計算機數(shù)據(jù)通信對DES數(shù)據(jù)加密算法的應(yīng)用

□馬廣利

一、引言

社會迅猛發(fā)展的21世紀(jì)是一個信息化時代，也就是說，信息逐漸成為人們生活與工作中不可或缺的資源，所以信息保密問題也就顯得極為重要。不管是電子商務(wù)或者個人信息通信發(fā)展，都要求信息與信息傳輸具有保密性與安全性。信息安全以數(shù)據(jù)加密為其本質(zhì)與核心，所謂數(shù)據(jù)加密，就是隱藏信息，信息隱藏后，即使在傳輸中被截獲或者竊取，也可以保證信息內(nèi)容隱蔽性，以此確保信息安全。作為學(xué)科的一種，數(shù)據(jù)加密技術(shù)可以說是計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、通信及電子等多種學(xué)科的集合體。到目前為止，可將加密技術(shù)分為非對稱加密與對稱加密兩種。所謂對稱加密，就是通過相同密匙解密與加密數(shù)據(jù)。

二、DES數(shù)據(jù)加密算法簡介

DES，全稱為Data Encryption Standard，也被稱為數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，該數(shù)據(jù)加密算法是由20世紀(jì)中后期美國IBM公司所設(shè)計的一種密碼算法演變而來，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局于1997年將DES數(shù)據(jù)加密算法定為美國數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)。DES數(shù)據(jù)加密算法可以滿足以下四大要求:一是提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保護，避免數(shù)據(jù)在沒有被授權(quán)情況下的泄露與沒有被察覺情況下的擅自修改;二是具有非常高的復(fù)雜性，若要破解密碼，需要高昂開銷，事倍功半，得不償失，而且也難以被掌握與理解;三是DES密碼體制本身所具有的安全性無需依賴算法的保密，DES數(shù)據(jù)加密算法安全性只需要以保密加密密鑰為基礎(chǔ);四是實現(xiàn)經(jīng)濟的運行、安全有效，在多種完全不同的應(yīng)用中較為適用。DES數(shù)據(jù)加密算法有三個入口參數(shù)，即:Data、Key與Mode。在DES中，Key有字節(jié)8個，共64位，此為DES數(shù)據(jù)加密算法的工作密匙;而Data同樣有8個字節(jié)，共64位，此為被解密或者被加密的數(shù)據(jù);DES數(shù)據(jù)加密算法以Mode為其工作方式，包括解密與加密兩種，如果Mode是加密，那么可通過Key來加密數(shù)據(jù)Data，將其生成Data密碼形式，這也是DES數(shù)據(jù)加密算法的輸出結(jié)果。若Mode是解密，可通過Key將密碼形式的Data進行解密，DES輸出結(jié)果則為還原成Data的64位明碼形式。

三、DES數(shù)據(jù)加密算法的優(yōu)勢

國外很多國家將DES數(shù)據(jù)加密算法當(dāng)作該國家加密標(biāo)準(zhǔn)，而且給予該算法相當(dāng)高的評價，表示該加密算法對自身數(shù)據(jù)加密要求極為相符:一是DES算法可以提供質(zhì)量相對比較高的數(shù)據(jù)保護功能，而且對非法泄漏數(shù)據(jù)也具有有效防止作用，對在沒有被察覺情況下對相關(guān)數(shù)據(jù)的惡意修改具有及時阻止作用;二是DES數(shù)據(jù)加密算法具有非常高的復(fù)雜特性，非常難破譯，現(xiàn)階段全球唯一加密算法破解方法為窮舉法，也就是說，如果有人想要將這種算法破譯出來，必須付出難以估量的精力與實踐，相比于其可能得到的相關(guān)收益，可謂事倍功半。就算是選擇每秒可計算數(shù)百萬次的現(xiàn)代化計算機，利用窮舉方法尋找破譯方法也需要大約2，000年;三是盡管DES數(shù)據(jù)加密算法本身具有復(fù)雜特性，然而整體密碼系統(tǒng)無需其復(fù)雜性特征，DES算法只是加密密匙系統(tǒng)的核心與基礎(chǔ)［1］;四是通過對DES數(shù)據(jù)加密算法歷程進行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，該加密方法極具有效性，在通信、金融等行業(yè)加密中被廣泛應(yīng)用，一般自動取款機中的數(shù)據(jù)加密基礎(chǔ)就是該算法。

