Encryption 如何在加密算法中使用密钥？

我浏览了一些关于加密的好文章。但是，它们都没有描述密钥长度为何重要，以及密钥的确切用途。我的猜测是这样的：

Plaintext:   0101001101010101010
Key:         01010010101010010101   //the longer the key, the longer unique sequence
XOR or smth: //result

这至少是它的工作原理还是我遗漏了什么？

我的本科密码学课程已经有很长时间（超过25年）了，但我会尽力帮助你

虽然不是现代密码学中的完美例子，但考虑使用严格按字母顺序排列的纯文本和密钥，可能会更容易理解。在这样的密码中，您的密钥将是一个字母序列——通常是一个单词或短语——并用于在一系列密码中旋转以加密纯文本。例如，密钥为“cat”的纯文本“dog”将导致加密文本“foz”（假设我做得正确）

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理论上，这个简单的例子是不可破解的，因为密钥和消息文本的长度相同。然而，当消息较长时，与密钥相比，统计分析将指向可用于找出密钥的模式；对于这样的双向密码，密钥直接破解加密的消息。这些模式的频率与键的长度一致，并且很容易在计算机上发现（这就是为什么现在使用xor和单向数学函数）。因此，密钥越长，破解密码就越困难。

密码系统通常比您描述的XOR系统复杂得多。事实上，XORing只有在您拥有一个至少与纯文本消息具有相同位数的密钥，并且您只使用该密钥加密一条消息时才真正起作用。这称为“一次性键盘”加密

在大多数密码系统中，密钥不直接与纯文本组合。相反，它控制加密算法执行的转换。理想情况下，算法执行的转换过于复杂，无法在不知道或猜测密钥的情况下进行反转。因此，在理想情况下，密钥中的位数决定了“暴力破解”所需的平均猜测次数

然而，实际上，密码学家可以从密文（即加密消息）中收集线索，从而减少搜索空间，因此需要使用更多的位。对于我们通常使用的公钥加密系统来说尤其如此。这些系统基于难以反转的数学计算（例如，大素数对的乘法），位数决定了执行反转计算的“问题”大小（例如，两个大素数乘积的因式分解）

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您感兴趣的是如何将键“应用”到纯文本。答案是，不同密码系统的密码不同，而且过程通常相当复杂。这个问题不符合一般的答案。

让我们考虑对称加密。这就是如何将某些数据转换为不可读的数据，但那些拥有某些秘密知识的人除外，这些秘密知识可以使操作反转。这是“对称的”，因为加密所需的知识与解密所需的知识相同

从历史上看，“秘密知识”包括对数据加扰所要执行的步骤的描述。在某种程度上，将“加密方法”分为两部分变得很有趣，一部分是算法（方法步骤的一般描述），另一部分是密钥（当时使用的精确参数）。在计算机上，算法成为机器运行的程序；键是一个数字参数，一系列的0和1。计算机加剧了这种分裂的需要：计算机程序很难保密。一个程序是庞大的，它是写在硬盘上。。。另一方面，一把钥匙足够短，可以放在人脑中，使用时可以打字，可以存储在像廉价智能卡一样小巧的设备中，等等

在某种程度上，钥匙集中了秘密。加密中的所有秘密都存在于该密钥中

在您的XOR示例中，方法是：“我们用键对数据进行XOR”，键是实际的0和1序列，与之进行XOR。众所周知，XOR加密方法极难正确使用（基本上，密钥必须与要加密的数据一样长，这通常非常不切实际；但使用较短的密钥意味着重用密钥的某些部分，这会带来许多致命的弱点）。通常的对称加密系统要复杂得多，并且努力从密钥中提供“您的金钱价值”

一把钥匙值多少钱？由于密钥是整个过程中唯一的秘密部分，攻击者所要做的就是猜测密钥。猜测的最基本形式是穷举搜索：攻击者只需尝试所有可能的密钥。随着密钥长度的增加，可能的密钥数量增长得相当快。例如，一个10位密钥有1024个可能的密钥。对于20位密钥，有1048576个可能的密钥。每增加一位，可能的键数就会增加一倍

如果最著名的攻击是穷举搜索，则算法被视为“鲁棒”。从这个意义上说，鲁棒算法是一种算法，它提供的攻击路径并不比残酷的穷举搜索更好，穷举搜索总是“可行”的，但代价高昂。如果算法是健壮的，并且使用的密钥足够大，可以阻止穷举搜索，那么加密是安全的。实际上，“足够大”意味着“一百位或更多”。被穷举搜索攻击的最大密钥是64位密钥。使用现有技术可以实现的组合数量巨大（18446744073709551616）（需要几年时间和数千台计算机）。计算机速度的不断进步使得