一、加密学的定义
加密学，从最基本的意义来讲，是运用编码算法把数据转化为不可读形式的学科。它能够隐藏潜在的敏感信息，仅允许被授权者访问这些信息。按照IBM的说法，“加密学”这个词源于希腊语，原意为“隐藏”（kryptos），可直译为“隐藏的书写”。这一概念与强大的加密流程紧密相连，在这个流程中，可读的数据（即明文）会被转换为不可读的数据（即密文）。
美国国家标准与技术研究所（NIST）将加密学描述为“体现数据转换原则、手段和方法的学科”，并且补充指出，加密学的目的在于防止敏感数据被未经授权使用（或者被修改而不被察觉）。
二、加密学的重要性
（一）保密性 加密学借助加密手段把敏感信息转化为不可读格式，如此一来，只有拥有正确解密密钥的授权人员才能够访问和理解数据。这就防止了未经授权的访问，保护关键信息不被泄露。
（二）完整性 用户和组织需要确保数据在传输过程中不会被更改或者篡改，这种特性被称为数据完整性。它是通过哈希函数、消息认证码（MAC）以及其他加密策略来维护的，从而防止数据在传输过程中被篡改。
（三）身份验证 加密学在身份验证方面起着基础性的作用，它推动公钥基础设施（PKI）的使用，并且能够启用安全数字签名。这些加密机制能够验证身份，确保用户、设备或者系统就是其声称的身份。这为安全的数字交互奠定了基础，通过建立信任来防止未经授权的访问。
三、加密学的类型
（一）对称加密 对称加密通常也被叫做“密钥加密”，它依靠单一密钥来进行加密和解密操作。由于这种解决方案采用的算法较为简单，所以通常比非对称加密的速度更快。不过，对称加密存在一个明显的安全隐患，那就是将单个密钥安全地分发给多个授权方是比较困难的。高级加密标准（AES）就是对称加密的一个常见例子。该方法由NIST在2001年确立，它依赖于固定大小的块，并且支持多种密钥长度，其中256位密钥是最安全的，其安全性得益于较长的密钥长度。
（二）非对称加密 非对称加密也被称为“公钥加密”，它利用包含公钥和私钥的密钥对。公钥是公开的，可以用于加密消息；私钥则需要保密，但授权方可以使用它来解密最初用公钥加密的消息。这种方法因安全性远高于对称加密而受到青睐。著名的非对称算法包括RSA（Rivest - Shamir - Adleman）和ECC（椭圆曲线加密）。
（三）混合系统 在某些情况下，将对称和非对称加密方法相结合会更有利，这种做法被称为混合加密。一个常见的例子就是SSL/TLS握手过程，在这个过程中，首先使用非对称加密来建立初始握手的安全连接，一旦连接安全建立，对称加密就开始负责后续的数据持续交换。每次握手的目的都是在客户端和服务器之间建立一个强大且安全的连接，以确保在使用SSL/TLS协议的会话中保密性和完整性得以保持。
四、加密学在数字证书中的作用
（一）数字证书的基础 数字证书是加密方法的实际应用，在保护在线通信和验证身份方面发挥着关键作用。非对称加密是公钥基础设施（PKI）的基础，而PKI通过使用密钥对来验证实体并建立信任，从而支撑数字证书。证书中的公钥是公开共享的，这使得安全交互成为可能，而私钥则受到保护，确保只有授权方能够解密数据。
（二）对称加密的补充作用 对称加密对这一过程起到补充作用，特别是在像SSL/TLS协议这样的混合系统中。在这些场景下，非对称加密保护初始握手并建立连接，随后对称加密高效地对持续的数据交换进行加密。这些加密方法共同为数字证书在现代网络安全环境中提供安全性、信任和性能保障。
（三）综合作用 通过整合这些加密技术，数字证书不仅能够保护敏感信息，还能建立起无缝数字交易和通信所必需的信任和安全。具体来说，它们在以下几个方面有着关键贡献：
- 保护数字交易和数据 在金融和电子商务等领域，加密学通过验证身份和加密通信来推动安全的数字交易，数字证书在验证信任和启用加密交换方面发挥着关键作用。同时，加密学在传输过程中保护敏感数据，例如个人可识别信息（PII），防止未经授权的访问，并且有助于遵循隐私法规。这些综合能力使得加密学在保护数据和确保数字交互安全方面至关重要。
- 帮助建立数字信任 加密策略能够验证身份和网站，从而增强安全数字交互所需的信任。通过数字证书，这些方法确保用户与合法实体相连接，这为所有数字交互奠定了基础，是数字安全的基石。公共数字证书，如域验证（DV）、组织验证（OV）和扩展验证（EV），由证书颁发机构（CA）如Sectigo签发和验证，目的在于建立用户信任并确保在线交互的安全。
- 确保遵守法规 加密学被纳入当今一些最为重要和知名的标准之中。这些法规框架为保护敏感信息和确保数据安全提供了基本的指南。遵守这些标准不仅对保护数据至关重要，还能够避免因不合规而导致的巨额罚款和法律后果。
- 减轻网络安全威胁 在充满威胁的数字环境中，合适的加密策略有助于降低来自复杂/新兴网络威胁的攻击风险。像自动证书生命周期管理（CLM）系统（如Sectigo证书管理器（SCM））这样的工具能够简化安全操作。
五、加密学的发展变化
（一）加密学的动态性 加密学并非一成不变，变化是其内在属性，它是数字领域中最具活力和适应性的学科之一。算法（以及协议和标准）会定期更新，以应对新的挑战或者威胁。
