密鑰加密運算的典型代表

A. 常見加密演算法原理及概念

在安全領域，利用密鑰加密演算法來對通信的過程進行加密是一種常見的安全手段。利用該手段能夠保障數據安全通信的三個目標：

而常見的密鑰加密演算法類型大體可以分為三類：對稱加密、非對稱加密、單向加密。下面我們來了解下相關的演算法原理及其常見的演算法。

對稱加密演算法採用單密鑰加密，在通信過程中，數據發送方將原始數據分割成固定大小的塊，經過密鑰和加密演算法逐個加密後，發送給接收方；接收方收到加密後的報文後，結合密鑰和解密演算法解密組合後得出原始數據。由於加解密演算法是公開的，因此在這過程中，密鑰的安全傳遞就成為了至關重要的事了。而密鑰通常來說是通過雙方協商，以物理的方式傳遞給對方，或者利用第三方平台傳遞給對方，一旦這過程出現了密鑰泄露，不懷好意的人就能結合相應的演算法攔截解密出其加密傳輸的內容。

對稱加密演算法擁有著演算法公開、計算量小、加密速度和效率高得特定，但是也有著密鑰單一、密鑰管理困難等缺點。

常見的對稱加密演算法有：
DES：分組式加密演算法，以64位為分組對數據加密，加解密使用同一個演算法。
3DES：三重數據加密演算法，對每個數據塊應用三次DES加密演算法。
AES：高級加密標准演算法，是美國聯邦政府採用的一種區塊加密標准，用於替代原先的DES，目前已被廣泛應用。
Blowfish：Blowfish演算法是一個64位分組及可變密鑰長度的對稱密鑰分組密碼演算法，可用來加密64比特長度的字元串。

非對稱加密演算法採用公鑰和私鑰兩種不同的密碼來進行加解密。公鑰和私鑰是成對存在，公鑰是從私鑰中提取產生公開給所有人的，如果使用公鑰對數據進行加密，那麼只有對應的私鑰才能解密，反之亦然。
下圖為簡單非對稱加密演算法的常見流程：

發送方Bob從接收方Alice獲取其對應的公鑰，並結合相應的非對稱演算法將明文加密後發送給Alice；Alice接收到加密的密文後，結合自己的私鑰和非對稱演算法解密得到明文。這種簡單的非對稱加密演算法的應用其安全性比對稱加密演算法來說要高，但是其不足之處在於無法確認公鑰的來源合法性以及數據的完整性。
非對稱加密演算法具有安全性高、演算法強度負復雜的優點，其缺點為加解密耗時長、速度慢，只適合對少量數據進行加密，其常見演算法包括：
RSA ：RSA演算法基於一個十分簡單的數論事實：將兩個大素數相乘十分容易，但那時想要對其乘積進行因式分解卻極其困難，因此可以將乘積公開作為加密密鑰，可用於加密，也能用於簽名。
DSA ：數字簽名演算法，僅能用於簽名，不能用於加解密。
DSS ：數字簽名標准，技能用於簽名，也可以用於加解密。
ELGamal ：利用離散對數的原理對數據進行加解密或數據簽名，其速度是最慢的。

單向加密演算法常用於提取數據指紋，驗證數據的完整性。發送者將明文通過單向加密演算法加密生成定長的密文串，然後傳遞給接收方。接收方在收到加密的報文後進行解密，將解密獲取到的明文使用相同的單向加密演算法進行加密，得出加密後的密文串。隨後將之與發送者發送過來的密文串進行對比，若發送前和發送後的密文串相一致，則說明傳輸過程中數據沒有損壞；若不一致，說明傳輸過程中數據丟失了。單向加密演算法只能用於對數據的加密，無法被解密，其特點為定長輸出、雪崩效應。常見的演算法包括：MD5、sha1、sha224等等，其常見用途包括：數字摘要、數字簽名等等。

