密碼與數(shù)據(jù)加密技術(shù)

劉紅強(qiáng)

[摘要]本文主要介紹密碼學(xué)相關(guān)知識(shí)，主要包括密碼學(xué)定義、加密算法、密碼破解，通過(guò)對(duì)密碼學(xué)相關(guān)知識(shí)的介紹，增強(qiáng)大家信息安全知識(shí)，增加在安全測(cè)試方面的安全儲(chǔ)備。

[關(guān)鍵詞]密碼學(xué);加密算法;密碼破解

當(dāng)前社會(huì)正步人一個(gè)嶄新的信息社會(huì)，信息在社會(huì)中的地位和作用越來(lái)越重要，每個(gè)人的生活與信息的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、處理和傳遞密切相關(guān)。信息的安全與保密問(wèn)題成了人人都關(guān)心的事情。在信息社會(huì)中，密碼技術(shù)已成為信息安全的核心技術(shù)。

一、密碼學(xué)定義

密碼學(xué)作為數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，是研究計(jì)算機(jī)信息加密、解密及其變換過(guò)程的科學(xué)，是密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)的統(tǒng)稱(chēng)，是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)的交叉學(xué)科，和信息論也密切相關(guān)，是一門(mén)新興的學(xué)科。

二、加密算法

（一）對(duì)稱(chēng)加密算法

對(duì)稱(chēng)加密算法是加解密密鑰相同或可互相推出，安全性依賴(lài)于密鑰。主要有：DES、3DES、IDEA、AES、RC等。對(duì)稱(chēng)算法的主要優(yōu)點(diǎn)是加密和解密速度快，加密強(qiáng)度高，且算法公開(kāi)，但其缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)密鑰的秘密分發(fā)困難，在有大量用戶(hù)情況下密鑰管理復(fù)雜，而且無(wú)法完成身份認(rèn)證等功能，不便于應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放的環(huán)境中。加密與解密的密鑰和流程是完全相同的，區(qū)別僅僅是加密與解密使用的子密鑰序列的施加序列剛好相反。DES密碼體制的安全性應(yīng)該不依賴(lài)于算法的保密，其安全性?xún)H以加密密鑰的保密為基礎(chǔ)。對(duì)稱(chēng)加密系統(tǒng)的算法實(shí)現(xiàn)速度極快，從AES候選算法的測(cè)試結(jié)果看，軟件實(shí)現(xiàn)的速度都達(dá)到了每秒數(shù)兆或數(shù)十兆比特。對(duì)稱(chēng)密碼系統(tǒng)的這些特點(diǎn)使其有著廣泛的應(yīng)用。對(duì)稱(chēng)加密系統(tǒng)最大的問(wèn)題是密鑰的分發(fā)和管理非常復(fù)雜、代價(jià)高昂。

（二）非對(duì)稱(chēng)加密算法

非對(duì)稱(chēng)加密算法是加解密密鑰不相同且不能相互計(jì)算出來(lái)，存在密鑰對(duì)。可分為加密密鑰和解密密鑰。非對(duì)稱(chēng)加密算法的優(yōu)點(diǎn)是能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性要求，密鑰管理簡(jiǎn)單，并且可方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名和身份認(rèn)證等功能，是目前電子商務(wù)等技術(shù)的核心基礎(chǔ)。其缺點(diǎn)是算法復(fù)雜，加密數(shù)據(jù)的速度和效率較低。因此在實(shí)際應(yīng)用中，通常將對(duì)稱(chēng)加密算法和非對(duì)稱(chēng)加密算法結(jié)合使用，利用DES或者IDEA等對(duì)稱(chēng)加密算法來(lái)進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)的加密，而采用RSA等非對(duì)稱(chēng)加密算法來(lái)傳遞對(duì)稱(chēng)加密算法所使用的密鑰，通過(guò)這種方法可以有效地提高加密的效率并能簡(jiǎn)化對(duì)密鑰的管理。公開(kāi)密鑰加密系統(tǒng)采用的加密鑰匙（公鑰）和解密鑰匙（私鑰）是不同的。公鑰密碼體制通常被用來(lái)加密關(guān)鍵性的、核心的機(jī)密數(shù)據(jù)，而對(duì)稱(chēng)密碼體制通常被用來(lái)加密大量的數(shù)據(jù)。

三、密碼破解

密碼破解主要介紹基于密文攻擊和明文攻擊兩種。

（一）基于密文攻擊

基于密文攻擊主要包括唯密文攻擊、已知密文攻擊、選擇密文攻擊。

1.唯密文攻擊

密碼分析者有一些消息密文，這些消息都用一加密算法加密。密碼分析者的任務(wù)是恢復(fù)盡可能多的明文，或者最好是能推算出加密消息的密鑰來(lái).以便采用相同的密鑰解算出其他被加密的消息。

