密碼技術與加密分析演算法總結

Ⅰ 誰幫我介紹下加密對稱演算法

A．對稱加密技術 a. 描述 對稱演算法（symmetric algorithm），有時又叫傳統密碼演算法，就是加密密鑰能夠從解密密鑰中推算出來，同時解密密鑰也可以從加密密鑰中推算出來。而在大多數的對稱演算法中，加密密鑰和解密密鑰是相同的。所以也稱這種加密演算法為秘密密鑰演算法或單密鑰演算法。它要求發送方和接收方在安全通信之前，商定一個密鑰。對稱演算法的安全性依賴於密鑰，泄漏密鑰就意味著任何人都可以對他們發送或接收的消息解密，所以密鑰的保密性對通信性至關重要。 b．特點分析 對稱加密的優點在於演算法實現後的效率高、速度快。 對稱加密的缺點在於密鑰的管理過於復雜。如果任何一對發送方和接收方都有他們各自商議的密鑰的話，那麼很明顯，假設有N個用戶進行對稱加密通信，如果按照上述方法，則他們要產生N(N-1)把密鑰，每一個用戶要記住或保留N-1把密鑰，當N很大時，記住是不可能的，而保留起來又會引起密鑰泄漏可能性的增加。常用的對稱加密演算法有DES，DEA等。 B．非對稱加密技術 a.描述 非對稱加密（dissymmetrical encryption），有時又叫公開密鑰演算法（public key algorithm）。這種加密演算法是這樣設計的：用作加密的密鑰不同於用作解密的密鑰，而且解密密鑰不能根據加密密鑰計算出來（至少在合理假定的長時間內）。之所以又叫做公開密鑰演算法是由於加密密鑰可以公開，即陌生人可以得到它並用來加密信息，但只有用相應的解密密鑰才能解密信息。在這種加密演算法中，加密密鑰被叫做公開密鑰（public key）,而解密密鑰被叫做私有密鑰（private key）。 b.特點分析 非對稱加密的缺點在於演算法實現後的效率低、速度慢。 非對稱加密的優點在於用戶不必記憶大量的提前商定好的密鑰，因為發送方和接收方事先根本不必商定密鑰，發放方只要可以得到可靠的接收方的公開密鑰就可以給他發送信息了，而且即使雙方根本互不相識。但為了保證可靠性，非對稱加密演算法需要一種與之相配合使用的公開密鑰管理機制，這種公開密鑰管理機制還要解決其他一些公開密鑰所帶來的問題。常用的非對稱加密演算法有RSA等。 (3) 關於密碼技術 密碼技術包括加密技術和密碼分析技術，也即加密和解密技術兩個方面。在一個新的加密演算法的研發需要有相應的數學理論證明，證明這個演算法的安全性有多高，同時還要從密碼分析的角度對這個演算法進行安全證明，說明這個演算法對於所知的分析方法來說是有防範作用的。 三、對稱加密演算法分析 對稱加密演算法的分類 對稱加密演算法可以分成兩類：一類為序列演算法（stream algorithm）：一次只對明文中單個位（有時為位元組）加密或解密運算。另一類為分組演算法（block algorithm）：一次明文的一組固定長度的位元組加密或解密運算。 現代計算機密碼演算法一般採用的都是分組演算法，而且一般分組的長度為64位，之所以如此是由於這個長度大到足以防止分析破譯，但又小到足以方便使用。 1．DES加密演算法 （Data Encryption Standard ）
(1) 演算法簡介
1973 年 5 月 15 日，美國國家標准局 (NBS) 在「聯邦注冊」上發布了一條通知，徵求密碼演算法，用於在傳輸和存儲期間保護數據。IBM 提交了一個候選演算法，它是 IBM 內部開發的，名為 LUCIFER。在美國國家安全局 (NSA) 的「指導」下完成了演算法評估之後，在 1977 年 7 月 15 日，NBS 採納了 LUCIFER 演算法的修正版作為新的數據加密標准。
原先規定使用10年，但由於新的加密標准還沒有完成，所以DES演算法及其的變形演算法一直廣泛的應用於信息加密方面。 (2) 演算法描述 (包括加密和解密)
Feistel結構（畫圖說明）。

