1

现在的编剧都懂密码学了？

“哎呀！不要挤了！”

“兄弟，再往里边儿挪挪。”

就这样，我赶上了这班地铁。早高峰的地铁总是很让人抓狂。我的身体随着车一会儿一晃。突然，目光被前方小哥的手机吸引了。我好奇地把头靠过去。这画面好熟悉，这不就是我之前很喜欢的......很喜欢的那个《秦时明月之万里长城》嘛！

我瞄了几眼他的手机，发现刚好演到第 24 集，瞬间被两个逼格满满的道具吸引了注意力——黑龙卷轴、千机铜盘。

黑龙卷轴乃大秦帝国最高机密文件，为了防止文件中的秘密泄露出去，里面的内容都是由千机密语编写而成。

千机密语术乃是阴阳家独创的一种高深莫测的语法，千变万化，是解开千机密语的唯一钥匙。千机铜盘天下间一共有两个，一个在咸阳宫嬴政的身边，另一个则被保存在桑海城将军府的千机楼中。

为了防止有人偷窃千机密码铜盘，千机楼周围除了安排重兵把守外，楼房内还设置了特殊机关——血蚕丝阵。血蚕丝每根丝都用剧毒浸泡过，一旦接触，立即毙命。

咦？怎么开始讲上故事了。你别急！等我给你小小回顾下剧情，因为我发现了这里竟然有点奥秘。话说，我那会儿看的时候怎么没意识到呢~

故事中盗跖和大铁锤（剧中人物）从秦兵手中夺到了黑龙卷宗，准备交给班大师破解。

为了解开黑龙卷宗，盗跖决定冒险潜入将军府，盗取千机铜盘。他用了一招“电光神行步”越过戒备森严的将军府，凭借一块万年紫水晶，历经层层考验终于成功盗取千机铜盘。帮助班大师解开了黑龙卷宗中的秘密。

“你下不下车啊？不下别挡着！”

我：“......”

2

千机密码最强解密

不看后悔的那种

因为想得太入迷，以至于我到站了都不知道。出了地铁我越想越觉得，这里的千机密码似曾相熟。于是我到了公司整理了一下剧情，并把它抽象成下面这幅流程图：

细细地品味整个故事的情节，我惊奇地发现，这......这简直就是密码学的简单应用啊！

还顺便完整地讲述了如何对密钥存储管理系统（KMS）进行攻击，并破解密文的整个攻击过程。只是整个过程被涂抹了武侠的色彩，让我们看起来极具神秘感。看来现在的编剧都身怀绝技啊！我打算用密码学的术语把整个情节剖析一下，以此揭开它的神秘面纱。

通信双方：本次通信的双方可以认为是咸阳宫与桑海城，双方使用提前协商的对称密钥（千机铜盘）对通信的内容进行加密，已保证通信内容的机密性。

对称密钥：用于加密通信内容的工具，很明显就是千机铜盘，由于千机铜盘两个是一模一样的，因此可以认为是对称密钥。

KMS（密钥存储管理系统）：用于管理密钥，防止攻击者窃取密钥的存储系统，千机楼就是这个密钥存储管理的系统。其实除了千机楼还有一个 KMS，那就是咸阳宫，用于保存另一个千机铜盘（密钥）。

编码：很多人都会觉得奇怪，怎么会突然冒出编码这么个东西！但是上述情节确实是涉及到编码，这个编码便是指经过特殊处理和保护的黑龙卷轴。有人可能会有疑问，为什么不是二次加密，而是编码呢？因为班大师破解的过程中未涉及到任何密钥相关的操作，而且破解的过程与盗取千机铜盘相比要容易的多。而且考虑到传输过程中便利性，我们认为把这个特殊的保护理解为编码更为合适，比如常用的 Base64 编码。

上面关于加密通信的整个过程就比较清晰了，可以抽象为下面这个过程：

讲完了通信过程，下面我们就来看看这个密文是如何被破解的，其实就是一场如何攻破 KMS 并获取其中密钥的过程，因为获取传输过程中密文是一个相对简单的过程。

解码：只要了解编码的规则，进行解码是一件相对比较容易的事情。

窃取密钥：从剧情中对于千机楼这个 KMS 的描述可以看出，这个 KMS 的设计还是非常安全的，如果攻击者想要入侵这个 KMS 是非常困难的。如果想要入侵 KMS 就需要知道其内部的薄弱点，或者潜在的漏洞，此时最便捷的方式就是通过社工的方法策反内部人员，这个内部人员就是传说中的“剑圣”盖聂。通过内部人员获取潜在漏洞后，就需要构建 EXP （exploit：漏洞利用），这个 EXP 可以认为那个万年紫水晶。通过这个 EXP ，在加上“资深黑客”盗跖，便成功的从 KMS 中获取了加密密钥。

