數據加密技術在計算機網絡安全中的應用研究

摘" 要：習近平總書記多次強調，沒有網絡安全就沒有國家安全，就沒有經濟社會穩定運行，廣大人民群眾利益也難以得到保障。這一重要論述深刻揭示了網絡安全在國家安全體系中的基礎性地位，也為在新時代加強網絡安全工作指明了方向。數據加密技術作為網絡安全領域的關鍵技術之一，可以對數據進行加密處理，有效防止未經授權的訪問和篡改，保護數據的機密性、完整性和可用性。將深入探討數據加密技術在計算機網絡安全中的應用，分析其基本原理、常見算法等，希望為網絡安全防護提供有力的技術支持和指導。

關鍵詞：數據加密技術"" 計算機"" 網絡安全"" 加密算法

中圖分類號：TP393.08

Research on the Application of Data Encryption Technology in Computer Network Security

HUANG Qinglang

Guangxi College of Sports and Physical Education， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530012 China

Abstract： President Xi Jinping has emphasized repeatedly that without network security， there can be no national security， no stable economic and social operation， and the interests of the broad masses of the people cannot be guaranteed. This important statement profoundly reveals the fundamental role of network security in the national security system and provides clear direction for strengthening network security work in the new era. Data encryption technology， as one of the key technologies in the field of network security， can encrypt data to effectively prevent unauthorized access and tampering， protecting the confidentiality， integrity， and availability of data. This paper will delve into the application of data encryption technology in computer network security， analyzing its basic principles and common algorithms， aiming to provide powerful technical support and guidance for network security protection.

Key Words： Data encryption technology; Computer; Network security; Encryption algorithm

近年來，伴隨著云計算、大數據、物聯網等新興技術迅猛發展，計算機網絡數據量呈現爆發式增長態勢，對數據安全隱私保護的要求越來越緊迫。數據加密技術可以有效地防止在傳輸數據與存儲數據時對其進行非法訪問、篡改或泄露，以保證數據具有機密性、完整性與可用性。該技術對于保護個人隱私、捍衛企業商業秘密、確保國家信息安全具有無可替代的重要意義。所以，對計算機網絡安全數據加密技術的運用進行深入的研究，不但有很大的理論價值，也有廣泛的現實指導意義。

1 "數據加密技術

數據加密技術是指將一定的數據信息利用加密密鑰與算法，將其轉化成為密文，再傳輸給接收者。接收者通過運用特定的解密算法和密鑰，可以將密文轉化成可以識別的明文。數據加密技術基于密碼學原理，密碼學是研究密碼系統或通信安全的一門學科。數據加密技術利用加密算法和密鑰將明文轉換為密文，而解密則是用解密算法和解密密鑰將密文恢復為明文^[1]。加密算法是公開的，而密鑰則是不公開的，只有擁有正確密鑰的接收者才能解密并閱讀原始信息。常見算法包括對稱加密算法和非對稱加密算法。

1.1" 對稱加密算法

1.1.1 ""AES算法

AES算法，即高級加密標準（Advanced Encryption Standard），是一種對稱加密算法，由美國國家標準與技術研究院于2001年發布。它采用分組密碼體制，分組長度為128位，支持128位、192位和256位3種密鑰長度，多輪次的置換-置換網絡結構實現加密過程。AES算法具有高效、安全、靈活等特點，廣泛應用于網絡通信安全、數據存儲加密、金融交易安全等領域，成為現代數據加密的重要基石。

1.1.2 "DES算法

DES算法，即數據加密標準（Data Encryption Standard），是一種分組對稱加密算法，由IBM公司在1971年提出，并在1977年被美國國家標準局（1988年更名為美國標準與技術研究院）[ 1]"采納為數據加密標準。DES算法采用64位分組長度，密鑰長度為64位，但實際用于加密的密鑰長度為56位，每8位中的一位用作奇偶校驗^[2]。該算法通過一系列復雜的置換、分組加密和輪函數等操作，將明文轉換為密文。DES算法使用16個循環，每個循環都使用不同的子密鑰進行加密，這些子密鑰是通過原始密鑰經過復雜的置換和移位操作生成的。

