商用密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用理論與實(shí)踐

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和信息化進(jìn)程的加速，網(wǎng)絡(luò)安全威脅愈發(fā)嚴(yán)峻。從個(gè)人信息泄露到對(duì)國(guó)家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的攻擊，網(wǎng)絡(luò)犯罪活動(dòng)呈現(xiàn)出多樣化、隱蔽化的特點(diǎn)，給社會(huì)帶來(lái)了一定的安全隱患。首先，探討了商用密碼技術(shù)如何在數(shù)據(jù)傳輸、身份認(rèn)證、虛擬網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字簽名等領(lǐng)域中有效保護(hù)信息安全。其次，分析了其技術(shù)實(shí)現(xiàn)及面臨的挑戰(zhàn)，如性能瓶頸、密鑰管理問(wèn)題以及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中的問(wèn)題，并提出對(duì)應(yīng)的優(yōu)化對(duì)策，為相關(guān)從業(yè)者提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：商用密碼技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)安全；應(yīng)用理論；實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TP309；TN918 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著信息化社會(huì)的進(jìn)程不斷加快，國(guó)家在推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，也意識(shí)到信息安全的重要性。商用密碼技術(shù)作為一種重要的網(wǎng)絡(luò)安全保障手段，已經(jīng)被列為國(guó)家安全戰(zhàn)略的重要組成部分。部分國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始制定相關(guān)法律法規(guī)，推動(dòng)商用密碼技術(shù)的研究、標(biāo)準(zhǔn)化以及普及應(yīng)用。例如，我國(guó)分別在2016年和2021年出臺(tái)了《中華人民共和國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全法》和《中華人民共和國(guó)數(shù)據(jù)安全法》，強(qiáng)調(diào)密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信、金融交易、電子政務(wù)等方面的重要作用，深入探討商用密碼技術(shù)如何抵御常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)攻擊，如中間人攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、釣魚(yú)攻擊等，以提升網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力。

1 商用密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用實(shí)踐

1.1 數(shù)據(jù)傳輸

商用密碼技術(shù)通過(guò)加密、完整性校驗(yàn)和身份認(rèn)證等手段，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中不會(huì)被非法訪問(wèn)、篡改或偽造，從而為數(shù)據(jù)通信提供了必要的安全保障。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，加密技術(shù)的應(yīng)用尤為重要。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密后，即便數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被攔截，攻擊者也無(wú)法讀取其內(nèi)容，確保了數(shù)據(jù)的機(jī)密性。常見(jiàn)的加密算法如高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（advanced encryption standard，AES）和RSA（一種非對(duì)稱加密算法）等，這些算法廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中。例如，在互聯(lián)網(wǎng)通信使用的超文本傳輸安全協(xié)議（hypertext transfer protocol secure，HTTPS）中，安全套接層（secure socket layer，SSL）/傳輸層安全性（transport layer security，TLS）協(xié)議通過(guò)使用公鑰加密和對(duì)稱加密相結(jié)合的方式，確保客戶端和服務(wù)器之間安全、高效的數(shù)據(jù)傳輸。除了加密外，完整性校驗(yàn)也是商用密碼技術(shù)保障數(shù)據(jù)傳輸安全的重要方式。數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)使用哈希算法和消息認(rèn)證碼（message authentication code，MAC）等，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中不會(huì)被篡改。例如，使用SHA-256算法（一種哈希算法）等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行散列，并將散列值添加到數(shù)據(jù)包中，接收方可以通過(guò)對(duì)比接收的數(shù)據(jù)和散列值，驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否完整和正確[1]。

1.2 身份認(rèn)證

身份認(rèn)證通常依賴于密碼學(xué)中的加密算法、數(shù)字簽名和數(shù)字證書(shū)等技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，商用密碼技術(shù)可以為用戶提供基于密碼的認(rèn)證、基于公鑰的認(rèn)證，以及更為復(fù)雜的多因素認(rèn)證等方式。在傳統(tǒng)的基于密碼的認(rèn)證中，用戶通過(guò)輸入事先設(shè)定的密碼來(lái)驗(yàn)證身份，該方式雖然操作簡(jiǎn)單，但易受到暴力破解或釣魚(yú)攻擊的威脅，因此不能作為單獨(dú)使用的身份認(rèn)證手段。為了解決這些問(wèn)題，公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（public key infrastructure，PKI）應(yīng)運(yùn)而生。PKI通過(guò)使用非對(duì)稱加密算法，如RSA或橢圓曲線密碼學(xué)（elliptic curve cryptography，ECC）加密算法，結(jié)合數(shù)字證書(shū)實(shí)現(xiàn)更為安全的身份認(rèn)證。在這種方式下，用戶和服務(wù)器通過(guò)密鑰對(duì)進(jìn)行加密通信，確保了通信雙方的身份得以驗(yàn)證，且通信內(nèi)容不會(huì)被中間人竊取或篡改。數(shù)字證書(shū)作為一種由Let’s Encrypt機(jī)構(gòu)頒發(fā)的電子文檔，包含了公鑰、用戶身份信息等，用于驗(yàn)證公鑰所有者的身份[2]。

