【文章內容簡介】 當需要時 ,可使用密鑰把密文數據還原成明文數據 ,稱為解密。這樣就可以實現(xiàn)數據的保密性。眾所周知 ,各種相關 網絡 安全的黑客和病毒都是依賴網絡平臺進行的 ,而如果在網絡平臺上就能切斷黑客和病毒的傳播途徑 ,那么就能更好地保證安全。眾多 銀行如農業(yè)銀行、建設銀行、工商銀行等都采取了數據加密技術與網絡交換設備聯(lián)動。即是指交換機或防火墻在運行的過程中 ,將各種數據流的信息上報給安全設備 ,數字加密系統(tǒng)可根據上報信息和數據流內容進行檢測 ,在發(fā)現(xiàn)網絡安全事件的時候 ,進行有針對性的動作 ,并將這些對安全事件反應的動作發(fā)送到交換機或防火墻上 ,由交換機或防火墻來實現(xiàn)精確端口的關閉和斷開 ,這樣就可以使數據庫得到及時充分有效的保護。 由于金融系統(tǒng) “ 網上銀行 ” 的興起 ,銀行系統(tǒng)的安全問題顯得越來越重要 ,安全隱患已成為迫在眉睫的首要問題。為了解決銀行的安全隱患 ,因此 各種 數據加密在銀行系統(tǒng)中起著越來越重要的作用。 加密系統(tǒng)體系 加密系統(tǒng)的分類 ■ 對稱加密算法 對稱加密算法是應用較早的加密算法，技術成熟。在對稱加密算法中，數據發(fā)信方將明文（原始數據）和加密密鑰一起經過特殊加密算法處理后，使其變成復雜的加密密文發(fā)送出去。收信方收到密文后，若想解讀原文，則需要使用加密深圳學歷教育 深圳成人高考 數據加密技術的研究綜述 6 用過的密鑰及相同算法的逆算法對密文進行解密，才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密算法中，使用的密鑰只有一個，發(fā)收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密，這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。對稱 加密算法的特點是算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。應用于：電子商務。 ■ 不對稱加密算法 不對稱加密算法使用兩把完全不同但又是完全匹配的一對鑰匙 — 公鑰和私鑰。在使用不對稱加密算法加密文件時，只有使用匹配的一對公鑰和私鑰，才能完成對明文的加密和解密過程。加密明文時采用公鑰加密，解密密文時使用私鑰才能完成，而且發(fā)信方（加密者）知道收信方的公鑰，只有收信方（解密者）才是唯一知道自己私鑰的人。不對稱加密算法的基本原理是，如果發(fā)信方想發(fā)送只有收信方才能解讀的加密信息，發(fā)信方必須首先知道收信方的公鑰，然 后利用收信方的公鑰來加密原文；收信方收到加密密文后，使用自己的私鑰才能解密密文。顯然，采用不對稱加密算法，收發(fā)信雙方在通信之前，收信方必須將自己早已隨機生成的公鑰送給發(fā)信方，而自己保留私鑰。由于不對稱算法擁有兩個密鑰，因而特別適用于分布式系統(tǒng)中的數據加密。廣泛應用的不對稱加密算法有 RSA 算法和美國國家標準局提出的 DSA。以不對稱加密算法為基礎的加密技術應用非常廣泛。主要應用于： VPN 系統(tǒng)。 ■ 不可逆加密算法 不可逆加密算法的特征是加密過程中不需要使用密鑰，輸入明文后由系統(tǒng)直接經過加密算法處理成密文，這 種加密后的數據是無法被解密的，只有重新輸入明文，并再次經過同樣不可逆的加密算法處理，得到相同的加密密文并被系統(tǒng)重新識別后，才能真正解密。顯然，在這類加密過程中，加密是自己，解密還得是自己，而所謂解密，實際上就是重新加一次密，所應用的“密碼”也就是輸入的明文。不可逆加密算法不存在密鑰保管和分發(fā)問題，非常適合在分布式網絡系統(tǒng)上使用，但因加密計算復雜，工作量相當繁重，通常只在數據量有限的情形下使用， 廣泛應用在計算機系統(tǒng)中的口令加密，利用的就是不可逆加密算法。近年來，隨著計算機系統(tǒng)性能的不斷提高，不可逆加密的應 用領域正在逐漸增大。 