按：本文作者Song，雷锋网专栏特约作者，西雅图Newsky Security公司联合创始人兼CTO，业内知名防病毒专家，黑客。
最近在媒体上常常曝光的一个名词是勒索软件。勒索，就是劫持了你在意的人或者东西，然后让你交钱的一种犯罪行为。
最早的勒索方式是：“你的鹅纸在我们手上”；
在数字时代，勒索方式是：“你的裸照在我们手上”。
不过，目前流行的勒索软件不是这样，拿你东西？那不是太老土了。勒索软件的黑客们才不拿你的东西，他们是先用某种方法把软件放到你的计算设备上，比如你的电脑，你的手机或者你的平板电脑，然后把你的数据加密——明天要交给老板的PPT变成了一坨乱码，跟辛辛苦苦积攒了好多年的小黄片一起，没法看了。想把数据解密？交钱！
加密是计算机科学中历史最长久的一种计算了。早在二战时期，德国就制造了Enigma密码机，来传输机密信息。计算机科学的祖师爷之一图灵也参与了对Enigma密码的破译工作。Enigma密码机的原理，是对每个字母进行转译，变换成另外一个字母，而机器的结构保证字母不是总是被转译到另外一个字母。这在当年是非常先进的一种做法，不过，这种加密中，字母和字母还是有对应关系的，所以在破译密码的过程中，一些常见的短语，比如纳粹经常挂在嘴边，对希特勒表忠心的话，就被用来作为解密的入手点。所以呢，神盾局特工里面，九头蛇组织是必然会失败的，就是因为他们话太多了。
（Enigma密码机的插线板 图片来源：维基百科）
在现代加密算法中，这种字母对字母的对应早已经被跨字母边界的算法取代。如果把每个byte作为一个字母的话，现代加密算法会把一串二进制数据进行加密，而不是对单个byte进行加密，进一步增加了解密的难度。
现代密码学里面很多的加密算法是对称的。所谓对称算法，就是加密的秘钥和解密的秘钥是一样的。
加密算法通常是经过长期研究，保证了加密的有效性，也是公开的。那么区分不同加密手段的，除了算法，就是秘钥了。如果加密算法是对称的，一旦秘钥被敌方知道，所有的加密通信就可以被解开。这就造成了一个难题：比如小明要给小红写情书，为了不让班主任看懂，小明需要把情书加密，但是小红为了看懂情书，就需要秘钥。小明怎么把秘钥给小红呢？写在小纸条上吗？
如果班主任看到了小纸条上的秘钥，那就可以免费看几个月的爱情韩剧了。这种时候，小明通常会选择用另外一个信道给小红传输秘钥。比如给小红寄一封信，或者放学以后偷偷把写着秘钥的小纸条交给小红。但是，秘钥还是有泄露的可能性。另外，很多时候这种第二信道不一定存在，或者不一定现实。比如我们要上网买东西，这个时候谁等得及让网店先寄一封写着秘钥的信来呢？
写勒索软件的黑客同样面临这个问题：他们的勒索软件要把用户的数据加密，就需要有算法和秘钥。算法是写在软件里面的，软件通过网络下载到用户的电脑上，算法是可以被逆向工程解出来的；秘钥也要传递到用户的电脑，也会被记录下来。如果秘钥和对称加密算法都被人知道了，很快就会被人做出解密软件来，勒索的事情就和小明的爱情一样，成了空。
那么，有没有一种加密算法，能在算法和秘钥都可能在唯一可用的信道上通信，并且很可能被公开的情况下，保证加密的可靠性呢？有的，这就是非对称加密算法。
如果说加密算法是把数据放到一个保险箱的话，对称加密算法的秘钥，就是既能锁保险箱，又能开保险箱的钥匙，而非对称加密算法，则是锁保险箱是一把钥匙，而开保险箱，是另外一把钥匙。RSA算法，就是这样一种非对称加密算法。
RSA是1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。当时他们三人都在麻省理工学院工作。RSA就是他们三人姓氏开头字母拼在一起组成的。1997年，解密了一个文件。早在1973年，在英国政府通讯总部工作的数学家克利福德·柯克斯（Clifford Cocks）在一个内部文件中提出了一个相同的算法，但他的发现被列入机密。如果不是因为他在机密单位工作的话，我们现在就是在讨论CC算法而不是RSA算法了。