DES 的工作方式：可怕的細節
DES 將消息分成 64 位（即 16 個十六進制數）一組進行加密。DES 使用「密鑰」進行加密，從符號的角度來看，「密鑰」的長度是 16 個十六進制數（或 64 位）。但是，由於某些原因（可能是因為 NSA 給 NBS 的「指引」），DES 演算法中每逢第 8 位就被忽略。這造成密鑰的實際大小變成 56 位。編碼系統對「強行」或「野蠻」攻擊的抵抗力與其密鑰空間或者系統可能有多少密鑰有直接關系。使用的位數越多轉換出的密鑰也越多。密鑰越多，就意味著強行攻擊中計算密鑰空間中可能的密鑰范圍所需的時間就越長。從總長度中切除 8 位就會在很大程度上限制了密鑰空間，這樣系統就更容易受到破壞。
DES 是塊加密演算法。這表示它處理特定大小的純文本塊（通常是 64 位），然後返回相同大小的密碼塊。這樣，64 位（每位不是 0 就是 1）有 264 種可能排列，DES 將生成其中的一種排列。每個 64 位的塊都被分成 L、R 左右兩塊，每塊 32 位。
DES 演算法使用以下步驟：
1. 創建 16 個子密鑰，每個長度是 48 位。根據指定的順序或「表」置換 64 位的密鑰。如果表中的第一項是 "27"，這表示原始密鑰 K 中的第 27 位將變成置換後的密鑰 K+ 的第一位。如果表的第二項是 36，則這表示原始密鑰中的第 36 位將變成置換後密鑰的第二位，以此類推。這是一個線性替換方法，它創建了一種線性排列。置換後的密鑰中只出現了原始密鑰中的 56 位。
2. 接著，將這個密鑰分成左右兩半，C0 和 D0，每一半 28 位。定義了 C0 和 D0 之後，創建 16 個 Cn 和 Dn 塊，其中 1<=n<=16。每一對 Cn 和 Dn 塊都通過使用標識「左移位」的表分別從前一對 Cn-1 和 Dn-1 形成，n = 1, 2, ..., 16，而「左移位」表說明了要對哪一位進行操作。在所有情況下，單一左移位表示這些位輪流向左移動一個位置。在一次左移位之後，28 個位置中的這些位分別是以前的第 2、3……28 位。
通過將另一個置換表應用於每一個 CnDn 連接對，從而形成密鑰 Kn，1<=n<=16。每一對有 56 位，而置換表只使用其中的 48 位，因為每逢第 8 位都將被忽略。
3. 編碼每個 64 位的數據塊。
64 位的消息數據 M 有一個初始置換 IP。這將根據置換表重新排列這些位，置換表中的項按這些位的初始順序描述了它們新的排列。我們以前見過這種線性表結構。
使用函數 f 來生成一個 32 位的塊，函數 f 對兩個塊進行操作，一個是 32 位的數據塊，一個是 48 位的密鑰 Kn，連續迭代 16 次，其中 1<=n<=16。用 + 表示 XOR 加法（逐位相加，模除 2）。然後，n 從 1 到 16，計算 Ln = Rn-1 Rn = Ln-1 + f(Rn-1,Kn)。即在每次迭代中，我們用前一結果的右邊 32 位，並使它們成為當前步驟中的左邊 32 位。對於當前步驟中的右邊 32 位，我們用演算法 f XOR 前一步驟中的左邊 32 位。
要計算 f，首先將每一塊 Rn-1 從 32 位擴展到 48 位。可以使用選擇表來重復 Rn-1 中的一些位來完成這一操作。這個選擇表的使用就成了函數 f。因此 f(Rn-1) 的輸入塊是 32 位，輸出塊是 48 位。f 的輸出是 48 位，寫成 8 塊，每塊 6 位，這是通過根據已知表按順序選擇輸入中的位來實現的。
我們已經使用選擇表將 Rn-1 從 32 位擴展成 48 位，並將結果 XOR 密鑰 Kn。現在有 48 位，或者是 8 組，每組 6 位。每組中的 6 位現在將經歷一次變換，該變換是演算法的核心部分：在叫做「S 盒」的表中，我們將這些位當作地址使用。每組 6 位在不同的 S 盒中表示不同的地址。該地址中是一個 4 位數字，它將替換原來的 6 位。最終結果是 8 組，每組 6 位變換成 8 組，每組 4 位（S 盒的 4 位輸出），總共 32 位。
f 計算的最後階段是對 S 盒輸出執行置換 P，以得到 f 的最終值。f 的形式是 f = P(S1(B1)S2(B2)...S8(B8))。置換 P 根據 32 位輸入，在以上的過程中通過置換輸入塊中的位，生成 32 位輸出。

解密只是加密的逆過程，使用以上相同的步驟，但要逆轉應用子密鑰的順序。DES 演算法是可逆的
(2) 演算法的安全性分析
在知道一些明文和密文分組的條件下，從理論上講很容易知道對DES進行一次窮舉攻擊的復雜程度：密鑰的長度是56位，所以會有 種的可能的密鑰。
在1993年的一年一度的世界密碼大會上，加拿大北方電信公司貝爾實驗室的 Michael Wiener 描述了如何構造一台專用的機器破譯DES，該機器利用一種每秒能搜索5000萬個密鑰的專用晶元。而且此機器的擴展性很好，投入的經費越多則效率越高。用100萬美元構造的機器平均3.5小時就可以破譯密碼。
如果不用專用的機器，破譯DES也有其他的方法。在1994年的世界密碼大會上，M.Matsui 提出一種攻克DES的新方法--"線性密碼分析"法。它可使用平均 個明文及其密文，在12台HP9000/735工作站上用此方法的軟體實現，花費50天時間完成對DES的攻擊。
如前所述DES作為加密演算法的標准已經二十多年了，可以說是一個很老的演算法，而在新的加密演算法的國際標准出現之前，許多DES的加固性改進演算法仍有實用價值，在本文的3.4節詳細的描述，同時考慮的以上所述DES的安全性已受到了威脅。
(4) 演算法的變體 三重DES（TDEA），使用3個密鑰，執行3次DES演算法：
加密：C = Ek3[Dk2[Ek1[P]]] 解密：P = Dk1[Ek2[Dk3[C]]]
特點：安全性得到增強，但是速度變慢。
2.AES
自 20 世紀 70 年代以來一直廣泛使用的「數據加密標准」(DES) 日益顯出衰老的痕跡，而一種新的演算法 -- Rijndael -- 正順利地逐漸變成新標准。這里，Larry Loeb 詳細說明了每一種演算法，並提供了關於為什麼會發生這種變化的內幕信息。
DES 演算法是全世界最廣泛使用的加密演算法。最近，就在 2000 年 10 月，它在其初期就取得的硬體方面的優勢已經阻礙了其發展，作為政府加密技術的基礎，它已由「高級加密標准」(AES) 中包含的另一種加密演算法代替了。AES 是指定的標准密碼系統，未來將由政府和銀行業用戶使用。AES 用來實際編碼數據的加密演算法與以前的 DES 標准不同。我們將討論這是如何發生的，以及 AES 中的 Rijndael 演算法是如何取代 DES 的演算法的。
「高級加密標准」成就
但直到 1997 年，美國國家標准技術局 (NIST) 才開始打著 AES 項目的旗幟徵集其接任者。1997 年 4 月的一個 AES 研討會宣布了以下 AES 成就的最初目標：
• 可供政府和商業使用的功能強大的加密演算法
• 支持標准密碼本方式
• 要明顯比 DES 3 有效
• 密鑰大小可變，這樣就可在必要時增加安全性
• 以公正和公開的方式進行選擇
• 可以公開定義
• 可以公開評估
AES 的草案中最低可接受要求和評估標準是：
A.1 AES 應該可以公開定義。
A.2 AES 應該是對稱的塊密碼。
A.3 AES 應該設計成密鑰長度可以根據需要增加。
A.4 AES 應該可以在硬體和軟體中實現。
A.5 AES 應該 a) 可免費獲得。
A.6 將根據以下要素評價符合上述要求的演算法：
1. 安全性（密碼分析所需的努力）
2. 計算效率
3. 內存需求
4. 硬體和軟體可適用性
5. 簡易性
6. 靈活性
7. 許可證需求（見上面的 A5）
Rijndael：AES 演算法獲勝者
1998年8月20日NIST召開了第一次AES侯選會議，並公布了15個AES侯選演算法。經過一年的考察，MARS，RC6，Rijndael，Serpent，Twofish共5種演算法通過了第二輪的選拔。2000 年 10 月，NIST 選擇 Rijndael（發音為 "Rhine dale"）作為 AES 演算法。它目前還不會代替 DES 3 成為政府日常加密的方法，因為它還須通過測試過程，「使用者」將在該測試過程後發表他們的看法。但相信它可以順利過關。
Rijndael 是帶有可變塊長和可變密鑰長度的迭代塊密碼。塊長和密鑰長度可以分別指定成 128、192 或 256 位。
Rijndael 中的某些操作是在位元組級上定義的，位元組表示有限欄位 GF(28) 中的元素，一個位元組中有 8 位。其它操作都根據 4 位元組字定義。
加法照例對應於位元組級的簡單逐位 EXOR。
在多項式表示中，GF(28) 的乘法對應於多項式乘法模除階數為 8 的不可約分二進制多項式。（如果一個多項式除了 1 和它本身之外沒有其它約數，則稱它為不可約分的。）對於 Rijndael，這個多項式叫做 m(x)，其中：m(x) = (x8 + x4 + x3 + x + 1) 或者十六進製表示為 '11B'。其結果是一個階數低於 8 的二進制多項式。不像加法，它沒有位元組級的簡單操作。
不使用 Feistel 結構！
在大多數加密演算法中，輪回變換都使用著名的 Feistel 結構。在這個結構中，中間 State 的位部分通常不做更改調換到另一個位置。（這種線性結構的示例是我們在 DES 部分中討論的那些表，即使用固定表的形式交換位。）Rijndael 的輪回變換不使用這個古老的 Feistel 結構。輪回變換由三個不同的可逆一致變換組成，叫做層。（「一致」在這里表示以類似方法處理 State 中的位。）
線性混合層保證了在多個輪回後的高度擴散。非線性層使用 S 盒的並行應用，該應用程序有期望的（因此是最佳的）最差非線性特性。S 盒是非線性的。依我看來，這就 DES 和 Rijndael 之間的密鑰概念差異。密鑰加法層是對中間 State 的輪回密鑰 (Round Key) 的簡單 EXOR，如以下所注。