加密體制存在的問題 ■ 對稱加密算法 不足之處是，交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。此外，每對用戶每次使用對稱加密算法時，都需要使用其他人不知道的惟一鑰匙，這會使得發(fā)深圳學歷教育 深圳成人高考 數據加密技術的研究綜述 7 收信雙方所擁有的鑰匙數量成幾何級數增長，密鑰管理成為用戶的負擔。對稱加密算法在分布式網絡系統(tǒng)上使用較為困難，主要是因為密鑰管理困難，使用成本較高。在計算機專網系統(tǒng)中廣泛使用的對稱加密算法有 DES、 IDEA 和 AES。 ■ 不對稱加密算法 不對稱加密算法使用兩把完全不同但又是完全匹配的一對鑰匙 — 公鑰和私鑰。在使用不對稱加密算法加密文件時，只有使用匹配的一對公鑰和私鑰，才能完成對明文的加密和解密過程。加密明文時采用公鑰加密，解密密文時使用私鑰才能完成，而且發(fā)信方（加密者）知道收信方的公鑰，只有收信方（解密者）才是唯一知道自己私鑰的人。不對稱加密算法的基本原理是，如果發(fā)信方想發(fā)送只有收信方才能解讀的加密信息，發(fā)信方必須首先知道收信方的公鑰，然后利用收信方的公鑰來加密原文；收信方收到加密密文后，使用自己的私鑰才能解密密文。顯然，采用不對稱加密算法，收發(fā)信雙方在通信之前，收信方必須將自己早已隨機生成的公 鑰送給發(fā)信方，而自己保留私鑰。由于不對稱算法擁有兩個密鑰，因而特別適用于分布式系統(tǒng)中的數據加密。廣泛應用的不對稱加密算法有 RSA 算法和美國國家標準局提出的 DSA。以不對稱加密算法為基礎的加密技術應用非常廣泛。 ■ 不可逆加密算法 不可逆加密算法不存在密鑰保管和分發(fā)問題，非常適合在分布式網絡系統(tǒng)上使用，但因加密計算復雜，工作量相當繁重，通常只在數據量有限的情形下使用，如廣泛應用在計算機系統(tǒng)中的口令加密，利用的就是不可逆加密算法。近年來，隨著計算機系統(tǒng)性能的不斷提高，不可逆加密的應用領域正在逐漸增大。在計 算機網絡中應用較多不可逆加密算法的有 RSA公司發(fā)明的 MD5算法和由美國國家標準局建議的不可逆加密標準 SHS(Secure Hash Standard:安全雜亂信息標準 )等。 對稱加密、非對稱加密和數字簽名 對稱 加密算法使用單個私鑰來加密和解密數據。由于具有密鑰的任意一方都可以使用該密鑰解密數據，因此必須保護密鑰不被未經授權的代理得到 。 非對稱 加密使用一個必須對未經授權的用戶保密的私鑰和一個可以對任何人公開的公鑰。公鑰和私鑰都在數學上相關聯(lián)；用公鑰加密的數據只能用私鑰解密，而用私鑰簽名的數據 只能用公鑰驗證。公鑰可以提供給任何人；公鑰用于對要發(fā)送到私鑰持有者的數據進行加密。兩個密鑰對于通信會話都是唯一的 。 深圳學歷教育 深圳成人高考 數據加密技術的研究綜述 8 數字簽名 (Digital Signature)是公開密鑰加密技術的一種應用 , 是指用發(fā)送方的私有密鑰加密報文摘要 , 然后將其與原始的信息附加在一起 , 合稱為數字簽名。其使用方式是：報文的發(fā)送方從報文文本中生成一個 128 位或 160 位的單向散列值 (或報文摘要 )，并用自己的私有的密鑰對這個散列值進行加密，形成發(fā)送方的數字簽名；然后將這個數字簽名作為報文的附件和報文一起發(fā)送給報文的接收方；報文的接收方 首先從接收到的原始報文中計算出 128 位的散列值 (或報文摘要 )，接著再用發(fā)送方的公開密鑰對報文附加的數字簽名進行解密；如果這兩個散列值相同，那么接收方就能確認數字簽名是發(fā)送方的。通過數字簽名能夠實現(xiàn)對原始報文的的鑒別和驗證，保證報文的完整性、權威性和發(fā)送者對報文的不可抵賴性。數字簽名機制提供了一種鑒別方法，普遍用于銀行、電子商務等 , 以解決偽造、抵賴、冒充、篡改等問題。 深圳學歷教育 深圳成人高考 數據加密技術的研究綜述 9 3 DES 加密標準 本部分主要介紹 DES的定義、起源，并介紹 DES算法的框架以及 DES實際的案例，然后討論一下 DES算法的安全性和 DES的應用誤區(qū)；最后介紹一下 DES的拓展算法，例如 3DES、 AES算法。 