密鑰交換IKE（Internet Key Exchange）通常是指雙方通過交換密鑰來實現數據加密和解密，常見的密鑰交換方式有下面兩種：
1、公鑰加密，將公鑰加密後通過網路傳輸到對方進行解密，這種方式缺點在於具有很大的可能性被攔截破解，因此不常用；
2、Diffie-Hellman，DH演算法是一種密鑰交換演算法，其既不用於加密，也不產生數字簽名。DH演算法的巧妙在於需要安全通信的雙方可以用這個方法確定對稱密鑰。然後可以用這個密鑰進行加密和解密。但是注意，這個密鑰交換協議/演算法只能用於密鑰的交換，而不能進行消息的加密和解密。雙方確定要用的密鑰後，要使用其他對稱密鑰操作加密演算法實際加密和解密消息。DH演算法通過雙方共有的參數、私有參數和演算法信息來進行加密，然後雙方將計算後的結果進行交換，交換完成後再和屬於自己私有的參數進行特殊演算法，經過雙方計算後的結果是相同的，此結果即為密鑰。
如：

在整個過程中，第三方人員只能獲取p、g兩個值，AB雙方交換的是計算後的結果，因此這種方式是很安全的。

公鑰基礎設施是一個包括硬體、軟體、人員、策略和規程的集合，用於實現基於公鑰密碼機制的密鑰和證書的生成、管理、存儲、分發和撤銷的功能，其組成包括：簽證機構CA、注冊機構RA、證書吊銷列表CRL和證書存取庫CB。
PKI採用證書管理公鑰，通過第三方可信任CA中心，把用戶的公鑰和其他用戶信息組生成證書，用於驗證用戶的身份。
公鑰證書是以數字簽名的方式聲明，它將公鑰的值綁定到持有對應私鑰的個人、設備或服務身份。公鑰證書的生成遵循X.509協議的規定，其內容包括：證書名稱、證書版本、序列號、演算法標識、頒發者、有效期、有效起始日期、有效終止日期、公鑰 、證書簽名等等的內容。

CA證書認證的流程如下圖，Bob為了向Alice證明自己是Bob和某個公鑰是自己的，她便向一個Bob和Alice都信任的CA機構申請證書，Bob先自己生成了一對密鑰對（私鑰和公鑰），把自己的私鑰保存在自己電腦上，然後把公鑰給CA申請證書，CA接受申請於是給Bob頒發了一個數字證書，證書中包含了Bob的那個公鑰以及其它身份信息，當然，CA會計算這些信息的消息摘要並用自己的私鑰加密消息摘要（數字簽名）一並附在Bob的證書上，以此來證明這個證書就是CA自己頒發的。Alice得到Bob的證書後用CA的證書（自簽署的）中的公鑰來解密消息摘要，隨後將摘要和Bob的公鑰發送到CA伺服器上進行核對。CA在接收到Alice的核對請求後，會根據Alice提供的信息核對Bob的證書是否合法，如果確認合法則回復Alice證書合法。Alice收到CA的確認回復後，再去使用從證書中獲取的Bob的公鑰加密郵件然後發送給Bob，Bob接收後再以自己的私鑰進行解密。

B. 簡述加密技術的基本原理，並指出有哪些常用的加密體制及其代表演算法

1、對稱加密演算法
對稱加密演算法用來對敏感數據等信息進行加密，常用的演算法包括：
DES（Data Encryption Standard）：數據加密標准，速度較快，適用於加密大量數據的場合。
3DES（Triple DES）：是基於DES，對一塊數據用三個不同的密鑰進行三次加密，強度更高。
AES（Advanced Encryption Standard）：高級加密標准，是下一代的加密演算法標准，速度快，安全級別高；
演算法原理
AES 演算法基於排列和置換運算。排列是對數據重新進行安排，置換是將一個數據單元替換為另一個。AES 使用幾種不同的方法來執行排列和置換運算。
2、非對稱演算法
常見的非對稱加密演算法如下：
RSA：由 RSA 公司發明，是一個支持變長密鑰的公共密鑰演算法，需要加密的文件塊的長度也是可變的；
DSA（Digital Signature Algorithm）：數字簽名演算法，是一種標準的 DSS（數字簽名標准）；
ECC（Elliptic Curves Cryptography）：橢圓曲線密碼編碼學。
演算法原理——橢圓曲線上的難題
橢圓曲線上離散對數問題ECDLP定義如下：給定素數p和橢圓曲線E，對Q＝kP，在已知P，Q 的情況下求出小於p的正整數k。可以證明由k和P計算Q比較容易，而由Q和P計算k則比較困難。
將橢圓曲線中的加法運算與離散對數中的模乘運算相對應，將橢圓曲線中的乘法運算與離散對數中的模冪運算相對應，我們就可以建立基於橢圓曲線的對應的密碼體制。