Rijndael演算法

加密演算法
Rijndael演算法是一個由可變數據塊長和可變密鑰長的迭代分組加密演算法，數據塊長和密鑰長可分別為128，192或256比特。
數據塊要經過多次數據變換操作，每一次變換操作產生一個中間結果，這個中間結果叫做狀態。狀態可表示為二維位元組數組，它有4行，Nb列，且Nb等於數據塊長除32。如表2-3所示。

a0,0 a0,1 a0,2 a0,3 a0,4 a0,5
a1,0 a1,1 a1,2 a1,3 a1,4 a1,5
a2,0 a2,1 a2,2 a2,3 a2,4 a2,5
a3,0 a3,1 a3,2 a3,3 a3,4 a3,5

數據塊按a0,0 , a1,0 , a2,0 , a3,0 , a0,1 , a1,1 , a2,1 , a3,1 , a0,2…的順序映射為狀態中的位元組。在加密操作結束時，密文按同樣的順序從狀態中抽取。
密鑰也可類似地表示為二維位元組數組，它有4行，Nk列，且Nk等於密鑰塊長除32。演算法變換的圈數Nr由Nb和Nk共同決定，具體值列在表2-4中。
表3-2 Nb和Nk決定的Nr的值
Nr Nb = 4 Nb = 6 Nb = 8
Nk = 4 10 12 14
Nk = 6 12 12 14
Nk = 8 14 14 14

3.2.1圈變換
加密演算法的圈變換由4個不同的變換組成，定義成：
Round(State,RoundKey)
{
ByteSub(State);
ShiftRow(State);
MixColumn(State);
AddRoundKey(State,RoundKey); (EXORing a Round Key to the State)
}
加密演算法的最後一圈變換與上面的略有不同，定義如下：
FinalRound(State,RoundKey)
{
ByteSub(State);
ShiftRow(State);
AddRoundKey(State,RoundKey);
}

ByteSub變換
ByteSub變換是作用在狀態中每個位元組上的一種非線形位元組變換。這個S盒子是可逆的且由以下兩部分組成：
把位元組的值用它的乘法逆替代，其中『00』的逆就是它自己。
經（1）處理後的位元組值進行如下定義的仿射變換：

y0 1 1 1 1 1 0 0 0 x0 0
y1 0 1 1 1 1 1 0 0 x1 1
y2 0 0 1 1 1 1 1 0 x2 1
y3 0 0 0 1 1 1 1 1 x3 0
y4 = 1 0 0 0 1 1 1 1 x4 + 0
y5 1 1 0 0 0 1 1 1 x5 0
y6 1 1 1 0 0 0 1 1 x6 1
y7 1 1 1 1 0 0 0 1 x7 1

ShiftRow變換
在ShiftRow變換中，狀態的後3行以不同的移位值循環右移，行1移C1位元組，行2移C2位元組，行3移C3位元組。
移位值C1，C2和C3與加密塊長Nb有關，具體列在表2-5中：
表3-3 不同塊長的移位值
Nb C1 C2 C3
4 1 2 3

MixColumn變換
在MixColumn變換中，把狀態中的每一列看作GF（28）上的多項式與一固定多項式c(x)相乘然後模多項式x4+1，其中c(x)為：
c(x) =『03』x3 + 『01』x2 + 『01』x + 『02』
圈密鑰加法
在這個操作中，圈密鑰被簡單地使用異或操作按位應用到狀態中。圈密鑰通過密鑰編製得到，圈密鑰長等於數據塊長Nb。