获取密钥后解密密文便是一件相对容易的事情了，总结一下这次攻击之所以能够成功，社工发挥了至关重要的作用，除此之外还有以下两个因素：

a. 密钥存储管理系统（KMS）的设计不够完善，存在漏洞，从而导致系统的防护被绕过。

b. 通信方式的设计不够完善，使用固定的对称密钥加密通信消息的方式是不安全的，如果密钥泄漏，将会导致整个通信消息的泄漏。

3

对称加密该如何操作？

其实密码学早在古代时就有运用，现在的密码学已经成了体系。这其中有一些还与密码学的算法有关。

密码学经历了三个阶段。早期阶段即古典密码，这个时期是对整个加密过程保密的。之后到了现代密码阶段即对称加密，这个时期密码的安全性都依赖加密密匙。最后一个阶段是公钥密码，即非对称加密，这时候加密不用秘密钥，秘密钥仅在解密的阶段使用。

对称加密作为最快速、最简单的一种加密方式，由于其效率高，所以被用在很多加密协议的核心当中。我呢，也来给大家说说这种加密方式。

对称加密：是使用同一密钥完成加密和解密的操作。在发展过程中有两种重要的算法一直沿用至今：DES、AES。

• DES/3DES

DES 算法在 1977 年 1 月由美国国家标准局公布，是现代第一个对称加密算法。它属于分组密码，明文分组长度为 64 位，产生的密文长度也为 64 位，有效密钥长度为 56 位。

它是这么加密的？

a. 对输入分组进行固定的初始置换，使用 IP 表示，获得，其中的长度均为 32 位，如下所示：

b. 进行 16 轮迭代，迭代的轮密钥 ?i 是密钥 ? 的子串，长度为 48 位，其中? = 1,2,3, ⋯ ,16，获取  的方式如下所示：

c. 将经过 16 轮迭代得到的结果输入到 IP 的逆置换来消除初始置换的影响，最终得到 DES 的输出，即加密名的数据：

解密过程中使用的轮密钥与加密过程中的相同，只是顺序发生了变化：

那它又是如何解密的呢？

a. 将密文输入分组输入到初始置换函数 IP 中，获得其中的长度均为 32 位，如下所示：

由加密过程可以得知：

b. 通过获取如下所示：

由此可得：

c. 同理  ，进行 IP 逆变换从而获得明文输出分组，如下所示：

DES 被认为仅有的最严重的缺点就是密钥长度太短，有效长度只有 56 位，易遭受穷举密钥攻击，即利用一个已知明文或密文对进行穷举测试，直至找到正确的密钥。

为了弥补 DES 的弱点，衍生了 3DES 算法，其原理是对明文先加密，再解密，最名再加密，3 次加解密操作推荐使用不吋的密钥，其有效密钥长度相当于 112 位。

由于 DES 的缺陷，严禁使用 DES 进行加解密操作，虽然 3DES 对 DES 进行了加强，但是其密钥长度仍不能满足安全的需求（要求密钥长度最小为 128 位），因此，除非强制要求，尽量不要使用 3DES。此外，由于需要经过 48 轮的变换，3DES 的加解密效率也比较低。

• AES 

鉴于 DES 的缺陷，1997 年 1 月 2 日美国国家标准和技术研究所（NIST）宣布征集一个新的对称密钥分组密码算法取代 DES，新算法被命名为高级加密标准（AES）。

1997 年 9 月 12 日开始征集，2000 年 10 月 2 日 NIST 宣布选中 Rijindael 作为 AES，Rijindael 是由比利时密码学家 Daeman、Rijmen 共同设计，这种算法有以下面几个特征：

• 属于分组密码

• 分组长度和密钥长度均独立可变

• 轮变换次数根据密钥及分组长度而定，如长度为 128 位的密钥需进行 10 轮变换，256 位则进行 14 轮变换

• 轮密钥根据公开密钥表导出，不同轮密钥的长度不同

• 算法公开

AES 加解密操作依赖 4 个可逆的函数：SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey，咱们以密钥长度及分组长度均为 128 位为例说明加解密的过程。过程如下：

a. 生成明文输入分组矩阵，其中位：

b. 生成轮密钥矩阵，其中位：

c. 进行轮密钥变换，共需要进行 10 轮变换，其中前 9 轮变换如下：

最后 1 轮变换如下：

d. State 矩阵既表示输入也表示输出，这样经过 10 轮变换，最终获取加密名的分组消息。解密过程中，由于轮变换的内部函数是可逆的，因此轮变换也是可逆的，以 crypto 表示密文分组矩阵，使用 RoundKey2 表示解密轮密钥，只需要通过下面两步运算即可获得明文分组消息。

① FinalRound (crypto, RoundKey2)

② Round (crypto, RoundKey2)

AES 是目前对称加密最常用的加密算法，使用时要求其最小密钥长度为 128 位，随着 AES 的出现，多重加密（如 3DES）变得不再必要，可变的密钥长度及分组长度为各种应用需求提供了可选的安全强度，同时密钥的减少不仅简化了安全协议和系统的设计，也提升了加密与解密的效率。

那么，在使用密码学的过程中应该注意哪些问题呢？使用什么样的密码学算法才是业界的最佳实践呢？了解更多安全漏洞防护知识，这本书可能会帮到你。

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剧情参考：百度百科——千机密码铜盘

文图来源：《秦时明月之万里长城》豆瓣截图

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