1.3 虛擬網(wǎng)絡(luò)

一方面，商用密碼技術(shù)通過(guò)加密手段確保虛擬網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的機(jī)密性。在虛擬網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)通常在多個(gè)虛擬機(jī)或虛擬環(huán)境之間傳輸，容易受到中間人攻擊和數(shù)據(jù)泄露的威脅。采用強(qiáng)加密算法（如AES、RSA等）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，能夠有效防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)和數(shù)據(jù)泄露。對(duì)于虛擬網(wǎng)絡(luò)中的通信，如虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（virtual private network，VPN）或虛擬局域網(wǎng)（virtual local area network，VLAN），加密技術(shù)確保了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的隱私性和安全性。另一方面，商用密碼技術(shù)通過(guò)數(shù)字簽名和哈希算法保護(hù)虛擬網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的完整性和安全性。虛擬網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)可能會(huì)在不同節(jié)點(diǎn)之間傳輸，這會(huì)面臨數(shù)據(jù)篡改或偽造的潛在風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)字簽名和哈希算法能夠驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否被篡改，并確保數(shù)據(jù)來(lái)自可信的發(fā)送者。通過(guò)PKI和數(shù)字證書(shū)的結(jié)合，虛擬網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以相互認(rèn)證，確保數(shù)據(jù)流的安全傳遞[3]。

1.4 數(shù)字簽名

在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字簽名廣泛用于電子商務(wù)、電子郵件、軟件發(fā)布、在線支付和合同簽署等場(chǎng)景。例如，在電子商務(wù)中，商家利用數(shù)字簽名來(lái)證明交易訂單的真實(shí)性，避免了訂單信息被篡改。在電子郵件中，數(shù)字簽名可以防止郵件內(nèi)容被惡意修改，同時(shí)確認(rèn)發(fā)件人的身份。在軟件發(fā)布中，開(kāi)發(fā)者通過(guò)數(shù)字簽名來(lái)保證軟件的來(lái)源透明和完整性，防止惡意軟件冒充正版軟件。數(shù)字簽名還具有不可否認(rèn)性的特點(diǎn)。數(shù)字簽名不僅能夠確保消息的真實(shí)性，還能夠有效地保證數(shù)據(jù)完整性。發(fā)送者對(duì)消息進(jìn)行簽名時(shí)，并不是直接對(duì)整個(gè)消息進(jìn)行加密，而是首先使用哈希函數(shù)對(duì)消息進(jìn)行處理，生成一個(gè)固定長(zhǎng)度的摘要（哈希值）。哈希函數(shù)是一種單向算法，它可以將任意長(zhǎng)度的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為固定長(zhǎng)度的輸出，不同的輸入會(huì)生成不同的哈希值。

2 商用密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全中的挑戰(zhàn)與對(duì)策

2.1 挑戰(zhàn)

第一，算法的強(qiáng)度和抗破解性。隨著計(jì)算能力的提升，已被廣泛應(yīng)用的密碼算法逐漸暴露出抗破解性不足的問(wèn)題。例如，經(jīng)典的RSA、數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（data encryption standard，DES）等加密算法在處理計(jì)算資源時(shí)，已經(jīng)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的安全需求。隨著量子計(jì)算技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于傳統(tǒng)數(shù)學(xué)難題（如大數(shù)分解和離散對(duì)數(shù)問(wèn)題）的加密算法可能會(huì)面臨被破解的風(fēng)險(xiǎn)。盡管量子計(jì)算尚未普及，但量子計(jì)算對(duì)傳統(tǒng)加密算法的威脅已經(jīng)推動(dòng)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界開(kāi)始研究基于量子計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)安全算法。

第二，計(jì)算性能與安全性的平衡。在實(shí)際應(yīng)用中，密碼算法通常涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，這會(huì)對(duì)系統(tǒng)的計(jì)算性能產(chǎn)生顯著影響，尤其是在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)。為了保證高效的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)，密碼算法需要在計(jì)算性能和安全性之間取得平衡。過(guò)于復(fù)雜的加密算法可能導(dǎo)致計(jì)算性能無(wú)法最大化，而過(guò)于簡(jiǎn)單的算法則可能降低系統(tǒng)安全性。

第三，密碼系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用環(huán)境的安全性。密碼學(xué)理論的安全性并不等同于實(shí)際系統(tǒng)的安全性，密碼算法的實(shí)現(xiàn)可能會(huì)因?yàn)榫幊体e(cuò)誤、漏洞、硬件缺陷或不當(dāng)配置使系統(tǒng)受到攻擊。例如，側(cè)信道攻擊（如電磁輻射分析、功耗分析）是通過(guò)觀察密碼設(shè)備的物理行為來(lái)推斷密鑰等敏感信息。密碼硬件設(shè)備和軟件安全性也直接影響密碼系統(tǒng)的整體安全性[4]。