在這個表示法中，「函數」(Round, ByteSub, ShiftRow,...) 對那些被提供指針 (State, RoundKey) 的數組進行操作。ByteSub 變換是非線性位元組交換，各自作用於每個 State 位元組上。在 ShiftRow 中，State 的行按不同的偏移量循環移位。在 MixColumn 中，將 State 的列視為 GF(28) 多項式，然後乘以固定多項式 c( x ) 並模除 x4 + 1，其中 c( x ) = '03' x3 + '01' x2+ '01' x + '02'。這個多項式與 x4 + 1 互質，因此是可逆的。
輪回密鑰通過密鑰計劃方式從密碼密鑰 (Cipher Key) 派生而出。它有兩個組件：密鑰擴展 (Key Expansion) 和輪回密鑰選擇 (Round Key Selection)。輪回密鑰的總位數等於塊長度乘以輪回次數加 1（例如，塊長度等於 128 位，10 次輪回，那麼就需要 1408 個輪回密鑰位）。
密碼密鑰擴充成擴展密鑰 (Expanded Key)。輪回密鑰是通過以下方法從這個擴展密鑰中派生的：第一個輪回密鑰由前 Nb（Nb = 塊長度）個字組成，第二個由接著的 Nb 個字組成，以此類推。
加密演算法由以下部分組成：初始輪回密鑰加法、Nr-1 個輪回和最後一個輪回。在偽 C 代碼中：
Rijndael(State,CipherKey)
{
KeyExpansion(CipherKey,ExpandedKey);
AddRoundKey(State,ExpandedKey);
For( i=1 ; i<Nr ; i++ ) Round(State,ExpandedKey + Nb*i);
FinalRound(State,ExpandedKey + Nb*Nr).
}
如果已經預先執行了密鑰擴展，則可以根據擴展密鑰指定加密演算法。
Rijndael(State,ExpandedKey)
{
AddRoundKey(State,ExpandedKey);
For( i=1 ; i<Nr ; i++ ) Round(State,ExpandedKey + Nb*i);
FinalRound(State,ExpandedKey + Nb*Nr);
}
由於 Rijndael 是可逆的，解密過程只是顛倒上述的步驟。
最後，開發者將仔細考慮如何集成這種安全性進展，使之成為繼 Rijndael 之後又一個得到廣泛使用的加密演算法。AES 將很快應一般商業團體的要求取代 DES 成為標准，而該領域的發展進步無疑將追隨其後。

3．IDEA加密演算法 (1) 演算法簡介 IDEA演算法是International Data Encryption Algorithmic 的縮寫，意為國際數據加密演算法。是由中國學者朱學嘉博士和著名密碼學家James Massey 於1990年聯合提出的，當時被叫作PES（Proposed Encryption Standard）演算法，後為了加強抵抗差分密碼分，經修改於1992年最後完成，並命名為IDEA演算法。 (2) 演算法描述 這個部分參見論文上的圖 (3) 演算法的安全性分析 安全性：IDEA的密鑰長度是128位，比DES長了2倍多。所以如果用窮舉強行攻擊的話， 么，為了獲得密鑰需要 次搜索，如果可以設計一種每秒能搜索十億把密鑰的晶元，並且 採用十億個晶元來並行處理的話，也要用上 年。而對於其他攻擊方式來說，由於此演算法 比較的新，在設計時已經考慮到了如差分攻擊等密碼分析的威脅，所以還未有關於有誰 發現了能比較成功的攻擊IDEA方法的結果。從這點來看，IDEA還是很安全的。
4．總結
幾種演算法的性能對比
演算法 密鑰長度 分組長度 循環次數
DES 56 64 16
三重DES 112、168 64 48
AES 128、192、256 128 10、12、14
IDEA 128 64 8

速度：在200MHz的奔騰機上的對比。
C＋＋ DJGP(++pgcc101)
AES 30.2Mbps 68.275Mbps
DES(RSAREF) 10.6Mbps 16.7Mbps
3DES 4.4Mbps 7.3Mbps

Celeron 1GHz的機器上AES的速度,加密內存中的數據
128bits密鑰：
C/C++ (Mbps) 匯編(Mbps)
Linux 2.4.7 93 170
Windows2K 107 154
256bits密鑰：
C/C++ (Mbps) 匯編(Mbps)
Linux 2.4.7 76 148
Windows2K 92 135

安全性
1990年以來，特製的"DES Cracker"的機器可在幾個小時內找出一個DES密鑰。換句話說，通過測試所有可能的密鑰值，此硬體可以確定用於加密信息的是哪個密鑰。假設一台一秒內可找出DES密鑰的機器(如，每秒試255個密鑰)，如果用它來找出128-bit AES的密鑰，大約需要149萬億年。

四、對稱加密應用 在保密通信中的應用。（保密電話） 附加內容
安全哈希演算法（SHA）
由NIST開發出來的。
此演算法以最大長度不超過264位的消息為輸入，生成160位的消息摘要輸出。主要步驟：
1． 附加填充位
2． 附加長度
3． 初始化MD緩沖區，為160位的數據
A=67452301
B=EFCDAB89
C=89BADCFE
D=10325476
E=C3D2E1F0
4． 處理512位消息塊，將緩沖虛數據和消息塊共同計算出下一個輸出
5． 輸出160位摘要
此外還有其他哈希演算法，如MD5（128位摘要），RIPEMD-160（160位摘要）等。

Ⅱ 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。

Ⅲ 常見密碼技術簡介

##

密碼技術在網路傳輸安全上的應用

隨著互聯網電子商務和網路支付的飛速發展，互聯網安全已經是當前最重要的因素之一。作為一名合格的軟體開發工程師，有必要了解整個互聯網是如何來保證數據的安全傳輸的，本篇文章對網路傳輸安全體系以及涉及到的演算法知識做了一個簡要的介紹，希望大家能夠有一個初步的了解。

###密碼技術定義

簡單的理解，密碼技術就是編制密碼和破譯密碼的一門技術，也即是我們常說的加密和解密。常見的結構如圖：

其中涉及到的專業術語：

1.秘鑰：分為加密秘鑰和解密秘鑰，兩者相同的加密演算法稱為對稱加密，不同的稱為非對稱加密；

2.明文：未加密過的原文信息，不可以被泄露；

3.密文：經過加密處理後的信息，無法從中獲取有效的明文信息；

4.加密：明文轉成密文的過程，密文的長度根據不同的加密演算法也會有不同的增量；

5.解密：密文轉成明文的過程；

6.加密/解密演算法：密碼系統使用的加密方法和解密方法；

7.攻擊：通過截獲數據流、釣魚、木馬、窮舉等方式最終獲取秘鑰和明文的手段。

###密碼技術和我們的工作生活息息相關

在我們的日常生活和工作中，密碼技術的應用隨處可見，尤其是在互聯網系統上。下面列舉幾張比較有代表性的圖片，所涉及到的知識點後面都會一一講解到。

1.12306舊版網站每次訪問時，瀏覽器一般會提示一個警告，是什麼原因導致的？ 這樣有什麼風險呢？

2.360瀏覽器瀏覽HTTPS網站時，點開地址欄的小鎖圖標會顯示加密的詳細信息，比如網路的話會顯示```AES_128_GCM、ECDHE_RSA```，這些是什麼意思？

