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[ 字号:    来源:互联网 2008-2-23 10:54:00 ]
随着互联网的快速发展,计算机信息的保密问题显得越来越重要。数据保密变换,或密码技术,是对计算机信息进行保护的最实用和最可靠的方法,本文拟对信息加密技术作一简要介绍。
1、信息加密概述
  密码学是一门古老而深奥的学科,它对一般人来说是莫生的,因为长期以来,它只在很少的范围内,如军事、外交、情报等部门使用。计算机密码学是研究计算机信息加密、解密及其变换的科学,是数学和计算机的交义学科,也是一门新兴的学科。随着计算机网络和计算机通讯技术的发展,计算机密码学得到前所未有的重视并迅速普及和发展起来。在国外,它已成为计算机安全主要的研究方向,也是计算机安全课程教学中的主要内容。
  密码是实现秘密通讯的主要手段,是隐蔽语言、文字、图象的特种符号。凡是用特种符号按照通讯双方约定的方法把电文的原形隐蔽起来,不为第三者所识别的通讯方式称为密码通讯。在计算机通讯中,采用密码技术将信息隐蔽起来,再将隐蔽后的信息传输出去,使信息在传输过程中即使被窃取或载获,窃取者也不能了解信息的内容,从而保证信息传输的安全。
  任何一个加密系统至少包括下面四个组成部分:
   ( 1)、未加密的报文,也称明文。
   ( 2)、加密后的报文,也称密文。
   ( 3)、加密解密设备或算法。
   ( 4)、加密解密的密钥。
   发送方用加密密钥,通过加密设备或算法,将信息加密后发送出去。接收方在收到密文后,用解密密钥将密文解密,恢复为明文。如果传输中有人窃取,他只能得到无法理解的密文,从而对信息起到保密作用。
二、密码的分类
  从不同的角度根据不同的标准,可以把密码分成若干类。
(一)按应用技术或历史发展阶段划分:
1、手工密码。以手工完成加密作业,或者以简单器具辅助操作的密码,叫作手工密码。第一次世界大战前主要是这种作业形式。
2、机械密码。以机械密码机或电动密码机来完成加解密作业的密码,叫作机械密码。这种密码从第一次世界大战出现到第二次世界大战中得到普遍应用。
3、电子机内乱密码。通过电子电路,以严格的程序进行逻辑运算,以少量制乱元素生产大量的加密乱数,因为其制乱是在加解密过程中完成的而不需预先制作,所以称为电子机内乱密码。从五十年代末期出现到七十年代广泛应用。
4、计算机密码,是以计算机软件编程进行算法加密为特点,适用于计算机数据保护和网络通讯等广泛用途的密码。
(二)按保密程度划分:
1、理论上保密的密码。不管获取多少密文和有多大的计算能力,对明文始终不能得到唯一解的密码,叫作理论上保密的密码。也叫理论不可破的密码。如客观随机一次一密的密码就属于这种。
2、实际上保密的密码。在理论上可破,但在现有客观条件下,无法通过计算来确定唯一解的密码,叫作实际上保密的密码。
3、不保密的密码。在获取一定数量的密文后可以得到唯一解的密码,叫作不保密密码。如早期单表代替密码,后来的多表代替密码,以及明文加少量密钥等密码,现在都成为不保密的密码。
(三)、按密钥方式划分:
1、对称式密码。收发双方使用相同密钥的密码,叫作对称式密码。传统的密码都属此类。
2、非对称式密码。收发双方使用不同密钥的密码,叫作非对称式密码。如现代密码中的公共密钥密码就属此类。
(四)按明文形态:
1、模拟型密码。用以加密模拟信息。如对动态范围之内,连续变化的语音信号加密的密码,叫作模拟式密码。
2、数字型密码。用于加密数字信息。对两个离散电平构成0、1二进制关系的电报信息加密的密码叫作数字型密码。
(五)按编制原理划分:
   可分为移位、代替和置换三种以及它们的组合形式。古今中外的密码,不论其形态多么繁杂,变化多么巧妙,都是按照这三种基本原理编制出来的。移位、代替和置换这三种原理在密码编制和使用中相互结合,灵活应用。
三、近代加密技术
(一)、数据加密标准
   数据加密标准(DES)是美国经长时间征集和筛选后,于1977年由美国国家标准局颁布的一种加密算法。它主要用于民用敏感信息的加密,后来被国际标准化组织接受作为国际标准。DES主要采用替换和移位的方法加密。它用56位密钥对64位二进制数据块进行加密,每次加密可对64位的输入数据进行16轮编码,经一系列替换和移位后,输入的64位原始数据转换成完全不同的64位输出数据。DES算法仅使用最大为64位的标准算术和逻辑运算,运算速度快,密钥生产容易,适合于在当前大多数计算机上用软件方法实现,同时也适合于在专用芯片上实现。
DES主要的应用范围有:
   ( 1)计算机网络通信:对计算机网络通信中的数据提供保护是DES的一项重要应用。但这些被保护的数据一般只限于民用敏感信息,即不在政府确定的保密范围之内的信息。
   ( 2)电子资金传送系统:采用DES的方法加密电子资金传送系统中的信息,可准确、快速地传送数据,并可较好地解决信息安全的问题。
