专项 · 网络安全第 2 课 / 共 9 课免费阅读

编码与加密 · 网络安全入门

Base64 算加密吗？到底什么才能让消息保密？

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为什么需要它

很多真实的泄露，都是因为有人以为「看起来乱码」就等于被保护了。编码、加密、哈希在屏幕上看着差不多，作用却完全不同。把它们搞混，是代码评审里最常见的安全错误之一。

直觉理解

编码是换一套字母表，让数据能安全地传输，就像把消息写成摩斯电码。谁都能还原，因为根本没有密钥。
加密是一把锁。只有拿着密钥的人，才能把乱码变回原文。
哈希是指纹（第 3 课）：原文根本拿不回来。

这一课要用到两个工具：

ord("a") 给出字符对应的数字（97），chr(97) 再把数字变回 "a"。
^ 是异或 XOR：它会翻转二进制位。用同一个密钥异或两次，就会得到原来的值，所以真实的加密算法里也会用到它。

定义

编码与加密

Encoding transforms data into another format using a public scheme and needs no key to reverse. Encryption transforms data so that it can only be reversed with a secret key.
编码用公开的规则把数据换成另一种格式，还原不需要密钥。加密把数据变换成只有用秘密密钥才能还原的形式。

密钥 Key

The secret value that controls an encryption: the same algorithm with a different key gives a different result.
控制加密过程的秘密值：同一个算法，换一个密钥，结果就完全不同。

示例

Base64 什么都没藏住

动手试试

Base64 把字节变成字母和数字，方便放进邮件和网址里。解码不需要任何秘密。

import base64
secret = "pin=4821"
encoded = base64.b64encode(secret.encode()).decode()
print(encoded)
print(base64.b64decode(encoded).decode())

逐步执行

L3.encode() 把文字变成字节，Base64 处理的是字节。
L4看着像乱码，其实只是换了一套字母表。cGluPTQ4MjE=
L5谁都能解开，整个过程没有密钥。pin=4821

凯撒密码有密钥

动手试试

每个字母沿字母表往后移 key 位。用同样的数往回移，就能解开。

def caesar(text, key):
    out = ""
    for ch in text:
        if "a" <= ch <= "z":
            out += chr((ord(ch) - ord("a") + key) % 26 + ord("a"))
        else:
            out += ch
    return out

locked = caesar("attack at dawn", 3)
print(locked)
print(caesar(locked, -3))

逐步执行

L4只移动小写字母，空格保持不变。
L5字母 → 0 到 25 的数，加上密钥，% 26 让 z 之后绕回 a，再变回字母。
L10用密钥 3 把消息锁上。
L11a→d，t→w……dwwdfn dw gdzq
L12用同一个密钥反向移动，就解开了。attack at dawn

常见错误

把 Base64 当成保护

用 Base64「藏起来」的 API 密钥和密码，谁看到都能读出来。要保密的东西，要么加密，要么干脆不存。

自己发明加密算法

凯撒密码和简单 XOR 很适合学习，但实际使用中一破就开：凯撒密码一共才 26 个密钥。真实系统用的是经过检验的算法，比如通过库调用 AES，网络传输用 TLS。

小测验

1. 这段代码会输出什么？

def caesar(text, key):
    out = ""
    for ch in text:
        out += chr((ord(ch) - ord("a") + key) % 26 + ord("a"))
    return out

print(caesar("xyz", 2))

A
```
zab
```
B
```
z{|
```
C
```
abc
```

查看答案

答案：A

x→z，y→a（绕回开头），z→b。绕回靠的就是 % 26。

2. 下面哪个不需要密钥，谁都能还原成原文？

ABase64 编码后的文字
B用 AES 加密后的文字
CSHA-256 哈希值

查看答案

答案：A

Base64 是编码：规则公开，可以还原。AES 需要密钥，哈希则根本无法还原。

动手练习

3 道练习，分三层：先预测程序的输出，再按新需求改程序，最后从零写一个。代码在浏览器里运行，提交马上判题。

预测输出异或两次
准确写出这段程序的输出。
改需求大写字母也要移
这个凯撒密码只会移动小写字母。修改它，让大写字母也一起移动，并且保持大写：
caesar("Hello, World", 3) 应该返回 "Khoor, Zruog"。
从零写破解凯撒密码
凯撒密码一共只有 26 个密钥，攻击者可以全部试一遍。写一个函数 crack(locked, word)：从 0 到 25 试每一个密钥，返回加密时用的那个密钥。已知原文里一定出现单词 word。
caesar 函数已经写好了。用密钥 k 解密，就是 caesar(locked, -k)。

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本课术语

术语	中文	英文定义
Encoding	编码	Changing data into another format with a public, reversible scheme such as Base64.
Encryption	加密	Scrambling data so only someone with the key can read it.
Key	密钥	The secret value that controls encryption and decryption.
XOR	异或 XOR	A bit operation; XOR with the same key twice returns the original value.