數據加密技術在計算機安全中的應用

華中師范大學伍倫貢聯合研究院 沈維洋

北京字節跳動科技有限公司 沈維海

數據加密技術在計算機安全中的應用

華中師范大學伍倫貢聯合研究院 沈維洋

北京字節跳動科技有限公司 沈維海

21世紀是一個信息化的世紀，伴隨著經濟與科技創新大力發展的腳步，社會所囊括的信息量與日俱增，信息量的增多正面臨著諸多安全問題的挑戰，各個公司乃至個人在計算機中所存儲的重要數據亟待保護。文章闡述了幾種主流的數據加密算法，并給出了相關數據加密技術在計算機安全中的具體應用，旨在有相關需求的用戶營造安全的計算機使用環境。

數據加密；計算機安全：應用

一、計算機安全面臨的威脅

計算機更新換代速度較快，在不斷的演變的進化過程中，針對計算機網絡通信也隨之提出了更高的要求，在計算機快速發展的同時，層出不窮的網絡安全事件持續發酵，嚴重威脅社會各界計算機網絡的使用安全。整體來講，計算機網絡信息安全可細分為以下兩個方面：第一、用戶的計算機信息存儲安全；第二、網絡中各節點之間的通信安全。

關于威脅計算機安全的諸多因素中，人為因素所占的比例要明顯大于非人為因素，人為因素又可以具體細分為主被動攻擊兩種。在這兩種攻擊中給計算機數據保密性造成主要威脅的是被動攻擊，所采用的手段大體有六種：第一、針對計算機通信線路中所傳遞信息進行竊取以及監聽；第二、對所獲取的信息實施分析整理；第三、假冒計算機用戶身份；第四、對計算機網絡中所傳遞的信息實施篡改；第五、已發信息不予確認；第六、其他的一些相關手段。

二、新型數據加密技術概述及算法

為了讓使用計算機的所有用戶，個人的一切信息都能夠得到安全的保障，離不開對計算機數據加密技術的良好掌握。文中所說的新型數據加密技術主要包含以下四個部分：密文、明文、密鑰以及加密算法。這幾部分共同構成了的模型結構圖如下：數據加密所涉及的方式方法與技術有很多，以往傳統的加密方式，根據在加密處理過程中所使用的密鑰，自身所具有的特征區分為對稱秘鑰以及非對稱密鑰解碼技術兩種。對稱密鑰解碼技術又可以繼續細分為序列密與和分組密碼兩種。

下面文章會主要以最新型的加密算法 AES加密算法為例，對其所用的加密算法以及步驟進行闡述。

1.AES 算法結構

AES 算法所應用的是128 位、192 位、256 位，加解密是依靠128 字節實現的。過往傳統的密鑰這兩者應用的都是相同的數據，所得到的回饋數據與輸入數據也是一樣的。下面使用循環的代碼結構進行迭代加密，并在循環中重復替換和置換輸入的數據。以下圖表就是 AES算法的加密與解密的具體實現。表中的加密算法所應用的就是 128 字節的分組，在此過程中還把方陣復制到了狀態數組，AES 算法的加密過程每實現一步，狀態數組就會隨之做出相應的改變，待到全部結束，生成的狀態數組會被復制為輸出矩陣。

2.AES 算法步驟

AES 算法的步驟可主要劃分為以下四步：

①字節替換。字節替換是AES 算法的第一步，也是最為關鍵的一步，利用S-盒將所有的分組通通實施字節替換，用盒中的四個高位表示行值，對應的四個低位表示列值，其他的數值元素為對應的輸出值。字節替換主要表達的是 AES 加密算法的非線性特征，可以有效避免簡單的代數攻擊。

②行移位。在此步驟過程中所用到的列表，每一行均按照某個偏移量向左循環移位。比如 S-盒中的首行固定，則第二行可以按照一個字節的偏移量做循環移位。那么在完成全部的循環移位后，分組的每一列表內的各個列，都是由不同列中所含有的元素結合而成的。每次移位，其線性距離均為四字節的整倍數。

③列混合。在完成上述的線性變換后的分組列表，將按列分別進行相對獨立的操作。這個操作過程是將，單列的四個元素作為系數，合并為有限域的某一多項式，并用這個多項式與固定多項式做乘運算。該過程也即可認為是在有限域條件下的矩陣加、乘運算。在經過幾輪的行移位變換和列混合變換后，分組列表中的所有輸入位均與輸出位相關。

④輪密鑰加。在整個實現過程中，第二步與第三步的程序每執行一次，主密鑰就會自動的生成一個對應的密鑰組，所產生的密鑰組和原字節分組列表相同。

三、計算機安全加密技術的應用

AES加密算法的具體應用以及應用哪種形式，取決于所應用此項技術的行業具體要求，例如我們日常手機所連接的無線網絡，其工作原理就是借助將AES嵌入到計算機安全機制中，與此同時，眾多的為網絡數據傳輸，提供安全保障的相關技術也是基于AES算法；當下最流行的電子商務交易平臺中也隨處可見AES加密算法的身影，AES憑借高安全性確保在SSL協議中，能夠安全穩定的進行交易中用戶各項重要信息的傳遞；我們日常所用到的大多數硬件，如：公交卡、門禁卡以及所使用的身份證，都應用了AES加密算法嵌在芯片里。從而保障了在使用過程中的安全性。

數據加密的工作原理是，按照預先設定的密碼把較容易識別的明文密碼，轉換成難以識別的數據形式，使用幾種不同的加密密鑰，以一致的加密算法來實施加密，進而呈現出不同的密文形式來達到保護重要數據的目的。在目前的各種網絡電子交易過程中，與電商相連的銀行機構幾乎所有都是，使用數據加密技術來與所應用的交換設備實施聯動，把所涉及的多樣化的數據流傳輸至網絡安全設備當中去，系統通過對這些數據的讀取來實現安全環境的分析，應用相應的措施來應對已被發現的網絡安全隱患。

當下數據加密最主要的實現形式是密鑰，這是因為與其他的形式相比，密鑰具有較為理想的安全性，密鑰形式又可以細分為私人和公用兩種。密鑰形式的使用十分廣泛，尤其是在當下電子商務的交易當中，在我們使用信用卡進行消費時，收費方擁有的是公用密鑰，這是為了方便讀取消費者的消費信息，在消費的過程中借助個人密鑰進行數據加密。進而確保消費者個人的信息安全，同時一定程度的限制了信用卡權限。

數據加密的另一種常用表現形式就是數字簽名認證。這種技術依托于加密技術，重要的工作原理是依靠加密解密來提供所需要的安全保障，這項技術和上一種一樣也是分為公私兩種，通常而言，數字簽名技術在稅務安全部門的應用相對較多。

四、結束語

綜上所述，文章主要就數字加密技術在計算機安全中的應用進行論述，先后主要闡述了當下計算機安全所面臨的威脅，進而提出新型的AES加密算法，并給出了相應的算法結構與算法步驟，最后詳細的講解了計算機安全加密技術的具體應用。希望通過全篇的敘述，來為相關的計算機加密技術的研究提供借鑒。

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[3]邵雪.數據加密技術在計算機網絡安全領域的應用探討[J].中國市場,2011(45)

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