2.已知密文攻擊

密碼分析者不僅可以得到一些消息的密文，而且也知道這些消息的明文。分析者的任務(wù)就是用加密信息推出用來(lái)加密的密鑰或者導(dǎo)出一個(gè)算法，此算法可以對(duì)用同一密鑰加密的任何新的消息進(jìn)行解密。

3.選擇密文攻擊

密碼分析者選擇不同的被加密的密文，并可得到對(duì)應(yīng)的解密的明文，例如密碼分析者選擇一個(gè)防篡改的自動(dòng)解密盒，其任務(wù)是推出密鑰。這種攻擊主要用于公開(kāi)密鑰算法，選擇密文攻擊有時(shí)也可有效地用于對(duì)稱(chēng)算法（有時(shí)選擇明文攻擊和選擇密文攻擊一起稱(chēng)作選擇文本攻擊）。這個(gè)攻擊的前提是分析者能夠獲得一個(gè)密封的解密盒，也就是一個(gè)已經(jīng)固化的專(zhuān)門(mén)用于對(duì)應(yīng)某一個(gè)特定密鑰加密過(guò)的密文進(jìn)行解密的硬件。攻擊的方法就是隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)偽密文（不一定是合法的），讓解密盒進(jìn)行解密，將所得到的明文和密文進(jìn)行比較，得到關(guān)于密鑰或者算法的相關(guān)信息。這種攻擊實(shí)際上和選擇明文攻擊相類(lèi)似（就是它的逆過(guò)程），只是明文變成密文肯定能夠成功，但是逆過(guò)程則不一定成功。

（二）基于明文攻擊

1.選擇明文攻擊

分析者不僅可得到一些消息的密文和相應(yīng)的明文，而且他們也可選擇被加密的明文。這比一個(gè)明文攻擊更有效。因?yàn)槊艽a分析者能選擇特定的明文塊去加密，這些塊可能產(chǎn)生更多關(guān)于密鑰的信息，分析者的任務(wù)是推出用來(lái)加密消息的密鑰或者導(dǎo)出一個(gè)算法，此算法可以對(duì)用同一密鑰加密的任何新的消息進(jìn)行解密。

2.自適應(yīng)選擇明文攻擊

這是選擇明文攻擊的特殊情況，密碼分析者不僅能選擇被加密的密文，而且也能給以前加密的結(jié)果修正這個(gè)選擇。在選取較小的明文塊，然后基于第一塊的結(jié)果選擇另一明文塊，以此類(lèi)推。

3.中間人攻擊

中間人攻擊是一種“間接”的人侵攻擊，這種攻擊模式是通過(guò)各種技術(shù)手段將受人侵者控制的一臺(tái)計(jì)算機(jī)虛擬放置在網(wǎng)絡(luò)連接中的兩臺(tái)通信計(jì)算機(jī)之間，這臺(tái)計(jì)算機(jī)就稱(chēng)為

“中間人”。然后人侵者把這臺(tái)計(jì)算機(jī)模擬一臺(tái)或兩臺(tái)原始計(jì)算機(jī)，使“中間人”能夠與原始計(jì)算機(jī)建立活動(dòng)連接并允許其讀取或修改傳遞的信息，然而兩個(gè)原始計(jì)算機(jī)用戶(hù)卻認(rèn)為他們是在互相通信。通常，這種“攔截?cái)?shù)據(jù)——修改數(shù)據(jù)——發(fā)送數(shù)據(jù)”的過(guò)程就被稱(chēng)為“會(huì)話(huà)劫持”。中間人攻擊是黑客的慣用伎倆。此技術(shù)將一臺(tái)計(jì)算機(jī)放置在網(wǎng)絡(luò)連接中的兩臺(tái)通信計(jì)算機(jī)之間，然后用中間計(jì)算機(jī)模擬一臺(tái)或兩臺(tái)原始計(jì)算機(jī)，此技術(shù)可以使“中間人”與原始計(jì)算機(jī)建立活動(dòng)連接并允許期賣(mài)取和/或修改傳遞的信息，然而兩個(gè)原始計(jì)算機(jī)用戶(hù)卻認(rèn)為他們是在互相通信。

密碼學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，受到社會(huì)各界，特別是商業(yè)、金融業(yè)及電子工業(yè)界的極大關(guān)注。在高度發(fā)達(dá)的信息時(shí)代，密碼學(xué)可以說(shuō)是安全領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)。