1.2" 非對稱加密算法

非對稱加密算法，也稱為公鑰加密算法，是一種使用一對密鑰（公鑰和私鑰）進行加密和解密的算法（其加密原理如圖2所示）。與對稱加密算法不同，非對稱加密算法中，公鑰用于加密信息，可以公開分享；而私鑰則用于解密信息，必須嚴格保密。這種算法的安全性基于復雜的數學問題，如大數分解、離散對數等，使得在不知道私鑰的情況下，即使擁有公鑰也無法解密信息。非對稱加密算法不僅用于數據加密，還廣泛應用于數字簽名、密鑰交換等領域^[3]。其中，RSA算法是最著名的非對稱加密算法之一，它基于大數分解的數學難題，具有較高的安全性。

2" 數據加密技術在計算機網絡安全中的應用

2.1 "數據傳輸加密保護

2.1.1 "SSL/TLS 協議"

SSL/TLS協議是數據傳輸加密保護的核心技術之一，它通過在客戶端和服務器之間建立一個安全的通信通道，確保數據在傳輸過程中的機密性、完整性和真實性。SSL（Secure Sockets Layer）安全套接層協議最初由網景公司開發，而TLS（Transport Layer Security）傳輸層安全協議則是其繼任者，由互聯網工程任務組（IETF）標準化。TLS協議位于OSI-7層模型的會話層，在傳輸層協議（如TCP）之上，它嚴格地分為記錄層和握手層兩層。在SSL/TLS協議中，握手層負責通信雙方之間協商決定密碼算法和共享密鑰，這是采用一系列復雜的握手過程來實現的^[4]。首先，客戶端向服務器發送一個包含支持的SSL/TLS版本、加密算法等信息的問候消息。服務器從中選擇加密算法和TLS版本，并發送回客戶端，同時發送自己的證書和公鑰。然后，客戶端生成一個隨機的對稱密鑰（稱為“會話密鑰”），并使用服務器的公鑰加密這個密鑰，然后發送給服務器。雙方確認密鑰交換成功后，握手完成，后續的數據傳輸都使用這個對稱密鑰進行加密。

2.1.2 "VPN

虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）協議是一種在公共網絡上建立安全、加密連接的技術，它主要用于遠程訪問和數據傳輸加密保護^[5]。VPN協議利用隧道技術和加密技術來實現數據傳輸的安全。隧道技術是在公共網絡上創建一個邏輯上的專用通道，使數據可以在這個通道內安全地傳輸，而不會受到公共網絡上的潛在威脅。加密技術則是對通過隧道傳輸的數據進行加密處理，確保數據在傳輸過程中的機密性和完整性^[5]。常見的VPN協議包括PPTP、L2TP/IPsec、OpenVPN等。PPTP（Point-to-Point Tunneling Protocol）是一種早期的VPN協議，由微軟開發，但由于其安全性相對較低，現在已逐漸被淘汰。L2TP/IPsec（Layer 2 Tunneling Protocol/Internet Protocol Security）結合了L2TP協議和IPsec協議，提供了更高的安全性。OpenVPN則是一種基于SSL/TLS協議的開源VPN解決方案，它提供了強大的加密功能和靈活性，廣泛應用于企業和個人用戶中。