C. 公開密鑰法的基本思想是什麼

1. 公開密鑰也稱為非對稱密鑰，每個人都有一對唯一對應的密鑰：公開密鑰（簡稱公鑰）和私人密鑰（簡稱私鑰），公鑰對外公開，私鑰由個人秘密保存；用其中一把密鑰加密，就只能用另一把密鑰解密。非對稱密鑰加密演算法的典型代表是RSA。

2. 非對稱加密的應用：

3. 因為公鑰是公開對外發布的，所以想給私鑰持有者發送信息的人都可以取得公鑰，用公鑰加密後，發送給私鑰持有者，即使被攔截或竊取，沒有私鑰的攻擊者也無法獲得加密後的信息，可以保證信息的安全傳輸

4. 另外，先用私鑰加密，再用公鑰解密，可以完成對私鑰持有者的身份認證，因為公鑰只能解開有私鑰加密後的信息。

5. 雖然公鑰和私鑰是一對互相關聯的密鑰，但是並不能從兩者中的任何一把，推斷出另一把。

6. 由於公鑰是公開的，而私鑰則由用戶自己保存，所以對於非對稱密鑰，其保密管理相對比較簡單

7. 公鑰對應的是私鑰，這兩個是一對。
   公鑰顧名思義，是公開發布的，主要用於加密信息。
   私鑰是自己用的，主要用於解密信息。
   比如路人乙，想給路人甲發一條加密信息，於是從公開的BBS等上面搜索到了路人甲發布的公開密鑰（公鑰），路人乙用這個公鑰加密了信息發給路人甲，路人甲收到這條加密信息後，再用自己的私鑰進行解密，就看到了這條信息。別人因為沒人路人甲的私鑰，收到了信息也看不見裡面的內容，所以起到了加密的作用。

D. 常用的加密演算法有哪些

對稱密鑰加密

對稱密鑰加密 Symmetric Key Algorithm 又稱為對稱加密、私鑰加密、共享密鑰加密：這類演算法在加密和解密時使用相同的密鑰，或是使用兩個可以簡單的相互推算的密鑰，對稱加密的速度一般都很快。

• 分組密碼

分組密碼 Block Cipher 又稱為「分塊加密」或「塊加密」，將明文分成多個等長的模塊，使用確定的演算法和對稱密鑰對每組分別加密解密。這也就意味著分組密碼的一個優點在於可以實現同步加密，因為各分組間可以相對獨立。

與此相對應的是流密碼：利用密鑰由密鑰流發生器產生密鑰流，對明文串進行加密。與分組密碼的不同之處在於加密輸出的結果不僅與單獨明文相關，而是與一組明文相關。

• DES、3DES

數據加密標准 DES Data Encryption Standard 是由IBM在美國國家安全局NSA授權下研製的一種使用56位密鑰的分組密碼演算法，並於1977年被美國國家標准局NBS公布成為美國商用加密標准。但是因為DES固定的密鑰長度，漸漸不再符合在開放式網路中的安全要求，已經於1998年被移出商用加密標准，被更安全的AES標准替代。

DES使用的Feistel Network網路屬於對稱的密碼結構，對信息的加密和解密的過程極為相似或趨同，使得相應的編碼量和線路傳輸的要求也減半。

DES是塊加密演算法，將消息分成64位，即16個十六進制數為一組進行加密，加密後返回相同大小的密碼塊，這樣，從數學上來說，64位0或1組合，就有2^64種可能排列。DES密鑰的長度同樣為64位，但在加密演算法中，每逢第8位，相應位會被用於奇偶校驗而被演算法丟棄，所以DES的密鑰強度實為56位。

3DES Triple DES，使用不同Key重復三次DES加密，加密強度更高，當然速度也就相應的降低。

• AES

高級加密標准 AES Advanced Encryption Standard 為新一代數據加密標准，速度快，安全級別高。由美國國家標准技術研究所NIST選取Rijndael於2000年成為新一代的數據加密標准。

AES的區塊長度固定為128位，密鑰長度可以是128位、192位或256位。AES演算法基於Substitution Permutation Network代換置列網路，將明文塊和密鑰塊作為輸入，並通過交錯的若干輪代換"Substitution"和置換"Permutation"操作產生密文塊。

