【文章內(nèi)容簡介】 ertext)，而把密文 轉(zhuǎn)變?yōu)槊魑牡倪^程稱為解密 (decryption)。 明文 密文 原始明文 圖 211 加密和解密 使消息保密的技術(shù)和科學(xué)叫做密碼編碼學(xué) (cryptography)，從事此行的叫密碼者（ cryptographer） ,密碼分析者（ cryptanalyst）是從事密碼分析的專業(yè)人員，密碼分析學(xué)（ cryptanalysis）就是破譯密文的科學(xué)和技術(shù)，即揭穿偽裝。密碼學(xué)（ cryptologist），現(xiàn)代的密碼學(xué)家通常也是理論數(shù)學(xué)家。 明文用 M 或 P 表示，它可能是位序列、文本文件、位 圖、數(shù)字化語音或數(shù)字化的視頻圖象等。對(duì)于計(jì)算機(jī)， M 指簡單的二進(jìn)制數(shù)據(jù) 。明文可以被傳送和存儲(chǔ)，無論在哪種情況， M 指待加密的消息。 密文用 C 表示，它也是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，有時(shí)和 M 一樣大，有時(shí)稍大。加密函數(shù) E 作用于 M 得到密文 C，可用數(shù)學(xué)公式表示： E（ M） =C 相反地，解密函數(shù) D 作用于 C 產(chǎn)生 M： D（ C） =M 先加密后解密，原始明文將恢復(fù)，故下面的等式必須成立： D（ E（ M）） =M 鑒別、完整性和抵賴性 除了提供機(jī)密性外，密碼學(xué)通常還有其他作用： 鑒別 (authentication) 消息的接收者應(yīng)該能夠確認(rèn)消息的來源；入侵者不可能偽裝成其他人。 完整性 (integrity) 消息的接收者應(yīng)該能夠驗(yàn)證在傳送過程中消息沒有被修改；入侵者不可能用假的消息代替合法的消息。 加 密 解 密 南京郵電學(xué)院本科畢業(yè)論文 網(wǎng)上支付系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)（商家服務(wù)器端） 12 抗抵賴 (nonreppudiation) 發(fā)送者事后不可能虛假地否認(rèn)他發(fā)送的消息。 這些功能是通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行社會(huì)交流至關(guān)重要的要求，就象面對(duì)面交流一樣。某人是否就是他說的人；某人的身份證明文件是否有效；聲稱從某人那里來的文件是否確實(shí)從那個(gè)人那里來的；這些事情都是通過鑒別、完整性、和抗抵賴來實(shí)現(xiàn)的。 算法和密鑰 密碼算法（ algorithm）也叫密碼（ cipher），是用于加密和解密的數(shù)學(xué)函數(shù)。（通常情況下有兩個(gè)相關(guān)的函數(shù)：一個(gè)用作加密，另一個(gè)用作解密） 如果算法的保密性是基于保持算法的秘密，這種算法稱為受限制的 (restricted)算法。受限制的算法具有歷史意義，但按現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)，他們的保密性已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。大的或經(jīng)常變換的用戶組織不能使用它們，因?yàn)槿绻幸粋€(gè)用戶離開這個(gè)組織，其他的用戶就必須改換另外一個(gè)不同的算法。如果有人無意暴露了這個(gè)秘密，所有人都必須改變他們的算法。 更 遭的是，受限制的密碼算法不可能進(jìn)行質(zhì)量控制或標(biāo)準(zhǔn)化。每個(gè)用戶組織必須有他們自己的唯一算法。這樣的組織不可能采用流行的硬件或軟件產(chǎn)品，因?yàn)楦`聽者可以買到這些流行的產(chǎn)品并學(xué)習(xí)算法，于是用戶不得不編寫算法并予以實(shí)現(xiàn)，如果這個(gè)組織中沒有好的密碼學(xué)家，那么他們就無法知道他們是否擁有安全的算法。 盡管有這些主要的缺陷，受限制的算法對(duì)低密級(jí)的應(yīng)用來說還是很流行的，用戶或者沒有認(rèn)識(shí)到或者不在乎他們系統(tǒng)中存在的問題。 現(xiàn)在密碼學(xué)中用密鑰（ key）解決了這個(gè)問題，密鑰用 K 表示。 K 可以是很多數(shù)值里的任意值。密鑰 K 的可能的范圍叫做 密鑰空間（ keyspace）。加密和解密運(yùn)算都使用了這個(gè)密鑰（即運(yùn)算都依賴于密鑰，并用 K 作為下標(biāo)表示），這樣，加 /解密函數(shù)現(xiàn)在變成： EK（ M） =C DK（ C） =M 這些函數(shù)具有下面特性 DK（ EK（ M）） =M 南京郵電學(xué)院本科畢業(yè)論文 網(wǎng)上支付系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)（商家服務(wù)器端） 13 圖 212 使用一個(gè)密鑰加 /解密 有些算法使用不同的加密密鑰（見圖 213），也就是說加密密鑰 K1 于相應(yīng)的解密密鑰不同，在這種情況下： 圖 213 使用兩個(gè)密鑰的加 /解密 EK1（ M） =C DK2（ C） =M DK2 （ EK1（ M）） =M 所有這些算法的安全性都基于密鑰的安全性；而不是基于算法的細(xì)節(jié)安全性。