世界第一簡單 密碼學

　　密碼基礎知識→共通金鑰加密系統→公開金鑰加密系統→實際密碼應用方法

　　隨著網路為現代人帶來無限便利性，「密碼」已然成為守護安全的利器。但是關於密碼，我們又了解多少？本書將從密碼基礎知識至實際應用方法，為您層層剝開密碼的神秘面紗！        

　　近年來由於網際網路的進步，使現代人生活更加便利與完善，不須出門就可以輕鬆上網購物、彈指間買賣股票、運用網路銀行做各種交易等等。當人們放心使用網際網路，並享受其便利性時，保護重要資訊無疑是最重要的課題。

　　近年來，密碼的技術大幅發展。這不僅是資訊安全相關專家的研究領域，對生活於網際網路時代的我們而言，進一步了解密碼也是必須的。

　　本書以漫畫為主要結構，除了針對密碼系統的構造與功能做解說之外，也期望藉此能讓讀者輕鬆理解密碼系統上不可或缺的複雜數學。

　　希望您在沈浸於故事的精采情節時，也能輕易地了解密碼。

作者簡介

三谷 政昭 (Mitani Masaaki)

　　工學博士。

　　生於日本廣島縣尾導市（舊豐田都）) 瀨戶田町。1974年畢業於東京工業大學工學部電子工學科。

　　曾任東京工業大學工學部助手，現為東京電機大學工學部資訊通訊工學科教授。

　　專業領域為數位訊號處理工學、通訊工學、教育工學。

<主要著作>
《數位訊號處理入門》(OHM社)
「以Scliab學習數位訊號處理」(CQ出版)
「理解電子迴路入門的入門(I) 兩極真空管、電晶體篇」(MICRONET)
「重新學習訊號數學」(CQ出版)
「從今天起可以使用的傅立葉變換」(講談社)
 等等。

佐藤 伸一 (Satou Shinichi)

　　出生於日本福島縣伊達市。1990年修畢東京電機大學研究所電氣工學碩士課程。

　　於民間企業從事映像相關機器的設計，曾任生物工學相關的研究之私立大學醫學部助手，現為東京電機大學工學部資訊通訊工學科助手。

　　專門領域為數位訊號處理工學、教育工學。

譯者簡介

林羿妏

　　2006年畢業於台灣大學國際企業學系，目前為兼職口筆譯者。譯有：《圖解燃料電池》、《世界第一簡單 統計學》、《世界第一簡單 微積分》（以上皆為世茂出版）。

前言

序章1

第1章　密碼學的基礎15

1-1　密碼學相關用語16
密碼學的基本用語20
加密金鑰　　和解密金鑰　　的關係21

1-2　古典加密系統24
凱撒密碼24
替代密碼  25
多字母密碼26
置換密碼  27

1-3　密碼的安全性   28
替代密碼的金鑰數   31
多字母密碼的金鑰數   32
置換密碼的金鑰數   32
可解讀的條件   35
絕對安全的密碼   35
安全密碼   37

第2章　共通金鑰（對稱金鑰）加密系統45

2-1　二進位數和XOR運算46

2-2　共通金鑰密碼是什麼？57
共通金鑰密碼的特徵   62

2-3　串流密碼的構造   63

2-4　區塊密碼的構造   66
CBC模式   69

2-5　DES密碼的構造  70
Feistel密碼的基本構造   71
對合72
DES的加密金鑰之生成   75
DES的非線性函數f的構造   76
使用DES加密及解密的基本構造   77

2-6　DES密碼和AES密碼   78
AES密碼的概要   83
簡易版DES加密及解密實例   87
轉換為二進位資料   87
DES密碼的生成   87
DES密碼的解密   95
DES加密金鑰的生成   100
DES解密金鑰的生成   104

第3章　公開金鑰加密系統107

3-1　公開金鑰密碼的基礎   108
公開金鑰加密方式的主要種類   117
單向函數  118
RSA密碼的誕生   121

3-2　質數和質因數分解   122
質數判定   131

3-3　模數（餘數）運算136
模數運算的加法和減法   139
模數運算的乘法和除法   148

3-4　費馬小定理和歐拉定理154
數論之父　　費馬   155
費馬檢驗和假質數157
歐拉定理   158
數學家歐拉   159
兩個質數的乘積之歐拉函數   160

3-5　RSA密碼的構造   163
RSA密碼的加密及解密   165
RSA密碼的金鑰生成法   167
公開金鑰和秘密金鑰的做法   169
RSA密碼的生成   171
RSA密碼的解密   173

3-6　公開金鑰和離散對數問題   175
離散對數問題   176
ElGamal密碼的加密及解密   178
專欄　擴張版輾轉相除法   183

第4章　實際的密碼應用   187

4-1　混合密碼  188

4-2　雜湊函數和訊息認證碼192
竄改   192
防止竄改的對策   194
雜湊函數   195
盜用個人資料   196
防止盜用的對策   197
訊息認證碼的構造   198
否認（repudiation）是什麼？   199
訊息認證碼的兩個缺點   201

4-3　數位簽章202
否認的對策   202
數位簽章的構造   203
中間人攻擊205
防止中間人攻擊的對策   206
憑證和認證中心  206

4-4　公開金鑰密碼基礎建設208
專欄　零知識互動式證明219
補充說明   225
參考文獻   227
索引   228

前言

　　目前以網際網路為中心且被網絡化的資訊社會中，除了活用網路上的公開資訊及電子郵件的往來外，也多虧網路商店及網路銀行的普及，使我們的生活變得更便利。

　　然而，在享受網路時代的恩惠之外，

　　「安心安全、資訊安全、保護個人資料……，以及密碼」

　　這類令人感到些許不安的詞彙，每天都在生活中不斷出現。這到底是怎麼一回事呢？為什麼呢？

　　利用網際網路處理許多資訊時，其中總包含讓別人知道就糟糕的事，不希望別人知道、想要保密的資訊。例如，信用卡號、銀行帳號、病歷、貸款金額、電子郵件地址等，為了不輕易洩露給他人知道，保護資訊是不可或缺的。若資訊被他人惡意運用，很可能會引發犯罪案件。因此，保護資訊無疑是網絡化的資訊社會中最重要的課題。由於存在著許多這類的不安要因，因此為了得以安心且安全地使用網路服務，而構築出的基本技術即為「密碼」。

　　近年來，密碼系統大幅進步。這不僅是資訊安全相關的專家之領域，對於將便利的網際網路視為理所當然，並使用頻繁的我們而言，密碼也是必備的知識。

　　那麼，密碼系統是以何種構造達成資訊安全維護及個人資料的保護呢？

　　本書以漫畫為基礎，解說密碼系統的結構和功能。至於為了理解密碼系統所不可或缺的複雜數學，則以能讓任何人都可以理解的方式解說。期望讀者在沈浸於故事情節的同時，也能輕易地學習。當然，故事中也隱藏了密碼，希望您在閱讀本書的同時也能解開它。相信您在讀完本書後，勢必能習得密碼系統及資訊安全的基礎知識！

　　最後，衷心感謝非常照顧我的OHM社開發局的各位，以及負責作畫的HINOKI IDEROU大師。

2007年4月
作者群筆