3.在Mac系統的鑰匙串里有很多的系統根證書，展開後有非常多的信息，這些是做什麼用的？

4.去銀行開通網上支付都會附贈一個U盾，那U盾有什麼用呢？

##如何確保網路數據的傳輸安全

接下來我們從實際場景出發，以最常見的客戶端Client和服務端Server傳輸文件為例來一步步了解整個安全體系。

####1. 保密性

首先客戶端要把文件送到服務端，不能以明文形式發送，否則被黑客截獲了數據流很容易就獲取到了整個文件。也就是文件必須要確保保密性，這就需要用到對稱加密演算法。 

** 對稱加密： **加密和解密所使用的秘鑰相同稱為對稱加密。其特點是速度快、效率高，適用於對較大量的數據進行加密。常見的對稱加密演算法有DES、3DES、AES、TDEA、RC5等，讓我們了解下最常見的3DES和AES演算法：

** DES(Data Encryption Standard)： **1972年由美國IBM研製，數學原理是將明文以8位元組分組（不足8位可以有不同模式的填充補位），通過數學置換和逆置換得到加密結果，密文和明文長度基本相同。秘鑰長度為8個位元組，後有了更安全的一個變形，使用3條秘鑰進行三次加密，也就是3DES加密。

**3DES：**可以理解為對明文進行了三次DES加密，增強了安全程度。

** AES(Advanced Encryption Standard)： **2001年由美國發布，2002年成為有效標准，2006年成為最流行的對稱加密演算法之一。由於安全程度更高，正在逐步替代3DES演算法。其明文分組長度為16位元組，秘鑰長度可以為16、24、32(128、192、256位)位元組，根據秘鑰長度，演算法被稱為AES-128、AES-192和AES-256。

對稱加密演算法的入參基本類似，都是明文、秘鑰和模式三個參數。可以通過網站進行模擬測試：[http://tool.chacuo.net/crypt3des]()。其中的模式我們主要了解下ECB和CBC兩種簡單模式，其它有興趣可自行查閱。

** ECB模式(Electronic Codebook Book)： **這種模式是將明文分成若干小段，然後對每一段進行單獨的加密，每一段之間不受影響，可以單獨的對某幾段密文進行解密。

** CBC模式(Cipher Block Chaining)： **這種模式是將明文分成若干小段，然後每一段都會和初始向量(上圖的iv偏移量)或者上一段的密文進行異或運算後再進行加密，不可以單獨解密某一斷密文。

 ** 填充補位： **常用為PKCS5Padding，規則為缺幾位就在後面補幾位的所缺位數。，比如明文數據為```/x01/x01/x01/x01/x01/x01```6個位元組，缺2位補```/x02```，補完位```/x01/x01/x01/x01/x01/x01/x02/x02```。解密後也會按照這個規則進行逆處理。需要注意的是：明文為8位時也需要在後面補充8個```/x08```。

####2. 真實性

客戶端有了對稱秘鑰，就需要考慮如何將秘鑰送到服務端，問題跟上面一樣：不能以明文形式直接傳輸，否則還是會被黑客截獲到。這里就需要用到非對稱加密演算法。

** 非對稱加密： **加密和解密秘鑰不同，分別稱為公開秘鑰(publicKey)和私有秘鑰(privateKey)。兩者成對出現，公鑰加密只能用私鑰解密，而私鑰加密也只能用公鑰加密。兩者不同的是：公鑰是公開的，可以隨意提供給任何人，而私鑰必須保密。特點是保密性好，但是加密速度慢。常見的非對稱加密演算法有RSA、ECC等；我們了解下常見的RSA演算法：

** RSA(Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman)： **1977年由麻省理工學院三人提出，RSA就是他們三個人的姓氏開頭字母拼在一起組成的。數學原理是基於大數分解。類似於```100=20x5```，如果只知道100的話，需要多次計算才可以試出20和5兩個因子。如果100改為極大的一個數，就非常難去試出真正的結果了。下面是隨機生成的一對公私鑰:

這是使用公鑰加密後結果：

RSA的這種特性就可以保證私鑰持有者的真實性，客戶端使用公鑰加密文件後，黑客就算截獲到數據因為沒有私鑰也是無法解密的。

** Tips： **

+** 不使用對稱加密，直接用RSA公私鑰進行加密和解密可以嗎？ **

答案：不可以，第一是因為RSA加密速度比對稱加密要慢幾十倍甚至幾百倍以上，第二是因為RSA加密後的數據量會變大很多。

+** 由服務端生成對稱秘鑰，然後用私鑰加密，客戶端用公鑰解密這樣來保證對稱秘鑰安全可行嗎？ **

答案：不可行，因為公鑰是公開的，任何一個人都可以拿到公鑰解密獲取對稱秘鑰。

####3. 完整性

當客戶端向服務端發送對稱秘鑰加密後的文件時，如果被黑客截獲，雖然無法解密得到對稱秘鑰。但是黑客可以用服務端公鑰加密一個假的對稱秘鑰，並用假的對稱秘鑰加密一份假文件發給服務端，這樣服務端會仍然認為是真的客戶端發送來的，而並不知道閱讀的文件都已經是掉包的了。

這個問題就需要用到散列演算法，也可以譯為Hash。常見的比如MD4、MD5、SHA-1、SHA-2等。

** 散列演算法(哈希演算法)： **簡單的說就是一種將任意長度的消息壓縮到某一固定長度的消息摘要的函數。而且該過程是不可逆的，無法通過摘要獲得原文。

** SHA-1(Secure Hash Algorithm 1)： **由美國提出，可以生成一個20位元組長度的消息摘要。05年被發現了針對SHA-1的有效攻擊方法，已經不再安全。2010年以後建議使用SHA-2和SHA-3替代SHA-1。