虽然RSA算法的数学表达非常优美，但是根据一篇文章每增加一个公式，读者就会减少一半的原则，我们这里就不写公式啦。
非对称算法的原理都是基于这样一个原理：对于一个加密的信息，哪怕你买了世界上最强大的计算机，在有生之年也别想算出解密的秘钥。非对称加密算法，就是选择了一个难解的问题，围绕它建立加密/解密体系。RSA选择的难题，是分解一个大数的质因子。
要说质数，简直就是数学界的点金石，多少猜想和算法都来源于质数。这里，请允许我向数学家陈景润和张益唐致敬。
我们还是回来说小明和小红的爱情故事吧。如果小明和小红选择用RSA算法来对他们的情书进行加密，首先要用软件生成各自的公钥和私钥，然后他们各自把自己的私钥藏好，把自己的公钥大大地写在教室的黑板上。当然，这里两个秘钥哪个作为公钥，哪个作为私钥其实是没关系的，公开的那个就是公钥，保密的那个就是私钥。如果小明要给小红写情书，他会用小红的公钥给情书加密，再发给小红。小红收到以后，用自己的私钥，就可以解密了。那么班主任老师看到的是什么呢？是一团乱码。没有小红的私钥，班主任老师哪怕用世界上最强大的计算机，也没有办法在一百年内算出情书里面写的是什么。
同样的，如果一个写勒索软件的黑客，想要防止被人破解，他同样可以用RSA加密算法对受害人的数据进行加密，而使用的秘钥可以是网络上面下载的公钥，等用户付款以后，把私钥发给勒索软件进行解密。不过，如果你以为读懂这点就可以到网上去抄一个勒索软件来赚钱的话，我建议你还是先跟家里人讲好，怎么从局子里面捞自己比较好，不然等你被放出来，小明已经要向小红求婚了。
为了纪念多年来和班主任老师的斗智斗勇，小红决定让小明证明求婚是认真的，是来自小明而不是后援团的。这倒是也难不倒小明，他先把求婚的话用自己的私钥加密，再把加密过的信息用小红的公钥加密，这样，小红拿到这团乱码，先用自己的私钥解密，再用小明的公钥解密，就可以看到小明的话。而且，因为最后一步解密是用小明的公钥解密的，说明这个信息是来自小明，而不是其他人。
注意这里有点绕，通常我们是用公钥加密，私钥解密。但是这里进行了两次加密/解密过程，在内层，是用小明的私钥加密的。因为私钥和公钥都可以用来加密，只要用另外一个进行解密就可以了。小明和小红的这种传递信息的方式，不仅传递了信息，也确定了信息的来源，这种方式叫做数字签名。
前面说了，RSA算法只是非对称加密算法的一种，目前比较流行的还有椭圆曲线加密算法，也是一种非对称加密算法。相对RSA算法，椭圆曲线算法在相同秘钥长度的情况下，能提供更好的加密强度。不过目前最流行的非对称加密算法，还是RSA算法。就在你刚才去登录邮箱，或者网上购物的时候，RSA算法还在https协议中，保护着你的隐私和网上财产。比如，小明和小红结婚以后很快有了一个可爱的女儿，在给女儿买尿布，上网交学费的时候，RSA算法都在保护着每一个划过空中的比特，不会被咖啡馆另一边，或者世界另一边的黑客破解。
（公钥/私钥的加密/解密过程，无论是传情书还是买尿布，都需要。图片来源：微软MSDN）
几年后的一天，小明对小红说：亲爱的，有一个好消息和一个坏消息，你想先听哪个？
哪个都好，小红温柔地说。
首先，小明缓缓道来，我们的孩子，用RSA加密，给她幼儿园的同学发了一封信。
那另一个消息呢？小红笑眯眯地问。
她的老师把这个消息解密了。
啊！小红不禁掩住了嘴，你是说，量子计算机？
是的，小明点点头。
注：头图和第一张图来自 gfi.com。
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林觉民