Encryption fundamentals
The process starts with original data referred to as plaintext, whatever form it takes. The plaintext is encrypted by an encryption algorithm which makes use of a key. The product of the encryption is ciphertext, which is transmitted to the recipient. When the transmission is received it is decrypted using a decryption algorithm and a key to produce the original plaintext.
加密算法
对称加密
对称加密是指加密和解密时使用同一个密码
非对称加密
公钥加密私钥解密
私钥加密公钥解密
非对称加密是指加密和解密使用不同的秘钥，这两个秘钥分别叫做公钥、私钥。 公钥是可以公开给所有人的，私钥是要自己保密的。
密码的产生(第一回合)
Alice 和 Bob，以及窃听者代表 Eve。
我们从 Alice、Bob 约会的故事展开，来讲讲其中暗藏着哪些危机，又是如何一步步化解的
九月，一个夜黑风高的晚上，Bob 想约 Alice 出来玩，于是给 Alice 发了一封邮件
但我们都知道网络是不可信的，并且由于消息在网络中是明文传输的，所以黑客可以轻易的截获、篡改甚至冒充Bob。
黑客窃听伪造
瞧，Eve 轻易的拿到了邮件内容 （窃听），并且修改了邮件内容 （篡改），甚至说他可以随时冒充 Bob 给 Alice 发送邮件 （伪装）。
如果上图中 Eve 伪造的内容被 Alice 接收到了，那么后果可想而知。
现实世界中，我们每天都在通过网络进行聊天、转账、浏览不存在网站。
如果都是这样明文传输数据，显然毫无安全感。
第二回合
既然我们不能明文传输，那么 Bob 和 Alice 提前商量好密钥，使用对称加密对邮件内容加密不就好了~
只要 Bob 和 Alice 能够保证 密钥不泄露，整个通信就是安全的。
如果密钥泄露，被中间人截获，那么就等同于明文通信。
所以我们不能把安全性寄托在人上面。
并且这里也存在一个问题，如果两个人不能线下见面， 如何在网上安全的交换密钥呢？
这似乎是无解的，因为交换密钥的时候我们必须明文通信，不然对方根本看不懂。但是明文交换即意味着可能泄露。
但是别忘了我们的密码学工具箱里还有一个好东西— 「非对称加密」。
Bob 和 Alice 各自生成一对公私钥，因为公钥本来就是公开的，即可以被任何人获取，所以可以通过网络明文交换公钥。
然后使用公钥加密邮件内容后发送给对方，接收者使用自己的私钥即可解密。完美~
第三回合
在非对称加密体系下，Bob 如何给 Alice 发消息的。
首先 Alice 需要先生成一对公私钥，私钥只能 Alice 自己知道，公钥是可以让任何人都知道的，因此可将公钥直接发送给 Bob，就算被截获也无所谓。
非对称加密
Bob 使用 Alice 的公钥加密邮件内容，加密后的内容只能由 Alice 的私钥解密，所以就算 Eve 截获也是徒劳。
反之，如果 Alice 想给 Bob 回信，就需要用 Bob 的公钥加密后发送。
这就解决了密钥交换问题，也保证了邮件内容不会泄露。也就是说现在可以防窃听。
如何证明Bob是Bob
Eve 也可以使用 Alice 的公钥冒充 Bob 给 Alice 发邮件啊，因为 Alice 的公钥本来就是公开的，任何人都可以获得。
由于 Eve 也可以获得 Alice 公钥，所以没法防止 Eve 伪造和篡改，并且对于 Alice 而言，她无法分辨出邮件到底是 Eve 发的还是 Bob。
所以这个问题的本质就是 「Alice 如何确认邮件来自于 Bob」。
所以我们需要在计算机中引入类似的机制：
即只有 Bob 自己能够产生的独一无二的标志，并且其它人能够验证这个标志确实是属于 Bob的。
这就是「数字签名」。
就是 Bob 自己的私钥，Bob 用自己的私钥对邮件内容计算一个「签名」，将「签名」和邮件内容一起发送出去，接受者 Alice 可以使用 Bob 的公钥验证这个签名是否正确，这就叫「验签」。
如果不是 Bob 的私钥计算的签名，那么 Alice 用 Bob 公钥验签将会出错。
如何证明我就是我？
Bob 和 Alice 现在可以依赖于对称加密进行保密通信，也可以依赖于数字签名验证消息是否是对方发送的。
但是这一切的根基是建立在 Alice 持有的公钥确实是 Bob的，反之亦然。
Eve 如果将自己的公钥冒充 Bob 发送给 Alice，然后 Alice 保存了下来，那以后凡是 Bob 发送的消息，反而会验证签名失败，被当做冒充者。
数字证书
引入数字证书的目的是为了保证公钥不被篡改，即使被篡改了也能识别出来。
而防篡改的方法就是数字签名，但是这个签名不能我们自己做，原因说过了，因为我们的公钥还没分发出去，别人无法验证。
所以只能找可信的第三方来帮我们签名，即证书颁布机构（CA），CA 会将：证书的颁布机构、有效期、公钥、持有者(subject)等信息用 CA 的私钥进行签名。
并且将签名结果和这些信息放在一起，这就叫做「数字证书」。
收到 Bob 发过来的数字证书后，Alice 使用 CA 的公钥进行验证，验证通过即证明这确实是 Bob 证书，也就可以使用证书中包含的 Bob 的公钥，按照之前讨论的流程进行通信。
one-way hash function to send a digital signature
An individual can encrypt a message with a private key and send this to a recipient who has the corresponding public key and who can then use this to decrypt the received ciphertext.
Certification
- An individual (person A) who is a would-be receiver and has a public–private key pair contacts a local CA.
- The CA confirms the identity of person A.
- Person A’s public key is given to the CA.
- The CA creates a public-key certificate (a digital certificate) and writes person A’s public key into this document.
- The CA uses encryption with the CA’s private key to add a digital signature to this document.
- The digital certificate is given to person A.
- Person A posts the digital certificate on a website.
Anyone who wishes to extract the public key from the certificate has to use the CA’s public key.
对称加密和非对称加密
优点：加密/解密速度快，适合大数据量加密 缺点：密钥的管理与分配存在风险
优点：安全性高，解决了对称加密的缺陷 缺点：加密和解密速度比对称密钥加密慢
应用： 数字钱包、
Quantum cryptography (Optional)
- the first row indicates the bit sent
- the second row shows the basis used for this with + representing the one using vertical and horizontal and x representing the diagonal pair.
- The third row shows the receiver’s choice for the polarisation basis for each value.