** SHA-2(Secure Hash Algorithm 2)： **其下又分為六個不同演算法標准：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA512/256。其後面數字為摘要結果的長度，越長的話碰撞幾率越小。SHA-224的使用如下圖：

客戶端通過上面的散列演算法可以獲取文件的摘要消息，然後用客戶端私鑰加密後連同加密的文件發給服務端。黑客截獲到數據後，他沒有服務端私鑰無法獲取到對稱秘鑰，也沒有客戶端私鑰無法偽造摘要消息。如果再像上面一樣去掉包文件，服務端收到解密得到摘要消息一對比就可以知道文件已經被掉包篡改過了。

這種用私鑰對摘要消息進行加密的過程稱之為數字簽名，它就解決了文件是否被篡改問題，也同時可以確定發送者身份。通常這么定義：

** 加密： **用公鑰加密數據時稱為加密。

** 簽名： **用私鑰加密數據時稱為簽名。

####4. 信任性

我們通過對稱加密演算法加密文件，通過非對稱加密傳輸對稱秘鑰，再通過散列演算法保證文件沒被篡改過和發送者身份。這樣就安全了嗎？

答案是否定的，因為公鑰是要通過網路送到對方的。在這期間如果出現問題會導致客戶端收到的公鑰並不一定是服務端的真實公鑰。常見的** 中間人攻擊 **就是例子：

** 中間人攻擊MITM(Man-in-the-MiddleAttack)： **攻擊者偽裝成代理伺服器，在服務端發送公鑰證書時，篡改成攻擊者的。然後收到客戶端數據後使用攻擊者私鑰解密，再篡改後使用攻擊者私鑰簽名並且將攻擊者的公鑰證書發送給伺服器。這樣攻擊者就可以同時欺騙雙方獲取到明文。

這個風險就需要通過CA機構對公鑰證書進行數字簽名綁定公鑰和公鑰所屬人，也就是PKI體系。

** PKI(Privilege Management Infrastructure)： **支持公鑰管理並能支持認證、加密、完整性和可追究性的基礎設施。可以說整個互聯網數據傳輸都是通過PKI體系進行安全保證的。

** CA(Certificate Authority)： **CA機構就是負責頒發證書的，是一個比較公認的權威的證書發布機構。CA有一個管理標准：WebTrust。只有通過WebTrust國際安全審計認證，根證書才能預裝到主流的瀏覽器而成為一個全球可信的認證機構。比如美國的GlobalSign、VeriSign、DigiCert，加拿大的Entrust。我國的CA金融方面由中國人民銀行管理CFCA，非金融CA方面最初由中國電信負責建設。

CA證書申請流程：公司提交相應材料後，CA機構會提供給公司一張證書和其私鑰。會把Issuer,Public key,Subject,Valid from,Valid to等信息以明文的形式寫到證書裡面，然後用一個指紋演算法計算出這些數字證書內容的一個指紋，並把指紋和指紋演算法用自己的私鑰進行加密。由於瀏覽器基本都內置了CA機構的根證書，所以可以正確的驗證公司證書指紋（驗簽），就不會有安全警告了。

但是：所有的公司其實都可以發布證書，甚至我們個人都可以隨意的去發布證書。但是由於瀏覽器沒有內置我們的根證書，當客戶端瀏覽器收到我們個人發布的證書後，找不到根證書進行驗簽，瀏覽器就會直接警告提示，這就是之前12306打開會有警告的原因。這種個人發布的證書，其實可以通過系統設置為受信任的證書去消除這個警告。但是由於這種證書機構的權威性和安全性難以信任，大家最好不要這么做。

我們看一下網路HTTPS的證書信息：

其中比較重要的信息：

簽發機構：GlobalSign Root CA；

有效日期：2018-04-03到2019-05-26之間可用；

公鑰信息：RSA加密，2048位；

數字簽名：帶 RSA 加密的 SHA-256 ( 1.2.840.113549.1.1.11 )

綁定域名：再進行HTTPS驗證時，如果當前域名和證書綁定域名不一致，也會出現警告；

URI：在線管理地址。如果當前私鑰出現了風險，CA機構可以在線吊銷該證書。

####5. 不可抵賴性

看起來整個過程都很安全了，但是仍存在一種風險：服務端簽名後拒不承認，歸咎於故障不履行合同怎麼辦。

解決方法是採用數字時間戳服務：DTS。

** DTS(digital time-stamp)： **作用就是對於成功的電子商務應用，要求參與交易各方不能否認其行為。一般來說，數字時間戳產生的過程為：用戶首先將需要加時間戳的文件用Hash演算法運算形成摘要，然後將該摘要發送到DTS。DTS在加入了收到文件摘要的日期和事件信息後再對該文件進行數字簽名，然後送達用戶。

####6. 再次認證

我們有了數字證書保證了身份的真實性，又有了DTS提供的不可抵賴性。但是還是不能百分百確定使用私鑰的就是合法持有者。有可能出現被別人盜用私鑰進行交易的風險。

解決這個就需要用到強口令、認證令牌OTP、智能卡、U盾或生物特徵等技術對使用私鑰的當前用戶進行認證，已確定其合法性。我們簡單了解下很常見的U盾。

** USB Key(U盾)： **剛出現時外形比較像U盤，安全性能像一面盾牌，取名U盾。其內部有一個只可寫不可讀的區域存儲著用戶的私鑰(也有公鑰證書)，銀行同樣也擁有一份。當進行交易時，所有涉及到私鑰的運算都在U盾內部進行，私鑰不會泄露。當交易確認時，交易的詳細數據會顯示到U盾屏幕上，確認無誤後通過物理按鍵確認就可以成功交易了。就算出現問題黑客也是無法控制U盾的物理按鍵的，用戶可以及時取消避免損失。有的U盾裡面還有多份證書，來支持國密演算法。

** 國密演算法： **國家密碼局針對各種演算法制定了一些列國產密碼演算法。具體包括：SM1對稱加密演算法、SM2公鑰演算法、SM3摘要演算法、SM4對稱加密演算法、ZUC祖沖之演算法等。這樣可以對國產固件安全和數據安全進行進一步的安全控制。

