前言

綜合前幾天的內容：為避免第三方窺探，我們會對訊息進行加密。對 Alice 與 Bob 而言，必須事先約定加密方式，並安全共享對應的金鑰，才能正確解密。倘若每次通訊都要同時交換演算法與金鑰，不僅低效，亦難以維護與審查。因此，現代密碼學遵循柯克霍夫原則 (Kerckhoffs's Principle)「演算法公開、金鑰保密」的原則：加密演算法應是公開、標準化且可受審查的；真正需要保密、也是唯一必須保密的，是金鑰本身。

國際密碼標準：NIST 與 FIPS

現代資訊安全之所以能跨平台、跨語言互通，歸功於權威機構制定的統一標準：

• NIST (美國國家標準技術研究院)：負責評選與制定現代密碼學演算法標準（例如著名的 AES 演算法就是由 NIST 從全球徵稿競賽中選出的）。
• FIPS (聯邦資訊處理標準)：NIST 發布的技術規範與標準。

現代密碼學的三大分類

1. 對稱式加密 (Symmetric Cryptography)

• 核心機制：加解密使用同一把金鑰（共用金鑰）。
• 優點：運算速度極快，且硬體支援度高（現代 CPU 有 AES-NI 指令集加速），非常適合大規模資料加密。
• 痛點：金鑰分發難題——如果傳輸雙方事先完全不認識，要如何透過不安全的網路將金鑰安全地交給對方？

2. 非對稱式加密 (Asymmetric Cryptography)

• 核心機制：使用一對成對的金鑰——公開金鑰（Public Key，簡稱公鑰）與私有金鑰（Private Key，簡稱私鑰）。
• 兩種主要用途：

1. 加密資料：用對方的「公鑰」加密，只有對方的「私鑰」能解密（保障機密性）。
2. 數位簽章：用自己的「私鑰」簽署，任何人都可以用對應的「公鑰」驗證（保障鑑別性與不可否認性）。

• 優點：完美的解決了金鑰分發問題，公鑰可以公開給全世界。
• 痛點：效能較差（速度比對稱加密慢上數百到數千倍），且單次加密的資料長度受限。

3. 混合式加密 (Hybrid Cryptography)

• 核心機制：「取兩者之長，補兩者之短」。

1. 先用非對稱式加密進行身分驗證，並安全地交換一把隨機產生的對稱金鑰（稱為會話金鑰 Session Key）。
2. 後續的大量資料傳輸，全部改用這把 Session Key 進行高效率的對稱式加密。

Reference

• 世界第一簡單密碼學 - 三谷政昭、佐藤伸一
• 圖解密碼學與資訊安全 - 余顯強