   ( 3)保护用户文件:用户可自选密钥对重要文件加密,防止未授权用户窃密。
   ( 4)用户识别:DES还可用于计算机用户识别系统中。
DES是一种世界公认的较好的加密算法。自它问世20多年来,成为密码界研究的重点,经受住了许多科学家的研究和破译,在民用密码领域得到了广泛的应用。它曾为全球贸易、金融等非官方部门提供了可靠的通信安全保障。但是任何加密算法都不可能是十全十美的。它的缺点是密钥太短(56位),影响了它的保密强度。此外,由于DES算法完全公开,其安全性完全依赖于对密钥的保护,必须有可靠的信道来分发密钥。如采用信使递送密钥等。因此,它不适合在网络环境下单独使用。
  针对它密钥短的问题,科学家又研制了 80位的密钥,以及在DES的基础上采用三重DES和双密钥加密的方法。即用两个56位的密钥K1、K2,发送方用K1加密,K2解密,再使用K1加密。接收方则使用K1解密,K2加密,再使用K1解密,其效果相当于将密钥长度加倍。
(二)国际数据加密算法
国际数据加密算法 IDEA是瑞士的著名学者提出的。它在1990年正式公布并在以后得到增强。这种算法是在DES算法的基础上发展出来的,类似于三重DES。发展IDEA也是因为感到DES具有密钥太短等缺点,已经过时。IDEA的密钥为128位,这么长的密钥在今后若干年内应该是安全的。
类似于 DES,IDEA算法也是一种数据块加密算法,它设计了一系列加密轮次,每轮加密都使用从完整的加密密钥中生成的一个子密钥。与DES的不同处在于,它采用软件实现和采用硬件实现同样快速。
由于 IDEA是在美国之外提出并发展起来的,避开了美国法律上对加密技术的诸多限制,因此,有关IDEA算法和实现技术的书籍都可以自由出版和交流,可极大地促进IDEA的发展和完善。但由于该算法出现的时间不长,针对它的攻击也还不多,还未经过较长时间的考验。因此,尚不能判断出它的优势和缺陷。
(三) clipper加密芯片
密码虽然可为私人提供信息保密服务,但是它首先是维护国家利益的工具。正是基于这个出发点,考虑到 DES算法公开后带来的种种问题,美国国家保密局(NSA)从1985年起开始着手制定新的商用数据加密标准,以取代DES。1990年开始试用,1993年正式使用,主要用于通信交换系统中电话、传真和计算机通信信息的安全保护。
新的数据加密标准完全改变了过去的政策,密码算法不再公开,对用户提供加密芯片( clipper)和硬件设备。新算法的安全性远高于DES,其密钥量比DES多1000多万倍。据估算,穷举破译至少需要10亿年。为确保安全,clipper芯片由一个公司制造裸片,再由另一公司编程后方可使用。
由于完全是官方的封闭控制,该算法除可提供高强度的密码报密外,还可对保密通信进行监听,以防止不法分子利用保密通信进行非法活动,但这种监听是在法律允许的范围内进行的。官方控制也成为美国民间反对该方案的一个重要原因。
Clipper芯片主要用于商业活动的计算机通信网。NSA同时在着手进行政府和军事通信网中数据加密芯片的研究,并作为clipper的换代产品。它除了具有clipper的全部功能外,还将实现美国数字签名标准(DSS)和保密的哈稀函数标准以及用纯噪声源产生随机数据的算法等。
(四)公开密钥密码体制
传统的加密方法是加密、解密使用同样的密钥,由发送者和接收者分别保存,在加密和解密时使用,采用这种方法的主要问题是密钥的生成、注入、存储、管理、分发等很复杂,特别是随着用户的增加,密钥的需求量成倍增加。在网络通信中,大量密钥的分配是一个难以解决的问题。
例如,若系统中有 n 个用户,其中每两个用户之间需要建立密码通信,则系统中每个用户须掌握 (n-1)/2 个密钥,而系统中所需的密钥总数为 n*(n-1)/2 个。对 10 个用户的情况,每个用户必须有 9 个密钥,系统中密钥的总数为 45 个。对 100 个用户来说,每个用户必须有 99 个密钥,系统中密钥的总数为 4950 个。这还仅考虑用户之间的通信只使用一种会话密钥的情况。如此庞大数量的密钥生成、管理、分发确实是一个难处理的问题。
本世纪 70 年代,美国斯坦福大学的两名学者迪菲和赫尔曼提出了一种新的加密方法 -- 公开密钥加密队 PKE 方法。与传统的加密方法不同,该技术采用两个不同的密钥来对信息加密和解密,它也称为 " 非对称式加密方法。每个用户有一个对外公开的加密算法 E 和对外保密的解密算法 D ,
它们须满足条件:
   ( 1 ) D 是 E 的逆,即 D[E ( X ) ]=X ;
   ( 2 ) E 和 D 都容易计算。
   ( 3 )由 E 出发去求解 D 十分困难。
从上述条件可看出,公开密钥密码体制下,加密密钥不等于解密密钥。加密密钥可对外公开,使任何用户都可将传送给此用户的信息用公开密钥加密发送,而该用户唯
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