## HTTPS分析

有了上面的知識，我們可以嘗試去分析下HTTPS的整個過程，用Wireshark截取一次HTTPS報文：

Client Hello: 客戶端發送Hello到服務端443埠，裡麵包含了隨機數、客戶端支持的加密演算法、客戶端的TLS版本號等；

Server Hello: 服務端回應Hello到客戶端，裡麵包含了服務端選擇的加密套件、隨機數等；

Certificate： 服務端向客戶端發送證書

服務端計算對稱秘鑰：通過ECDH演算法得到對稱秘鑰

客戶端計算對稱秘鑰：通過ECDH演算法得到對稱秘鑰

開始用對稱秘鑰進行加密傳輸數據

其中我們又遇到了新的演算法：DH演算法

** DH(Diffie-Hellman)： **1976年由Whitefield與Martin Hellman提出的一個奇妙的秘鑰交換協議。這個機制的巧妙在於可以通過安全的方式使雙方獲得一個相同的秘鑰。數學原理是基於原根的性質，如圖：

*** DH演算法的用處不是為了加密或解密消息，而是用於通信雙方安全的交換一個相同的秘鑰。 ***

** ECDH： **基於ECC(橢圓曲線密碼體制)的DH秘鑰交換演算法，數學原理是基於橢圓曲線上的離散對數問題。

** ECDHE： **字面少了一個E，E代表了臨時。在握手流程中，作為伺服器端，ECDH使用證書公鑰代替Pb，使用自身私鑰代替Xb。這個演算法時伺服器不發送server key exchange報文，因為發送certificate報文時，證書本身就包含了Pb信息。

##總結

| 演算法名稱  | 特點 | 用處 | 常用演算法名 |

| --- | :--- | :---: | ---: |

| 對稱加密  | 速度快，效率高| 用於直接加密文件 | 3DES、AES、RC4 |

| 非對稱加密  | 速度相對慢，但是確保安全 | 構建CA體系 | RSA、ECC |

| 散列演算法 | 算出的摘要長度固定，不可逆 | 防止文件篡改 | SHA-1、SHA-2 |

| DH演算法 | 安全的推導出對稱秘鑰 | 交換對稱秘鑰 | ECDH |

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Ⅳ 密碼技術主要是

密碼技術主要是實現信息的保密性。對信息進行加密、分析、識別和確認以及對密鑰進行管理的技術。密碼技術及其研究和應用領域是不斷發展的。

密碼技術包括密碼編碼技術、密碼分析技術、認證技術和密鑰管理技術。密碼編碼技術包括序列密碼編碼技術、分組密碼編碼技術和公鑰密碼編碼技術。主要任務是解決信息的加密保護問題，手段是利用加密演算法在密鑰的指示下對明文加密產生密文。密碼演算法既要做到安全，又要滿足實際需要。密碼分析技術包括序列密碼分析技術、分組密碼分析技術和公鑰密碼分析技術。目的是獲取非授權的機密信息。

密碼分析技術主要有唯密文攻擊技術、已知明文攻擊技術、選擇明文攻擊技術、選擇密文攻擊技術、相關密鑰攻擊技術、窮盡攻擊技術、分割攻擊技術、相關攻擊技術、差分攻擊技術等。認證技術主要包括身份認證技術和消息認證技術。目的是防止欺騙和偽造。身份認證技術是密碼通信中進行身份識別和身份驗證的技術，主要用來確認訪問者是誰和聲稱的訪問者是否真實。

消息認證技術是密碼通信中用來驗證接收到的消息是否真實的技術，主要用來確認消息是否來自可信發送方以及消息在傳輸或存儲過程中是否遭到有意或無意的修改、重放、延遲等。雜湊函數、數字簽名等是實現認證的重要工具。密鑰管理技術是密鑰生成、分配、使用和銷毀等技術的總稱。包括隨機數生成技術、密鑰分配技術、密鑰分散管理技術、密鑰分層管理技術、秘密共享技術、密鑰銷毀技術、密鑰協議設計與分析技術等，是隨著密碼應用范圍的拓展而獨立出來的一類技術。信息技術的應用和發展，極大地拓展了密碼技術的研究和應用領域，密碼技術將不斷獲得新的發展。

