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

現代密碼學與資訊安全的相關標準，主要由國際權威機構與網際網路組織共同制定。有了明確的演算法標準，不同的應用程式與系統才能依循規範完成加解密，進而實現跨平臺的安全互通。目前全球最核心的密碼標準體系主要分為兩大體系：

1. 美國國家標準技術研究院 (NIST) 與 FIPS

NIST 負責制定政府與產業級別的官方密碼標準，其採用的演算法與規範主要以「聯邦資訊處理標準」（Federal Information Processing Standards，FIPS）的形式對外發布（例如 AES、SHA-256 等）。FIPS 標準具備嚴格的合規審查機制（如 FIPS 140-3），是政府機關、金融機構與高安全防護企業系統選型時的強制性規範。

2. 網際網路工程任務組 (IETF) 與 RFC

網際網路工程任務組（Internet Engineering Task Force，IETF）則透過「請求意見稿」（Request for Comments，RFC）的形式，定義了現代網際網路通訊協定（如 TLS 1.3、SSH、WireGuard、QUIC）所使用的密碼標準。許多強調高執行效率、抗側道攻擊（Side-Channel Attack）能力且未納入 FIPS 的現代先進演算法（例如 RFC 8439 的 ChaCha20-Poly1305、RFC 7748 的 X25519 曲線），均由 RFC 進行標準化並廣泛應用於行動裝置與現代網路基礎設施中。

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