加密工作原理：数字隐私保护指南

加密是将可读信息（称为明文）转换为不可读的形式（称为密文）的过程，使用数学算法和称为密钥的秘密值。只有拥有匹配密钥的人才能反转该过程并恢复原始数据。这个单一的机制是今天人们所说的大多数"数字隐私"的基础，从安全消息到在线银行。

两种基本类型：对称和非对称加密

密码系统通常分为两类。对称加密使用单个秘密密钥来锁定和解锁数据：根据隐私公司Proton的说法，发送者和接收者都必须已经拥有相同的密钥。这使对称加密速度快，但它造成了一个实际问题——密钥本身必须以某种方式共享而不被拦截。

非对称加密通过使用两个数学关联的密钥来解决这个问题：一个可以公开共享的公开密钥和一个保持秘密的私密密钥。用一个密钥加密的数据只能用另一个密钥解密，因此无需提前交换秘密。代价是速度：Proton指出，非对称加密的速度大约比对称加密慢1000倍，因为其基础数学要复杂得多。

由于这种权衡，大多数真实系统使用混合方法：非对称加密被短暂用于通过开放网络交换一次性对称密钥，然后快速对称算法处理实际的大量数据。这种组合为HTTPS网站连接、虚拟专用网络（VPN）和加密电子邮件提供动力，Proton解释道。

AES：大多数日常加密背后的标准

最广泛使用的对称算法是高级加密标准（AES），由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日作为联邦信息处理标准（FIPS）197发布。AES支持128、192或256位的密钥长度，并以128位块处理数据。NIST将其描述为可用于保护电子数据的FIPS批准算法，并在全球政府和商业系统中使用。

什么是"端到端"加密

并非所有加密都提供相同的保护级别。标准"传输中"加密，例如HTTPS中使用的TLS协议，仅在设备和服务器之间移动时保护数据——但数据一旦到达该服务器就仍然可读。端到端加密（E2EE）更进一步：根据IBM，数据在传输中保持加密，仅在收件人的设备上解密，这意味着即使携带消息的服务提供商也无法读取其内容。

IBM描述E2EE分四个阶段工作：算法将消息转换为密文；密文在网络中传输，对任何拦截器看起来像随机字符；收件人的设备使用私密或共享密钥来恢复原始消息；然后检查数据的完整性以确认在传输中未被篡改。IBM列举了WhatsApp、Signal和Apple的iMessage等消息平台，以及1Password和Bitwarden等密码管理器，作为应用端到端加密的服务示例。

为什么量子计算机改变了加密标准

监管机构已经在为一个未来的威胁做准备：足够强大的量子计算机理论上可能会破坏当今非对称加密所依赖的数学问题。根据NIST的计算机安全资源中心（CSRC），NIST于2024年8月13日批准了三个新的联邦信息处理标准，这些标准专门为抵抗来自经典和量子计算机的攻击而构建。

这三个标准是FIPS 203、模块格子密钥包装机制标准（源自CRYSTALS-Kyber提交）；FIPS 204、模块格子数字签名标准（源自CRYSTALS-Dilithium）；和FIPS 205、无状态基于哈希的数字签名标准（源自SPHINCS+）。NIST的CSRC指出这些标准"旨在抵抗量子计算机的未来攻击，这威胁着当前标准的安全性"，涵盖密钥交换和用于验证数据未被更改的数字签名。

这对日常隐私意味着什么

对大多数人来说，实际的要点是加密已经默认保护了大部分日常数字生活——HTTPS保护网络浏览，AES保护文件和Wi-Fi流量，E2EE保护许多流行的消息应用。向后量子标准的持续转变主要是由标准制定机构、设备制造商和服务提供商管理的后台基础设施变化，而不是个人用户需要自己配置的东西。