DES 介紹和 DES 算法框架 它出自 IBM 的研究工作，并在 1997 年被美國政府正式采納。它很可能是使用最廣泛的 密 鑰系統(tǒng)，特別是在保護金融數據的安全中，最初開發(fā)的 DES 是嵌入硬 件中的。通常，自動取款機（ Automated Teller Machine， ATM）都使用 DES。 DES 使用一個 56 位的密鑰以及附加的 8 位奇偶校驗位，產生最大 64 位的分組大小。這是一個迭代的分組密碼，使用稱為 Feistel 的技術，其中將加密的文本塊分成兩半。使用子密鑰對其中一半應用循環(huán)功能，然后將輸出與另一半進行 “ 異或 ” 運算；接著交換這兩半，這一過程會繼續(xù)下去，但最后一個循環(huán)不交換。 DES 使用 16 個循環(huán)。 DES 的主要形式被稱為蠻力的或徹底密鑰搜索，即重復嘗試各種密鑰直到有一個符合為止。如果 DES 使用 56 位的密鑰，則可能的密鑰數量是 2 的 56 次方個。隨著計算機系統(tǒng)能力的不斷發(fā)展， DES 的安全性比它剛出現(xiàn)時會弱得多，然而從非關鍵性質的實際出發(fā)，仍可以認為它是足夠的。不過 ， DES 現(xiàn)在僅用于舊系統(tǒng)的鑒 定，而更多地選擇新的加密標準 — 高級加密標準（ Advanced Encryption Standard， AES）。 DES 的常見變體是三重 DES，使用 168 位的密鑰對資料進行三次加密的一種機制；它通常（但非始終）提供極其強大的安全性。如果三個 56 位的子元素都相同，則三重 DES 向后兼容 DES。 DES 實例分析 密文到明文的解密過程可采用與加密完全相同的算法。不過解密要用加密的逆變換 ,就是把上面的最后換位表和初始換位表完全倒過來變換。這里不再贅述。 下面這個例子中演示了如何 使用 c中的加密包進行 DES算法加密 ,大家可以借助這個例子一窺 DES加密的用法。 代碼如下 : using System。 using 。 深圳學歷教育 深圳成人高考 數據加密技術的研究綜述 10 using 。 using 。 public class EncryptStringDES { public static void Main(String[] args) { if ( 1) { (Usage: des_demo encrypt, args[0])。 return。 } // 使用 UTF8 函數加密輸入參數 UTF8Encoding utf8Encoding = new UTF8Encoding()。 byte[] inputByteArray = (args [0].ToCharArray())。 // 方式一 :調用默認的 DES實現(xiàn)方法 DES_CSP. DES des = ()。 // 方式二 :直接使用 DES_CSP()實現(xiàn) DES 的實體 轉貼于 中國 //DES_CSP DES = new DES_CSP()。 // 初始化 DES 加密的密鑰和一個隨機的、 8比特的初始化向量 (IV) Byte[] key = {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xab, 0xcd, 0xef}。 Byte[] IV = {0x12, 0x34, 0x56, 0x78, 0x90, 0xab, 0xcd, 0xef}。 = key。 = IV。 // 建立加密流 SymmetricStreamEncryptor sse = ()。 // 使用 CryptoMemoryStream 方法獲取加密過程的輸出 CryptoMemoryStream cms = new CryptoMemoryStream()。 // 將 SymmetricStreamEncryptor 流中的加密數據輸出到 CryptoMemoryStream 中 (cms)。 