2.2 "數據存儲加密安全

數據庫加密技術可以分為多種類型，包括透明數據加密（[ 4]"Transparent Data Encryption，TDE）、列級加密、應用層加密和存儲層加密等。透明數據加密實現了數據庫層面的數據自動加密，對于應用程序來說是透明的，不需要修改應用程序的代碼。列級加密技術允許對數據庫表中的每一個列進行加密處理，特別是在保護敏感字段，如個人身份信息（[ 5]" Personally Identifiable Information，PII）時。應用層加密從應用程序層面加密數據后存入數據庫，使開發者能夠加密具體數據，并且能夠控制加密算法與密鑰管理。在數據存儲層，數據會被加密，這可能涉及數據庫文件的系統級別加密或利用存儲設備內置的加密手段。在實現數據庫加密技術時，需要綜合考慮加密算法選擇、密鑰管理策略制定和加密后數據庫性能變化。常用加密算法有AES、RSA，密鑰管理策略要求保證密鑰安全存儲、分發與輪換。

3" 實現敏感數據加密和解密的典型部署方案[ 6]

在現代應用系統中，敏感數據的加密和解密是確保數據安全性的重要環節。以下是一個典型的部署方案，涵蓋了從配置密碼機客戶端到同步應用系統密鑰的全過程。

3.1" 配置密碼機客戶端

在應用服務器上配置密碼機客戶端。密碼機客戶端是與應用系統交互的橋梁，負責執行加密和解密操作。配置過程包括安裝密碼機客戶端軟件、配置必要的網絡參數和認證信息，以確保與應用系統之間的安全通信。

3.2" 初始化SDK

在配置好密碼機客戶端后，接下來需要初始化軟件開發工具包（Software Development Kit，SDK）[ 7]"。SDK提供了與應用系統交互的API接口，調用這些接口可以實現數據的加密和解密。初始化SDK的過程包括加載必要的庫文件、設置SDK的工作參數等。

3.3" 調用Java接口生成密鑰

為了進行數據的加密和解密，需要生成一對密鑰（公鑰和私鑰）或對稱密鑰。調用Java接口，可以生成符合安全標準的密鑰。生成的密鑰需要妥善保管，確保不會被未經授權的用戶獲取。

3.4" 配置Java接口

在生成密鑰后，需要配置Java接口以使用這些密鑰進行加密和解密操作。配置過程包括設置密鑰管理策略、指定加密算法和加密模式等。此外，還需要配置日志記錄和異常處理機制，以便在加密和解密過程中出現問題時能夠及時發現并處理。

3.5" 調用Java接口進行數據加解密

配置好Java接口后，就可以開始調用接口進行數據加解密操作了。在加密過程中，將敏感數據作為輸入，調用加密接口生成加密后的數據^[7]。在解密過程中，將加密后的數據作為輸入，調用解密接口還原出原始數據。為了確保數據的安全性，加密和解密操作需要在安全的環境中進行，并遵循嚴格的安全規范。

3.6" 同步應用系統密鑰

需要確保應用系統中的密鑰與密碼機客戶端中的密鑰保持同步。這可以通過定期更新密鑰、同步密鑰狀態等方式實現。在同步過程中，需要確保密鑰的安全傳輸和存儲，防止密鑰被泄露或濫用。

4" 結語

綜上所述，數據加密技術在計算機網絡安全中的應用至關重要。它能夠有效保護敏感數據的機密性，防止未經授權的訪問和泄露，還能確保數據的完整性和真實性，為網絡通信和數據存儲提供堅實的安全保障。隨著技術的不斷進步，數據加密技術也在持續演進，以適應日益復雜的網絡安全威脅。

參考文獻[ 8]

[1]周浩.基于數據加密的傳感器網絡信息安全架構設計[J].齊齊哈爾大學學報（自然科學版），2024，40（1）：38-44.

[2]程光德.數據加密技術在計算機網絡安全中的應用研究[J].信息記錄材料，2024，25（2）：84-86.

[3]閆利軍.數據加密技術在計算機網絡通信安全中的應用研究[J].中國新通信，2024，26（19）：25-27.

[4]李戈.基于HDFS的大數據安全存儲技術研究與實現[D].西安：西安電子科技大學，2023.

[5]王瑞凱.云存儲加密數據的動態訪問控制技術研究[D].合肥：中國科學技術大學，2023.