AES加密過程是在一個4*4的位元組矩陣（或稱為體State）上運作，初始值為一個明文區塊，其中一個元素大小就是明文區塊中的一個Byte，加密時，基本上各輪加密循環均包含這四個步驟：



• ECC

ECC即 Elliptic Curve Cryptography 橢圓曲線密碼學，是基於橢圓曲線數學建立公開密鑰加密的演算法。ECC的主要優勢是在提供相當的安全等級情況下，密鑰長度更小。

ECC的原理是根據有限域上的橢圓曲線上的點群中的離散對數問題ECDLP，而ECDLP是比因式分解問題更難的問題，是指數級的難度。而ECDLP定義為：給定素數p和橢圓曲線E，對Q＝kP，在已知P，Q 的情況下求出小於p的正整數k。可以證明由k和P計算Q比較容易，而由Q和P計算k則比較困難。

• 數字簽名

數字簽名 Digital Signature 又稱公鑰數字簽名是一種用來確保數字消息或文檔真實性的數學方案。一個有效的數字簽名需要給接收者充足的理由來信任消息的可靠來源，而發送者也無法否認這個簽名，並且這個消息在傳輸過程中確保沒有發生變動。

數字簽名的原理在於利用公鑰加密技術，簽名者將消息用私鑰加密，然後公布公鑰，驗證者就使用這個公鑰將加密信息解密並對比消息。一般而言，會使用消息的散列值來作為簽名對象。

E. 公開密鑰的作用是什麼

公開密鑰也稱為非對稱密鑰，每個人都有一對唯一對應的密鑰：公開密鑰（簡稱公鑰）和私人密鑰（簡稱私鑰），公鑰對外公開，私鑰由個人秘密保存；用其中一把密鑰加密，就只能用另一把密鑰解密。非對稱密鑰加密演算法的典型代表是RSA。
非對稱加密的應用：
因為公鑰是公開對外發布的，所以想給私鑰持有者發送信息的人都可以取得公鑰，用公鑰加密後，發送給私鑰持有者，即使被攔截或竊取，沒有私鑰的攻擊者也無法獲得加密後的信息，可以保證信息的安全傳輸
另外，先用私鑰加密，再用公鑰解密，可以完成對私鑰持有者的身份認證，因為公鑰只能解開有私鑰加密後的信息。
雖然公鑰和私鑰是一對互相關聯的密鑰，但是並不能從兩者中的任何一把，推斷出另一把。
非對稱加密的優點：
由於公鑰是公開的，而私鑰則由用戶自己保存，所以對於非對稱密鑰，其保密管理相對比較簡單
非對稱加密的缺點：
因為復雜的加密演算法，使的非對稱密鑰加密速度慢，成本高

F. 典型加密演算法包括

1、對稱加密演算法

對稱加密演算法是指加密和解密採用相同的密鑰，是可逆的（即可解密）。AES加密演算法是密碼學中的高級加密標准，採用的是對稱分組密碼體制，密鑰長度的最少支持為128。

AES加密演算法是美國聯邦政府採用的區塊加密標准，這個標准用來替代原先的DES，已經被多方分析且廣為全世界使用。

2、非對稱加密

非對稱加密演算法，又稱為公開密鑰加密演算法。它需要兩個密鑰，一個稱為公開密鑰 (public key)，即公鑰，另一個稱為私有密鑰 (private key)，即私鑰。

RSA：由 RSA 公司發明，是一個支持變長密鑰的公共密鑰演算法，需要加密的文件塊的長度也是可變的；

DSA（Digital Signature Algorithm）：數字簽名演算法，是一種標準的 DSS（數字簽名標准）；

ECC（Elliptic Curves Cryptography）：橢圓曲線密碼編碼學。

3、Hash 演算法

Hash 演算法特別的地方在於它是一種單向演算法，用戶可以通過 Hash 演算法對目標信息生成一段特定長度的唯一的 Hash 值，卻不能通過這個 Hash 值重新獲得目標信息。因此 Hash 演算法常用在不可還原的密碼存儲、信息完整性校驗等。

G. 有哪些加密方法比較經典或者說說加密的歷史.

加密之所以安全，絕非因不知道加密解密演算法方法，而是加密的密鑰是絕對的隱藏，流行的RSA和AES加密演算法都是完全公開的，一方取得已加密的數據，就算知道加密演算法也好，若沒有加密的密鑰，也不能打開被加密保護的信息。