深圳學歷教育 深圳成人高考 數據加密技術的研究綜述 11 // 加密完畢 ,將結果輸出到控制臺 (inputByteArray)。 ()。 // 獲取加密數據 byte[] encryptedData = 。 // 輸出加密后結果 (加密結果 :)。 for (int i = 0。 i 。 i++) { ({0:X2} ,encryptedData[i])。 } ()。 //上面演示了如何進行加密 ,下面演示如何進行解密 SymmetricStreamDecryptor ssd = ()。 cms = new CryptoMemoryStream()。 (cms)。 (encryptedData)。 ()。 byte[] decryptedData = 。 char[] decryptedCharArray = (decryptedData)。 (解密后數據 :)。 (decryptedCharArray)。 ()。 } } 編譯 : D:\csharpcsc Microsoft (R) C Compiler Version [NGWS runtime ] Copyright (C) Microsoft Corp 2020. All rights reserved. 運行實例 : D:\csharp 使用 C編寫 DES加密程序的 framework 加密結果 : 深圳學歷教育 深圳成人高考 數據加密技術的研究綜述 12 3D 22 64 C6 57 D1 C4 C3 CF 77 CE 2F D0 E1 78 2A 4D ED 7A A8 83 F9 0E 14 E1 BA 38 7B 06 41 8D B5 E9 3F 00 0D C3 28 D1 F9 6D 17 4B 6E A7 41 68 40 解密后數據 : 使用 C編寫 DES 加密程序的 framework DES算法具有極高的安全性 ,到目前為止 ,除了用窮舉搜索法對 DES算法進行攻擊外 ,還沒有發(fā)現(xiàn)更有效的辦法。通過窮盡搜索空 間 ,可獲得總共 256(大約1016) 個可能的密鑰。如果每秒能檢測一百萬個的話 ,需要 2020 年完成檢測。可見 ,這是很難實現(xiàn)的。當然 ,隨著 科學 技術的 發(fā)展 ,當出現(xiàn)超高速 計算 機后 ,可以考慮把 DES 密鑰的長度再增長一些 ,以此來達到更高的保密程度。隨著信息化和數字化社會的發(fā)展 ,隨著計算機和 Inte r的普及 ,密碼學必將在國家安全、 經濟 交流、 網絡 安全及人民生活等方面發(fā)揮更大作用 [3]。 DES 的安全性和應用誤區(qū) DES 算法具有極高安全性，到目前為止，除了用窮舉搜索法對 DES 算法進行攻擊外，還沒有發(fā)現(xiàn)更有效的辦法。而 56 位長的密鑰的窮舉空間為 256，這意味著 如果一臺計算機的速度是每一秒種檢測一百萬個密鑰，則它搜索完全部密鑰就需要將近 2285 年的時間，可見，這是難以實現(xiàn)的，當然，隨著科學技術的發(fā)展，當出現(xiàn)超高速計算機后，我們可考慮把 DES密鑰的長度再增長一些，以此來達到更高的保密程度。 DES 算法中只用到 64 位密鑰中的其中 56 位，而第 1 2 ......64 位8個位并未參與 DES 運算，這一點，向我們提出了一個應用上的要求，即 DES 的安全性是基于除了 8， 16， 24， ......64 位外的其余 56位的組合變化 256 才得以保證的。因此，在實際應用中，我 們應避開使用第 8， 16， 24， ......64 位作為有效數據位，而使用其它的 56 位作為有效數據位，才能保證 DES 算法安全可靠地發(fā)揮作用。如果不了解這一點，把密鑰 Key 的 8， 16， 24， ..... .64 位作為有效數據使用，將不能保證 DES 加密數據的安全性，對運用 DES 來達到保密作用的系統(tǒng)產生數據被破譯的危險，這正是 DES 算法在應用上的誤區(qū)，留下了被人攻擊、被人破譯的極大隱患 。 DES 的拓展 3DES 深圳學歷教育 深圳成人高考 數據加密技術的研究綜述