（二）证书生命周期缩短 预计在不久的将来，SSL证书的生命周期将大幅缩短，谷歌和苹果都在倡导显著缩短证书生命周期。谷歌早就表明希望建立90天的证书（最初在“携手前进”路线图中提出），而苹果的提议更为激进，将证书生命周期缩短至仅47天。这对于那些已经在努力跟进证书续订的企业来说似乎是个难题，但缩短证书生命周期是有充分理由的：这样可以减少威胁行为者利用被破坏证书的机会窗口。近期向自动数字证书管理的转变将使加速续订的过程更易于操作。
（三）新兴网络威胁 近年来，加密学变得更加复杂，但不幸的是，网络攻击也变得更加复杂。威胁行为者掌握了多种先进的工具和技术，这使得许多组织即便采用了曾经有效的加密和身份验证策略，仍然面临更大的风险。不过，好消息是加密学也在快速发展，不断采用先进的加密技术来保护用户和组织。像Sectigo SCM这样的工具能够确保组织在应对这些威胁时保持灵活性。同时，NIST等机构也在不断完善其标准和指南，以应对新兴威胁。
（四）量子计算的崛起 量子计算基于量子力学原理，有望用量子位（qubits）取代传统计算位。量子位能够同时处于多种状态，这使得量子计算机能够以更快的速度处理大量数据。量子计算机在创新方面具有巨大潜力，但也带来了巨大的安全挑战，即它能够轻松破解曾经被信赖的算法（如RSA和ECC）。由于公钥加密在很大程度上依赖于RSA和ECC，所以需要主动采取措施来保护数据，防止量子计算机使这些经典方法变得脆弱——专家估计这种威胁可能在未来十年内出现。更为紧迫的是，“现在收集，未来解密”这种攻击方式日益普遍，威胁行为者现在收集加密数据，期望在未来用量子计算机破解。这一情况凸显了现在采用量子安全加密的必要性，以确保敏感信息在技术进步的过程中保持安全。幸运的是，相关解决方案正在研发之中，NIST在推动后量子加密方面处于领先地位，并且已经公布了其获胜的量子抗性加密算法。
（五）加密灵活性 网络安全环境在不断演变，近年来这种变化的速度明显加快。为了跟上这种变化，企业需要具备一种被称为加密灵活性的能力，这种能力决定了企业能否快速适应新的算法或者协议。灵活性强的组织更有能力根据新兴威胁或者监管标准调整自身的方法。许多加密解决方案都有助于提高灵活性，包括自动证书生命周期管理。
（六）加密标准的进步 NIST和ISO（国际标准化组织）等监管机构会定期更新其指南，以反映与新兴趋势或者挑战相关的行业最佳实践。NIST的后量子努力就是一个很好的例子，该项目致力于将在进入后量子时代时仍然安全的加密标准进行标准化。同样，ISO建立了通过ISO/IEC 23837 - 1:2023进行量子密钥分发的框架，其他ISO指南还涵盖了信息安全管理系统（ISMS）、块密码、密钥管理系统中的加密控制等多方面内容，这些标准的不断进步为加密学在不同领域的应用提供了更为坚实的规范基础。
六、加密学在未来发展中的展望
（一）跨领域融合的趋势 随着科技的不断发展，加密学将不仅仅局限于网络安全和数字交易领域。在物联网（IoT）环境中，大量设备之间的通信安全将成为加密学的重要应用场景。例如，智能家居系统中的设备交互、工业物联网中生产设备的数据传输等，都需要加密学来确保数据的保密性、完整性和设备身份的认证。这就要求加密学与物联网技术深度融合，开发出适用于资源受限设备的轻量级加密算法，同时保证足够的安全性。
（二）人工智能与加密学的协同发展 人工智能（AI）在当今社会的影响力日益增大，加密学与人工智能之间的联系也将愈发紧密。一方面，AI技术可以被用于分析加密算法的安全性，通过模拟各种攻击场景来检测加密系统的漏洞。另一方面，加密学为AI提供了数据隐私保护的手段。在AI模型的训练和数据共享过程中，加密技术可以防止数据泄露，确保数据的合法使用。例如，联邦学习（Federated Learning）中的数据加密，使得不同数据源能够在不暴露原始数据的情况下进行模型训练，这是加密学与AI协同发展的一个典型案例。
（三）应对全球数字化转型的挑战 全球范围内的数字化转型加速推进，各个国家和地区的数字化基础设施建设不断完善。加密学在这个过程中面临着新的挑战和机遇。不同国家和地区对于数据主权、隐私保护的法律法规差异，要求加密学能够提供更加灵活和定制化的解决方案。例如，在跨境数据传输中，如何在满足不同国家法规要求的同时，确保数据的安全和有效利用，将是加密学需要解决的重要问题。此外，随着数字化转型带来的数据量爆发式增长，加密学需要不断优化算法效率，以适应大规模数据加密和解密的需求。
（四）用户教育与加密普及 尽管加密学在技术层面不断发展，但普通用户对于加密技术的理解和应用仍然相对有限。在未来，提高用户对加密学的认知和使用能力将成为一个重要的发展方向。这包括向用户普及加密技术在保护个人隐私、数字资产安全等方面的重要性，以及如何正确使用加密工具，如加密邮件、加密存储等。同时，开发更加用户友好的加密产品和服务，降低加密技术的使用门槛，也将有助于加密学在更广泛的人群中得到应用。
加密学作为一门不断发展的学科，在数字时代的各个方面都发挥着不可或缺的作用。从技术创新到法规遵循，从应对新兴威胁到满足不同领域的需求，加密学将持续演进，以适应不断变化的数字世界。