這就意味著算法可以公開，也可以被分析，可以大量使用算法的產(chǎn)品，即使偷聽者知道你的算法也沒有關(guān)系。如果他不知道你使用的具體密鑰，他就不可能閱讀你的消息。 密碼系統(tǒng) (cryptosystem)由算法以及所有可能的明文、密文和密鑰組成的。 對(duì)稱算法 基于密鑰的算法通常有兩類：對(duì)稱算法和公開密鑰算法。 對(duì)稱算法 (symmetric algorithm)有時(shí)又叫做傳統(tǒng)密碼算法，就是加密密鑰能 夠從解密密鑰中推算出來，反過來也成立。在大多數(shù)對(duì)稱算法中，加 /解密密鑰是相同的。這些算法也叫秘密密鑰算法或單密鑰算法，它要求發(fā)送者和接收者在安全通信之前，商定一個(gè)密鑰。對(duì)稱算法的安全性依賴于密鑰，泄露密鑰就意味著任何人對(duì)能對(duì)消息進(jìn)行加 /解密。只要通信需要保密，密鑰就必須保存。對(duì)稱算法的加密和解密表示為： EK（ M） =C 明文 密鑰 密文 密鑰 原始明文 加 密 解 密 明文 加密密鑰 密文 解密密鑰 原始明文 加 密 解 密 南京郵電學(xué)院本科畢業(yè)論文 網(wǎng)上支付系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)（商家服務(wù)器端） 14 DK（ C） =M 對(duì)稱算法可分為兩類。一次只對(duì)明文中的單個(gè)位（有時(shí)對(duì)字節(jié)）運(yùn)算稱為序列算法 (stream algorithm)或序列密碼 (stream cipher)。 另一類是對(duì)明文的一組位進(jìn)行運(yùn)算，這些位稱為分組 (block)，相應(yīng)的算法稱為分組運(yùn)算或分組密碼?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)密碼算法的典型分組長度 64 位 這個(gè)長度大到足以分析破譯，但又小到足以方便使用。 公開密碼算法 公開密碼算法（ publickey algorithm,也叫非對(duì)稱算法）是這樣設(shè)計(jì)的：用作加密的密鑰不同于解密的密鑰，而且解密的密鑰不能根據(jù)加密的密鑰計(jì)算出來（至少在合理假定的長時(shí)間內(nèi)）。之所以叫做公開密鑰算法，是因?yàn)榧用苊荑€能夠公開，即陌生者能用加密密鑰加密信息，但只有相應(yīng)的解密密鑰才能解密信 息。在這些系統(tǒng)中，加密密鑰叫做公開密鑰（簡稱公鑰），解密密鑰叫做私人密鑰（簡稱私鑰）。用公開密鑰加密 K 加密表示為： EK（ M） =C 雖然公開密鑰和私人密鑰不同，但用相應(yīng)的私人密鑰解密可表示為： DK（ C） =M 有時(shí)消息用私人密鑰加密而用公開密鑰解密，這用于數(shù)字簽名。本課題就是研究電子商務(wù)中的數(shù)字簽名和解密鑒定以及完整性認(rèn)證。 DES 加密算法 DES的描述 DES 是一個(gè)分組加密算法，它以 64位分組對(duì)數(shù)據(jù)加密。 64位一組的明文從算法的一段輸入， 64位的密文從另一端輸出。 DES 是一個(gè)對(duì)稱算法：加密和解密用的是同一算法（除密鑰編排不同以外）。 密鑰的長度為 56 位。（密鑰通常表示為 64位的數(shù)，但每個(gè)第 8 位都用作奇偶校驗(yàn)，可以忽略）密鑰可以是任意的 56 位數(shù)，且可在任意時(shí)候改變。其中極少量的數(shù)被認(rèn)為是弱密鑰，但能很容易避免開他們。所有的保密性依賴于密鑰。 簡單的說，算法只不過是加密的兩個(gè)基本技術(shù) 混亂和擴(kuò)散的組合。 DES 基本組建分組是這些技術(shù)的組合（先代替后置換），它基于密鑰作用于明文，這是南京郵電學(xué)院本科畢業(yè)論文 網(wǎng)上支付系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)（商家服務(wù)器端） 15 眾所周知的輪（ round）。 DES 有 16 輪，這意味著要在明 文分組上 16 次設(shè)施相同的組合技術(shù)（見圖 221）。 此算法只使用了標(biāo)準(zhǔn)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，而其作用的數(shù)也最多只有 64 位，因此用 70 年代末期的硬件技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在最新的是 AES 加密算法，可進(jìn)行 128 位或者 256 位加密，而且運(yùn)算速度也是很快的。 DES 算法概要 DES 對(duì) 64位的明文分組進(jìn)行操作。通過一個(gè)初始置換，將明文分組成左半部分和右半部分，各 32 位長。然后進(jìn)行 16 輪完全相同的運(yùn)算，這些運(yùn)算被稱為函數(shù) f,在運(yùn)算過程中數(shù)據(jù)與密鑰結(jié)合。