加密作為保障數據安全的一種方式，它不是才有的，它產生的歷史相當久遠，它是起源於要追溯於公元前2000年（幾個世紀了），雖然它不是我們所講的加密技術（甚至不叫加密），但作為一種加密的概念，確實早在幾個世紀前就誕生了。

當時埃及人是最先使用特別的象形文字作為信息編碼的，隨著時間推移，巴比倫、美索不達米亞和希臘文明都開始使用一些方法來保護他們的書面信息。

近期加密技術主要應用於軍事領域，如美國獨立戰爭、美國內戰和兩次世界大戰。最廣為人知的編碼機器是German Enigma機，在第二次世界大戰中德國人利用它創建了加密信息。此後，由於Alan Turing和Ultra計劃以及其他人的努力，終於對德國人的密碼進行了破解。

(7)密鑰加密運算的典型代表擴展閱讀：

相關標准

最早、最著名的保密密鑰或對稱密鑰加密演算法DES(Data Encryption Standard)是由IBM公司在70年代發展起來的，並經政府的加密標准篩選後，於1976年11月被美國政府採用，DES隨後被美國國家標准局和美國國家標准協會（American National Standard Institute，ANSI）承認。

DES使用56位密鑰對64位的數據塊進行加密，並對64位的數據塊進行16輪編碼。與每輪編碼時，一個48位的"每輪"密鑰值由56位的完整密鑰得出來。

DES用軟體進行解碼需用很長時間，而用硬體解碼速度非常快。幸運的是，當時大多數黑客並沒有足夠的設備製造出這種硬體設備。

在1977年，人們估計要耗資兩千萬美元才能建成一個專門計算機用於DES的解密，而且需要12個小時的破解才能得到結果。當時DES被認為是一種十分強大的加密方法。

H. 常用的加密演算法有哪些

對稱加密演算法（秘密鑰匙加密）和非對稱加密演算法（公開密鑰加密）。

對稱加密演算法用來對敏感數據等信息進行加密，常用的演算法包括：
DES（Data Encryption Standard）：數據加密標准，速度較快，適用於加密大量數據的場合。
3DES（Triple DES）：是基於DES，對一塊數據用三個不同的密鑰進行三次加密，強度更高。
AES（Advanced Encryption Standard）：高級加密標准，是下一代的加密演算法標准，速度快，安全級別高；
AES
常見的非對稱加密演算法如下：
RSA：由 RSA 公司發明，是一個支持變長密鑰的公共密鑰演算法，需要加密的文件塊的長度也是可變的；
DSA（Digital Signature Algorithm）：數字簽名演算法，是一種標準的 DSS（數字簽名標准）；
ECC（Elliptic Curves Cryptography）：橢圓曲線密碼編碼學。

I. 常見的加密演算法、原理、優缺點、用途

在安全領域，利用密鑰加密演算法來對通信的過程進行加密是一種常見的安全手段。利用該手段能夠保障數據安全通信的三個目標：

而常見的密鑰加密演算法類型大體可以分為三類：對稱加密、非對稱加密、單向加密。下面我們來了解下相關的演算法原理及其常見的演算法。

在加密傳輸中最初是採用對稱密鑰方式，也就是加密和解密都用相同的密鑰。

1.對稱加密演算法採用單密鑰加密，在通信過程中，數據發送方將原始數據分割成固定大小的塊，經過密鑰和加密演算法逐個加密後，發送給接收方

2.接收方收到加密後的報文後，結合解密演算法使用相同密鑰解密組合後得出原始數據。

圖示：

非對稱加密演算法採用公鑰和私鑰兩種不同的密碼來進行加解密。公鑰和私鑰是成對存在，公鑰是從私鑰中提取產生公開給所有人的，如果使用公鑰對數據進行加密，那麼只有對應的私鑰（不能公開）才能解密，反之亦然。N 個用戶通信，需要2N個密鑰。

