什麼是密碼學？

密碼學是現代數位安全的基石，也是保障安全通訊與資料保護的核心技術。隨著網路威脅持續升溫，密碼學已成為所有數位科技從業人員，特別是電腦科學領域必備的專業知識。

什麼是密碼學？

密碼學是一門科學與技術，透過將資訊轉換為特殊格式以防止未經授權存取，從而保障通訊安全。其詞源來自希臘語「隱藏的書寫」，充分體現密碼學的核心功能。在電腦科學領域，密碼學指的是系統性設計機制，使個人能在第三方無法得知的情況下安全傳送、接收與解讀敏感資訊。

密碼通訊的核心要素包括明文與密文。明文是傳送者欲傳遞的原始且可讀資訊；密文則是經加密處理後，需透過正確解碼才能讀取的資料。例如，「I love you」可轉換為數字序列「0912152205251521」，每兩位數字對應字母表中的一個字母。明文轉密文的過程稱為加密，密文還原為明文則稱為解密。

加密歷史簡述

雖然現代密碼學與複雜演算法及數位安全緊密相連，其歷史卻可追溯至古代。早期文明已意識到保密通訊的重要性，有些埃及墓葬中的特殊象形文字或許就是加密的早期雛形。

凱撒密碼由尤里烏斯·凱撒所創，是歷史上最具影響力的加密方法之一。這種替換密碼將字母表中的每個字母向後移三位，創造出簡單但高效的軍事編碼。字元替換原理成為密碼理論的基礎，並延用至現代電腦科學。

文藝復興時期，加密技術大幅提升。16世紀，蘇格蘭女王瑪麗被囚期間，其支持者安東尼·巴比頓設計了一套由23個字母符號、25個單詞符號及混淆用無意義字元組成的複雜密碼系統。最終，法蘭西斯·沃辛厄姆的密碼分析師成功破解這些訊息，揭發針對伊莉莎白一世女王的陰謀，瑪麗也因此於1587年遭處決。

20世紀，密碼學進入機械化與數位化階段。納粹德國的Enigma機利用多組轉子動態加密訊息，在二戰期間帶來技術突破。英國數學家艾倫·圖靈運用Bombe機成功破解Enigma密碼，對盟軍勝利貢獻重大。

戰後，密碼學重心轉向數位資訊保護。IBM攜手美國國家安全局於1977年推出資料加密標準（DES），成為首個廣泛應用的電腦加密協定。隨著運算能力提升，DES逐漸受到暴力破解威脅，促使高級加密標準（AES）誕生，至今仍是業界保護資料的標準。

密碼學中的密鑰是什麼？

密鑰是所有加密系統的核心，也是密碼學在電腦科學中的關鍵定義。密鑰是授權方將明文加密為密文或將密文還原為明文的必備工具。在歷史應用中，密鑰即是編碼規則或符號對應。例如，巴比頓密碼信中，每個符號對應特定字母或單詞，掌握這些規則即擁有密鑰。

現代數位密碼學中，密鑰已成為複雜的字母數字序列，並與演算法協同運作。這些密鑰作為演算法參數，對資料進行加密處理，僅有持有正確密鑰的使用者才能存取原始資訊。密鑰長度與強度直接決定加密安全層級，密鑰管理也成為電腦安全實務的核心。

密碼學的兩大類型

現代密碼系統在電腦科學領域中主要採用兩種密鑰運用方式，各自適用於不同場景。

對稱密鑰密碼學屬於傳統加密方式，使用同一組密鑰完成加密與解密。這要求通訊雙方都擁有相同密鑰，並於通訊前安全交換。高級加密標準（AES）是典型對稱加密，能加密128位元資料區塊，密鑰長度可選128、192或256位元。對稱加密效率高、速度快，但密鑰分發與管理過程複雜，是實務應用的一大挑戰。

非對稱密鑰密碼學於20世紀70年代問世，為安全通訊帶來革命性變革。其採用一組相關但不同的密鑰：公開密鑰與私密密鑰。公開密鑰可公開分發，用於接收加密資料；私密密鑰需嚴格保密，用於解密訊息及數位簽章。此方案有效解決對稱加密的密鑰分發難題，奠定現代密碼學基礎。

加密貨幣生態系統充分展現非對稱加密的實際應用。數位貨幣運用橢圓曲線密碼學，保障區塊鏈交易安全。使用者自主管理錢包，包括公開密鑰（收幣）和私密密鑰（授權交易），實現點對點轉帳，無需第三方中介。僅持有私密密鑰者才能存取與操作數位資產，確保安全性。

密碼學的應用場景

密碼學已廣泛應用於數位生活各層面，是現代線上活動安全的基石。消費者在電商平台輸入信用卡資料或登入信箱時，密碼協定在背景中默默守護資料安全。使用者通常不了解背後複雜的數學機制，而這些正是電腦密碼學的核心。

加密貨幣的誕生，是密碼學原理最具顛覆性的實際應用之一，徹底改寫金融體系。數位貨幣採用非對稱加密，實現無需中心機構的安全、去中心化數位貨幣。公開密鑰與私密密鑰體系賦予使用者完全掌控資產的能力，無須依賴傳統銀行或政府機構。

區塊鏈技術透過智能合約進一步擴展加密貨幣應用，實現自動執行的數位協定。智能合約以密碼學為基礎，運作於去中心化區塊鏈上，安全性甚至優於傳統中心化應用。各類區塊鏈平台上的去中心化應用（dApp）要求使用者透過加密錢包驗證身分，取代傳統帳號與密碼，顯著降低個資外洩風險。

以錢包為基礎的身分驗證模式正在重塑數位身分管理。使用者無須註冊信箱、密碼或個人資料，只需連結加密錢包並以私密密鑰簽章，即可與dApp互動。此模式最大程度減少資料收集，提升隱私，降低駭客攻擊風險，是密碼學在電腦科學領域的實用典範。

結論

密碼學自古代替換密碼演進至現代區塊鏈系統，已然成為安全通訊與金融創新的基礎。從凱撒密碼到智能合約，密碼學的發展展現人類對安全通訊的持續需求。對所有數位科技相關從業者而言，掌握電腦科學領域的密碼學知識已是基本素養。

現今，密碼學守護著從網路銀行交易到去中心化加密貨幣網路的所有資料，是數位隱私與安全的無形保障。隨著網路威脅不斷升級、數位科技滲透生活各層面，密碼學在電腦領域的重要性不斷提升。非對稱加密結合區塊鏈技術，推動更安全、去中心化的系統，降低對中央權威的依賴，強化使用者隱私。

在數位時代，密碼學是每個人安全、高效參與數位生活的必備技能，也是數位素養與電腦科學教育的重要部分。無論是保護個人通訊、金融交易還是支持去中心化應用，密碼學始終是現代數位安全的技術基石。

常見問題

密碼學通俗解釋是什麼？

密碼學是一門將資訊轉換成秘密代碼，使其僅對特定收件人可讀的科學。這就像創造一種只有目標使用者能理解的專屬「語言」。

密碼學的四大核心原則是什麼？

密碼學的四大核心原則包括：保密性、完整性、認證與不可否認性。這四項原則共同保護資料安全與通訊可靠。

密碼學主要分哪兩種類型？

密碼學主要分為對稱密鑰與非對稱密鑰兩大類。對稱加密使用一組密鑰，非對稱加密則採用公開密鑰與私密密鑰配對。

密碼學和密碼術怎麼通俗理解？

密碼學是研究秘密代碼與資訊保護的方法，包括加密與解密，確保通訊安全可靠。