2.2 對(duì)策

當(dāng)前，主流的商用密碼技術(shù)使用的算法包括對(duì)稱加密算法和非對(duì)稱加密算法。對(duì)于對(duì)稱加密算法，如何提升加密速度和計(jì)算效率是關(guān)鍵，可以通過(guò)并行計(jì)算技術(shù)和硬件加速的方式提高算法性能。對(duì)于非對(duì)稱加密算法，可以采用新的數(shù)學(xué)理論和優(yōu)化密鑰生成，同時(shí)引入加密和解密過(guò)程，進(jìn)一步增強(qiáng)安全性和提高效率。

首先，密鑰是加密系統(tǒng)的核心，一旦密鑰管理出現(xiàn)漏洞，將威脅整個(gè)加密系統(tǒng)的安全性。在實(shí)際應(yīng)用中，如何安全地存儲(chǔ)、交換和更新密鑰，對(duì)提升商用密碼技術(shù)安全性具有重要意義。為了應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，現(xiàn)代密碼學(xué)提出了密鑰分發(fā)和管理協(xié)議，該協(xié)議可以確保密鑰的安全傳輸和高效管理。此外，通過(guò)智能化的密鑰生命周期管理方法可以實(shí)現(xiàn)商用密碼技術(shù)的優(yōu)化，如定期更新密鑰、設(shè)置密鑰撤銷機(jī)制等，進(jìn)一步提升加密系統(tǒng)的防護(hù)能力。

其次，商用密碼技術(shù)的優(yōu)化需要考慮如何提升抵御先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)的能力。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)安全威脅環(huán)境中，攻擊者不斷更新網(wǎng)絡(luò)攻擊方式，尤其是量子計(jì)算的興起給現(xiàn)有加密技術(shù)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。量子計(jì)算可以高效破解傳統(tǒng)的非對(duì)稱加密算法，因此，發(fā)展量子安全密碼技術(shù)成為網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的重要研究方向。目前，作為應(yīng)對(duì)量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)威脅的有效途徑，后量子密碼學(xué)（post-quantum cryptography，PQC）的相關(guān)研究正在推進(jìn)。優(yōu)化商用密碼技術(shù)的一個(gè)重要研究方向是實(shí)現(xiàn)量子抗性算法的標(biāo)準(zhǔn)化和推廣應(yīng)用，為未來(lái)量子計(jì)算時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)安全提供保障[5]。

最后，商用密碼技術(shù)與入侵檢測(cè)系統(tǒng)（intrusion detection system，IDS）相結(jié)合可以實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，檢測(cè)潛在的異常活動(dòng)。通過(guò)分析加密數(shù)據(jù)的流動(dòng)特征以及識(shí)別可能的攻擊模式，IDS能夠在密碼系統(tǒng)之外提供額外的安全防護(hù)層級(jí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并響應(yīng)可能的網(wǎng)絡(luò)入侵。此外，行為分析技術(shù)能夠基于用戶和設(shè)備的行為模式檢測(cè)異常活動(dòng)。將行為分析技術(shù)與商用密碼技術(shù)相結(jié)合，在賬戶和設(shè)備身份認(rèn)證的基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)是否有可疑行為發(fā)生。例如，密碼系統(tǒng)可以確保只有授權(quán)用戶能夠訪問(wèn)敏感信息，而結(jié)合行為分析技術(shù)則可以進(jìn)一步通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析用戶的行為，發(fā)現(xiàn)異常的登錄時(shí)間、地點(diǎn)或操作方式等，及時(shí)發(fā)出警報(bào)，從而識(shí)別潛在的威脅或評(píng)估賬戶被盜用的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，商用密碼技術(shù)不僅在保障信息傳輸?shù)臋C(jī)密性、完整性和真實(shí)性方面提供了有力支持，還促進(jìn)了各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的安全性和可信度的提升。隨著量子計(jì)算等新興技術(shù)的不斷發(fā)展，商用密碼技術(shù)的研究與創(chuàng)新將迎來(lái)新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。未來(lái)，商用密碼技術(shù)將為跨境數(shù)據(jù)流動(dòng)、國(guó)際貿(mào)易及數(shù)字貨幣等領(lǐng)域提供必要的安全支撐。通過(guò)不斷提升加密算法的安全性與計(jì)算性能，商用密碼技術(shù)將成為全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，推動(dòng)全球網(wǎng)絡(luò)安全水平的全面提升。

參考文獻(xiàn)

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[2] 全斌，韋瑋，郭莉麗.商用密碼技術(shù)在國(guó)家重點(diǎn)行業(yè)商密網(wǎng)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2022，40（2）：232-236.

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