非對稱密鑰加密適合對密鑰或身份信息等敏感信息加密，從而在安全性上滿足用戶的需求。

1.甲使用乙的公鑰並結合相應的非對稱演算法將明文加密後發送給乙，並將密文發送給乙。
2.乙收到密文後，結合自己的私鑰和非對稱演算法解密得到明文，得到最初的明文。

圖示：

單向加密演算法只能用於對數據的加密，無法被解密，其特點為定長輸出、雪崩效應（少量消息位的變化會引起信息摘要的許多位變化）。

單向加密演算法常用於提取數據指紋，驗證數據的完整性、數字摘要、數字簽名等等。

1.發送者將明文通過單向加密演算法加密生成定長的密文串，然後傳遞給接收方。

2.接收方將用於比對驗證的明文使用相同的單向加密演算法進行加密，得出加密後的密文串。

3.將之與發送者發送過來的密文串進行對比，若發送前和發送後的密文串相一致，則說明傳輸過程中數據沒有損壞；若不一致，說明傳輸過程中數據丟失了。

圖示：

MD5、sha1、sha224等等

密鑰交換IKE（Internet Key Exchange）通常是指雙方通過交換密鑰來實現數據加密和解密

常見的密鑰交換方式有下面兩種：

將公鑰加密後通過網路傳輸到對方進行解密，這種方式缺點在於具有很大的可能性被攔截破解，因此不常用

DH演算法是一種密鑰交換演算法，其既不用於加密，也不產生數字簽名。

DH演算法通過雙方共有的參數、私有參數和演算法信息來進行加密，然後雙方將計算後的結果進行交換，交換完成後再和屬於自己私有的參數進行特殊演算法，經過雙方計算後的結果是相同的，此結果即為密鑰。

如：

安全性

在整個過程中，第三方人員只能獲取p、g兩個值，AB雙方交換的是計算後的結果，因此這種方式是很安全的。

答案：使用公鑰證書

公鑰基礎設施是一個包括硬體、軟體、人員、策略和規程的集合

用於實現基於公鑰密碼機制的密鑰和證書的生成、管理、存儲、分發和撤銷的功能

簽證機構CA、注冊機構RA、證書吊銷列表CRL和證書存取庫CB。

公鑰證書是以數字簽名的方式聲明，它將公鑰的值綁定到持有對應私鑰的個人、設備或服務身份。公鑰證書的生成遵循X.509協議的規定，其內容包括：證書名稱、證書版本、序列號、演算法標識、頒發者、有效期、有效起始日期、有效終止日期、公鑰 、證書簽名等等的內容。

1.客戶A准備好要傳送的數字信息（明文）。（准備明文）

2.客戶A對數字信息進行哈希（hash）運算，得到一個信息摘要。（准備摘要）

3.客戶A用CA的私鑰（SK）對信息摘要進行加密得到客戶A的數字簽名，並將其附在數字信息上。（用私鑰對數字信息進行數字簽名）

4.客戶A隨機產生一個加密密鑰（DES密鑰），並用此密鑰對要發送的信息進行加密，形成密文。 （生成密文）

5.客戶A用雙方共有的公鑰（PK）對剛才隨機產生的加密密鑰進行加密，將加密後的DES密鑰連同密文一起傳送給乙。（非對稱加密，用公鑰對DES密鑰進行加密）

6.銀行B收到客戶A傳送過來的密文和加過密的DES密鑰，先用自己的私鑰（SK）對加密的DES密鑰進行解密，得到DES密鑰。（用私鑰對DES密鑰解密）

7.銀行B然後用DES密鑰對收到的密文進行解密，得到明文的數字信息，然後將DES密鑰拋棄（即DES密鑰作廢）。（解密文）

8.銀行B用雙方共有的公鑰（PK）對客戶A的數字簽名進行解密，得到信息摘要。銀行B用相同的hash演算法對收到的明文再進行一次hash運算，得到一個新的信息摘要。（用公鑰解密數字簽名）

9.銀行B將收到的信息摘要和新產生的信息摘要進行比較，如果一致，說明收到的信息沒有被修改過。（對比信息摘要和信息）

答案是沒法保證CA的公鑰沒有被篡改。通常操作系統和瀏覽器會預制一些CA證書在本地。所以發送方應該去那些通過認證的CA處申請數字證書。這樣是有保障的。

但是如果系統中被插入了惡意的CA證書，依然可以通過假冒的數字證書發送假冒的發送方公鑰來驗證假冒的正文信息。所以安全的前提是系統中不能被人插入非法的CA證書。

END