經(jīng)過 16 輪后，左、右半部分合在一起經(jīng)過一個(gè)末置換（初始置換的 逆置換），這樣該算法就完成了。 在每一輪中，密鑰位移位，然后再從密鑰的 56位中選出 48 位。通過一個(gè)擴(kuò)展置換將數(shù)據(jù)的右半部分?jǐn)U展成 48 位，并通過一個(gè)異或操作與 48位密鑰結(jié)合，通過 8 個(gè) S盒將這 48 位替代成新的 32 位數(shù)據(jù)，再將其置換一次。這四部運(yùn)算構(gòu)成了函數(shù) f。然后，通過另一個(gè)異或運(yùn)算，函數(shù) f的輸出與左半部分結(jié)合，其結(jié)果即成為新的右半部分，原來的右半部分成為新的左半部分。將該操作重復(fù) 16次，便實(shí)現(xiàn)了 DES 的 16 輪運(yùn)算。 假設(shè) Bi 是第 i 次迭代的結(jié)果， Li 和 Ri 是 Bi 的左半部分和右半部分， Ki 是第 I輪的 48位密鑰，且 f 是實(shí)現(xiàn)代替、置換及密鑰異或等運(yùn)算的函數(shù)，那么每一輪就是： Li=Ri1 Li=Li1 f(Ri1,ki) 南京郵電學(xué)院本科畢業(yè)論文 網(wǎng)上支付系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)（商家服務(wù)器端） 16 K1 K2 K16 圖 221 DES 初始置換 初始置換在第一輪運(yùn)算之前執(zhí)行，對(duì)輸入分組實(shí)施如表 221 所示的變換 。例如，初始置換把明文的第 58 位換到第 1 位的位置，把第 50 位換到第 2 位，把第 42 位換到第 3 的位置，等等。初始變換和對(duì)應(yīng)的末置換并不影響 DES 的安明 文 I P L0 R0 L1=R0 R1=L0^f(R0,K1) L15=R14 R15=L14^f(R14,K15) R16=L15^f(R15,K16) L16=R15 IP1 密文 f L2=R1 R2=L1^f(R1,K2) f f 南京郵電學(xué)院本科畢業(yè)論文 網(wǎng)上支付系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)（商家服務(wù)器端） 17 全性 。 表 221 初始置換 58 50 42 34 26 18 10 2 60 52 44 36 28 20 12 4 62 54 46 38 30 22 14 6 64 56 48 40 32 24 16 8 57 49 41 33 25 17 9 1 59 51 43 35 27 19 11 3 61 53 45 37 29 21 13 5 63 55 47 39 31 23 15 7 密鑰置換 一開始，由于不考慮每個(gè)字節(jié)的第八位， DES 的密鑰由 64位減至 56 位，如表222 所示。每個(gè)字節(jié)第 8 位可作為奇偶校驗(yàn)以確保密鑰不發(fā)生錯(cuò)誤。在 DES的每一輪中，從 56位密鑰產(chǎn)生出不同的 48位子密鑰（ subkey） ,這些密鑰 Ki由下面的方式確定。 表 222 密鑰置換 57 49 41 33 25 17 9 1 58 50 42 34 26 18 10 2 59 51 43 35 27 19 11 3 60 52 44 36 63 55 47 39 31 23 15 7 62 54 46 38 30 22 14 6 61 53 45 37 29 21 13 5 28 20 12 4 首先， 56位密鑰被分成兩部分，每部分 28 位。然后，根據(jù)輪數(shù)，這兩部分分別循環(huán)左移 1位或 2 位。表 223 是每輪移動(dòng)的位數(shù)。 南京郵電學(xué)院本科畢業(yè)論文 網(wǎng)上支付系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)（商家服務(wù)器端） 18 表 223 每輪移動(dòng)的位數(shù) 輪 ： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 位數(shù)： 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 移動(dòng)后，就從 56位中選出 48 位。因?yàn)檫@個(gè)運(yùn)算不僅置換了每位的順序，同時(shí)也選擇子密鑰，因而被稱作壓縮置換（ pression permutation）。這個(gè)運(yùn)算提供了一組 48位的集。表 224定義了壓縮置換（也稱為置換選擇）。 表 224 壓縮置換 14 17 11 24 1 5 3 28 15 6 21 10 23 19 12 4 26 8 16 7 27 20 13 2 41 52 31 37 47 55 30 40 51 45 33 48 44 49 39 56 34 53 46 42 50 36 29 32 因?yàn)橛幸苿?dòng)運(yùn)算，在每一個(gè)子密鑰中使用了不同的密鑰子集的位。雖然不是所有的位在子密鑰中使用的次數(shù)均相同，但在 16個(gè)子密鑰中，每一位大約使用了其中 14 個(gè)子密鑰。 擴(kuò)展置換