四、DES數(shù)據(jù)加密算法的保密原理

DES數(shù)據(jù)加密算法采用56位密匙來加密64位數(shù)據(jù)，應(yīng)實施16輪編碼。每一輪編碼過程中，由56位密匙以置換的方式獲得一個48位的密匙，各輪編碼過程中，64位數(shù)據(jù)和密匙值被輸入一個S盒中，并通過壓碼函數(shù)來編碼數(shù)位，每輪編碼開始、結(jié)束和每輪間，被一種特殊方式對64位數(shù)據(jù)進行置換，將數(shù)位順序打亂，在處理的每一步中，都應(yīng)該從56位密匙中獲得一個輪次密匙。最后，所輸入的原始數(shù)據(jù)會被全部打亂，成為輸出數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可通過解密算法將其轉(zhuǎn)化為輸入時所顯示的狀態(tài)。DES數(shù)據(jù)加密算法過程見圖1。

圖1 DES數(shù)據(jù)加密算法的加密過程

作為強算法的一種，到現(xiàn)在為止，DES數(shù)據(jù)加密算法除采用窮舉法對加密算法密匙空間進行搜索破譯密碼外，還沒有發(fā)現(xiàn)其它更為有效、快速的破譯方法。這種加密算法所用密匙有56位長，而且其奇偶校驗位也足足有8位長，56位長密匙有255個窮舉空間，通過一臺可以每秒檢驗密匙一百萬的新型計算機工作，那么要想將所有密匙搜索出來，同時完成檢驗工作，也需要消耗大約2，000年。然而，曾有挑戰(zhàn)組向DES數(shù)據(jù)加密密匙破譯發(fā)出挑戰(zhàn)，雖然最終密碼被破譯出來，然而，該小組在破譯過程中查找大量計算機資源，并集合公司、高校及政府等多種計算機資源，在分工協(xié)作過程中對DES數(shù)據(jù)加密算法進行破解，盡管最終DES數(shù)據(jù)加密算法被成功破解，然而該公開攻擊保密系統(tǒng)的做法與行為，對秘密盜取金融信息的一些計算機黑客而言并不現(xiàn)實［2］。更何況破譯小組在對DES數(shù)據(jù)加密密匙破譯過程中，該密匙為靜止的，該現(xiàn)象在加密運用過程中并不存在，而事實上會不定期修改密匙。因此，該挑戰(zhàn)小組在攻擊DES數(shù)據(jù)加密算法保護能力上并不值得提及。在DES數(shù)據(jù)加密算法保護下，計算機數(shù)據(jù)通信中的商業(yè)機密非常安全。

五、計算機通信中對DES數(shù)據(jù)加密算法的優(yōu)化

從根本上說，DES數(shù)據(jù)加密算法具有公開特征，所以若想優(yōu)化與分析DES數(shù)據(jù)加密算法非常容易，計算機數(shù)據(jù)通信可對DES加密算法加以選擇，并對其實施算法分析，在充分了解DES加密算法原理后，通過程序數(shù)據(jù)語言將在計算機硬盤數(shù)據(jù)與計算機通信中應(yīng)用的DES數(shù)據(jù)加密算法程序設(shè)計出來，并在計算機數(shù)據(jù)加密卡中配置該程序，創(chuàng)建數(shù)據(jù)加解模塊。因為計算機數(shù)據(jù)通信技術(shù)具有極為迅猛的發(fā)展速度，在對數(shù)據(jù)加密算法程序進行設(shè)計過程中，應(yīng)該對未來擴展性問題加以考慮，可把數(shù)據(jù)加解模塊和硬盤控制模塊定為分開狀態(tài)。由此在對更為安全、高級的加密算法予以選用時，便于兩者兼容。在應(yīng)用DES數(shù)據(jù)加密算法時，對我國所研發(fā)加密算法進行適當(dāng)應(yīng)用，能夠避免國外算法控制我國計算機數(shù)據(jù)通信，由于國產(chǎn)加密算法的應(yīng)用與支持，有利于增強加密芯卡與加密卡的適用性。

六、結(jié)語

很多保密問題屬于商業(yè)機密或者個人賬戶安全，近些年，以竊取信息為特征的違法犯罪活動逐漸增多，嚴(yán)重?fù)p害人們的財產(chǎn)安全，所以信息戰(zhàn)的掀起是該信息保密較量戰(zhàn)爭進行的必然產(chǎn)物。隨著近年來信息保密問題密碼技術(shù)與密碼理論的更新與發(fā)展，DES數(shù)據(jù)加密算法必將為人類信息安全提供更為安全、可靠的加密保障。

［1］林新平．淺析DES數(shù)據(jù)加密算法［J］．福建電腦，2008，1:107～108

［2］靳冰，賴宏慧，賈玉珍．DES加密算法的安全分析［J］．華南金融電腦，2007，2:122～123