車啊？不下別擋著！」
我：「.」
千機密碼最強解密
不看後悔的那種
因為想得太入迷，以至於我到站了都不知道。出了地鐵我越想越覺得，這裡的千機密碼似曾相熟。於是我到了公司整理了一下劇情，並把它抽象成下面這幅流程圖：
細細地品味整個故事的情節，我驚奇地發現，這.這簡直就是密碼學的簡單應用啊！
還順便完整地講述了如何對密鑰存儲管理系統（KMS）進行攻擊，並破解密文的整個攻擊過程。只是整個過程被塗抹了武俠的色彩，讓我們看起來極具神秘感。看來現在的編劇都身懷絕技啊！我打算用密碼學的術語把整個情節剖析一下，以此揭開它的神秘面紗。
通信雙方：本次通信的雙方可以認為是鹹陽宮與桑海城，雙方使用提前協商的對稱密鑰（千機銅盤）對通信的內容進行加密，已保證通信內容的機密性。
對稱密鑰：用於加密通信內容的工具，很明顯就是千機銅盤，由於千機銅盤兩個是一模一樣的，因此可以認為是對稱密鑰。
KMS（密鑰存儲管理系統）：用於管理密鑰，防止攻擊者竊取密鑰的存儲系統，千機樓就是這個密鑰存儲管理的系統。其實除了千機樓還有一個 KMS，那就是鹹陽宮，用於保存另一個千機銅盤（密鑰）。
編碼：很多人都會覺得奇怪，怎麼會突然冒出編碼這麼個東西！但是上述情節確實是涉及到編碼，這個編碼便是指經過特殊處理和保護的黑龍捲軸。有人可能會有疑問，為什麼不是二次加密，而是編碼呢？因為班大師破解的過程中未涉及到任何密鑰相關的操作，而且破解的過程與盜取千機銅盤相比要容易的多。而且考慮到傳輸過程中便利性，我們認為把這個特殊的保護理解為編碼更為合適，比如常用的 Base64 編碼。
上面關於加密通信的整個過程就比較清晰了，可以抽象為下面這個過程：
講完了通信過程，下面我們就來看看這個密文是如何被破解的，其實就是一場如何攻破 KMS 並獲取其中密鑰的過程，因為獲取傳輸過程中密文是一個相對簡單的過程。
解碼：只要了解編碼的規則，進行解碼是一件相對比較容易的事情。
竊取密鑰：從劇情中對於千機樓這個 KMS 的描述可以看出，這個 KMS 的設計還是非常安全的，如果攻擊者想要入侵這個 KMS 是非常困難的。如果想要入侵 KMS 就需要知道其內部的薄弱點，或者潛在的漏洞，此時最便捷的方式就是通過社工的方法策反內部人員，這個內部人員就是傳說中的「劍聖」蓋聶。通過內部人員獲取潛在漏洞後，就需要構建 EXP （exploit：漏洞利用），這個 EXP 可以認為那個萬年紫水晶。通過這個 EXP ，在加上「資深黑客」盜蹠，便成功的從 KMS 中獲取了加密密鑰。
獲取密鑰後解密密文便是一件相對容易的事情了，總結一下這次攻擊之所以能夠成功，社工發揮了至關重要的作用，除此之外還有以下兩個因素：
a. 密鑰存儲管理系統（KMS）的設計不夠完善，存在漏洞，從而導致系統的防護被繞過。
b. 通信方式的設計不夠完善，使用固定的對稱密鑰加密通信消息的方式是不安全的，如果密鑰洩漏，將會導致整個通信消息的洩漏。
對稱加密該如何操作？
其實密碼學早在古代時就有運用，現在的密碼學已經成了體系。這其中有一些還與密碼學的算法有關。
密碼學經歷了三個階段。早期階段即古典密碼，這個時期是對整個加密過程保密的。之後到了現代密碼階段即對稱加密，這個時期密碼的安全性都依賴加密密匙。最後一個階段是公鑰密碼，即非對稱加密，這時候加密不用秘密鑰，秘密鑰僅在解密的階段使用。
對稱加密作為最快速、最簡單的一種加密方式，由於其效率高，所以被用在很多加密協議的核心當中。我呢，也來給大家說說這種加密方式。
對稱加密：是使用同一密鑰完成加密和解密的操作。在發展過程中有兩種重要的算法一直沿用至今：DES、AES。
DES 算法在 1977 年 1 月由美國國家標準局公布，是現代第一個對稱加密算法。它屬於分組密碼，明文分組長度為 64 位，產生的密文長度也為 64 位，有效密鑰長度為 56 位。
它是這麼加密的？
a. 對輸入分組進行固定的初始置換，使用 IP 表示，獲得，其中的長度均為 32 位，如下所示：
b. 進行 16 輪迭代，迭代的輪密鑰 𝑘i 是密鑰 𝐾 的子串，長度為 48 位，其中𝑖 = 1,2,3, ⋯ ,16，獲取 的方式如下所示：
c. 將經過 16 輪迭代得到的結果輸入到 IP 的逆置換來消除初始置換的影響，最終得到 DES 的輸出，即加密名的數據：
解密過程中使用的輪密鑰與加密過程中的相同，只是順序發生了變化：
那它又是如何解密的呢？
a. 將密文輸入分組輸入到初始置換函數 IP 中，獲得其中的長度均為 32 位，如下所示：
由加密過程可以得知：
b. 通過獲取如下所示：
由此可得：
c. 同理 ，進行 IP 逆變換從而獲得明文輸出分組，如下所示：
DES 被認為僅有的最嚴重的缺點就是密鑰長度太短，有效長度只有 56 位，易遭受窮舉密鑰攻擊，即利用一個已知明文或密文對進行窮舉測試，直至找到正確的密鑰。
為了彌補 DES 的弱點，衍生了 3DES 算法，其原理是對明文先加密，再解密，最名再加密，3 次加解密操作推薦使用不吋的密鑰，其有效密鑰長度相當於 112 位。
由於 DES 的缺陷，嚴禁使用 DES 進行加解密操作，雖然 3DES 對 DES 進行了加強，但是其密鑰長度仍不能滿足安全的需求（要求密鑰長度最小為 128 位），因此，除非強制要求，儘量不要使用 3DES。此外，由於需要經過 48 輪的變換，3DES 的加解密效率也比較低。
鑑於 DES 的缺陷，1997 年 1 月 2 日美國國家標準和技術研究所（NIST）宣布徵集一個新的對稱密鑰分組密碼算法取代 DES，新算法被命名為高級加密標準（AES）。
1997 年 9 月 12 日開始徵集，2000 年 10 月 2 日 NIST 宣布選中 Rijindael 作為 AES，Rijindael 是由比利時密碼學家 Daeman、Rijmen 共同設計，這種算法有以下面幾個特徵：
AES 加解密操作依賴 4 個可逆的函數：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，咱們以密鑰長度及分組長度均為 128 位為例說明加解密的過程。過程如下：
a. 生成明文輸入分組矩陣，其中位：
b. 生成輪密鑰矩陣，其中位：
c. 進行輪密鑰變換，共需要進行 10 輪變換，其中前 9 輪變換如下：
最後 1 輪變換如下：
d. State 矩陣既表示輸入也表示輸出，這樣經過 10 輪變換，最終獲取加密名的分組消息。解密過程中，由於輪變換的內部函數是可逆的，因此輪變換也是可逆的，以 crypto 表示密文分組矩陣，使用 RoundKey2 表示解密輪密鑰，只需要通過下面兩步運算即可獲得明文分組消息。
① FinalRound (crypto, RoundKey2)
② Round (crypto, RoundKey2)
AES 是目前對稱加密最常用的加密算法，使用時要求其最小密鑰長度為 128 位，隨著 AES 的出現，多重加密（如 3DES）變得不再必要，可變的密鑰長度及分組長度為各種應用需求提供了可選的安全強度，同時密鑰的減少不僅簡化了安全協議和系統的設計，也提升了加密與解密的效率。
那麼，在使用密碼學的過程中應該注意哪些問題呢？使用什麼樣的密碼學算法才是業界的最佳實踐呢？了解更多安全漏洞防護知識，這本書可能會幫到你。
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劇情參考：百度百科——千機密碼銅盤
文圖來源：《秦時明月之萬裡長城》豆瓣截圖
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