Ⅳ 信息加密技術的加密技術分析

加密就是通過密碼算術對數據進行轉化，使之成為沒有正確密鑰任何人都無法讀懂的報文。而這些以無法讀懂的形式出現的數據一般被稱為密文。為了讀懂報文，密文必須重新轉變為它的最初形式--明文。而含有用來以數學方式轉換報文的雙重密碼就是密鑰。在這種情況下即使一則信息被截獲並閱讀，這則信息也是毫無利用價值的。而實現這種轉化的演算法標准，據不完全統計，到現在為止已經有近200多種。在這里，主要介紹幾種重要的標准。按照國際上通行的慣例，將這近200種方法按照雙方收發的密鑰是否相同的標准劃分為兩大類：一種是常規演算法（也叫私鑰加密演算法或對稱加密演算法），其特徵是收信方和發信方使用相同的密鑰，即加密密鑰和解密密鑰是相同或等價的。比較著名的常規密碼演算法有：美國的DES及其各種變形，比如3DES、GDES、New DES和DES的前身Lucifer； 歐洲的IDEA；日本的FEAL N、LOKI?91、Skipjack、RC4、RC5以及以代換密碼和轉輪密碼為代表的古典密碼等。在眾多的常規密碼中影響最大的是DES密碼，而最近美國NIST（國家標准與技術研究所）推出的AES將有取代DES的趨勢，後文將作出詳細的分析。常規密碼的優點是有很強的保密強度，且經受住時間的檢驗和攻擊，但其密鑰必須通過安全的途徑傳送。因此，其密鑰管理成為系統安全的重要因素。另外一種是公鑰加密演算法（也叫非對稱加密演算法）。其特徵是收信方和發信方使用的密鑰互不相同，而且幾乎不可能從加密密鑰推導解密密鑰。比較著名的公鑰密碼演算法有：RSA、背包密碼、McEliece密碼、Diffe Hellman、Rabin、Ong Fiat Shamir、零知識證明的演算法、橢圓曲線、EIGamal演算法等等⑷。最有影響的公鑰密碼演算法是RSA，它能抵抗到目前為止已知的所有密碼攻擊，而最近勢頭正勁的ECC演算法正有取代RSA的趨勢。公鑰密碼的優點是可以適應網路的開放性要求，且密鑰管理問題也較為簡單，尤其可方便的實現數字簽名和驗證。但其演算法復雜，加密數據的速率較低。盡管如此，隨著現代電子技術和密碼技術的發展，公鑰密碼演算法將是一種很有前途的網路安全加密體制。這兩種演算法各有其短處和長處，在下面將作出詳細的分析。 在私鑰加密演算法中，信息的接受者和發送者都使用相同的密鑰，所以雙方的密鑰都處於保密的狀態，因為私鑰的保密性必須基於密鑰的保密性，而非演算法上。這在硬體上增加了私鑰加密演算法的安全性。但同時我們也看到這也增加了一個挑戰：收發雙方都必須為自己的密鑰負責，這種情況在兩者在地理上分離顯得尤為重要。私鑰演算法還面臨這一個更大的困難，那就是對私鑰的管理和分發十分的困難和復雜，而且所需的費用十分的龐大。比如說，一個n個用戶的網路就需要派發n(n-1)/2個私鑰，特別是對於一些大型的並且廣域的網路來說，其管理是一個十分困難的過程，正因為這些因素從而決定了私鑰演算法的使用范圍。而且，私鑰加密演算法不支持數字簽名，這對遠距離的傳輸來說也是一個障礙。另一個影響私鑰的保密性的因素是演算法的復雜性。現今為止，國際上比較通行的是DES、3DES以及最近推廣的AES。
數據加密標准（Data Encryption Standard）是IBM公司1977年為美國政府研製的一種演算法。DES是以56 位密鑰為基礎的密碼塊加密技術。它的加密過程一般如下：
① 一次性把64位明文塊打亂置換。
② 把64位明文塊拆成兩個32位塊；
③ 用機密DES密鑰把每個32位塊打亂位置16次；
④ 使用初始置換的逆置換。
但在實際應用中，DES的保密性受到了很大的挑戰，1999年1月，EFF和分散網路用不到一天的時間，破譯了56位的DES加密信息。DES的統治地位受到了嚴重的影響，為此，美國推出DES的改進版本-- 三重加密（triple Data Encryption Standard）即在使用過程中，收發雙方都用三把密鑰進行加解密，無疑這種3*56式的加密方法大大提升了密碼的安全性，按現在的計算機的運算速度，這種破解幾乎是不可能的。但是我們在為數據提供強有力的安全保護的同時，也要化更多的時間來對信息進行三次加密和對每個密層進行解密。同時在這種前提下，使用這種密鑰的雙發都必須擁有3個密鑰，如果丟失了其中任何一把，其餘兩把都成了無用的密鑰。這樣私鑰的數量一下又提升了3倍，這顯然不是我們想看到的。於是美國國家標准與技術研究所推出了一個新的保密措施來保護金融交易。高級加密標准（Advanced Encryption Standard）美國國家技術標准委員會(NIST)在2000年10月選定了比利時的研究成果Rijndael作為AES的基礎。Rijndael是經過三年漫長的過程，最終從進入候選的五種方案中挑選出來的。
AES內部有更簡潔精確的數學演算法,而加密數據只需一次通過。AES被設計成高速，堅固的安全性能，而且能夠支持各種小型設備。AES與3DES相比，不僅是安全性能有重大差別，使用性能和資源有效利用上也有很大差別。雖然到現在為止，我還不了解AES的具體演算法但是從下表可以看出其與3DES的巨大優越性。
還有一些其他的一些演算法，如美國國家安全局使用的飛魚（Skipjack）演算法，不過它的演算法細節始終都是保密的，所以外人都無從得知其細節類容；一些私人組織開發的取代DES的方案：RC2、RC4、RC5等。 面對在執行過程中如何使用和分享密鑰及保持其機密性等問題，1975年Whitefield Diffe和Marti Hellman提出了公開的密鑰密碼技術的概念，被稱為Diffie-Hellman技術。從此公鑰加密演算法便產生了。
由於採取了公共密鑰，密鑰的管理和分發就變得簡單多了，對於一個n個用戶的網路來說，只需要2n個密鑰便可達到密度。同時使得公鑰加密法的保密性全部集中在及其復雜的數學問題上，它的安全性因而也得到了保證。但是在實際運用中，公共密鑰加密演算法並沒有完全的取代私鑰加密演算法。其重要的原因是它的實現速度遠遠趕不上私鑰加密演算法。又因為它的安全性，所以常常用來加密一些重要的文件。自公鑰加密問世以來，學者們提出了許多種公鑰加密方法，它們的安全性都是基於復雜的數學難題。根據所基於的數學難題來分類，有以下三類系統目前被認為是安全和有效的：大整數因子分解系統(代表性的有RSA)、橢圓曲線離散對數系統(ECC)和離散對數系統 (代表性的有DSA)，下面就作出較為詳細的敘述。
RSA演算法是由羅納多·瑞維斯特（Rivet）、艾迪·夏彌爾（Shamir）和里奧納多·艾德拉曼（Adelman）聯合推出的，RAS演算法由此而得名。它的安全性是基於大整數素因子分解的困難性，而大整數因子分解問題是數學上的著名難題，至今沒有有效的方法予以解決，因此可以確保RSA演算法的安全性。RSA系統是公鑰系統的最具有典型意義的方法，大多數使用公鑰密碼進行加密和數字簽名的產品和標准使用的都是RSA演算法。它得具體演算法如下：
① 找兩個非常大的質數，越大越安全。把這兩個質數叫做P和Q。
② 找一個能滿足下列條件得數字E：
A． 是一個奇數。
B． 小於P×Q。
C． 與（P－1）×（Q－1）互質，只是指E和該方程的計算結果沒有相同的質數因子。
③ 計算出數值D，滿足下面性質：（（D×E）－1）能被（P－1）×（Q－1）整除。
公開密鑰對是（P×Q，E）。
私人密鑰是D。
公開密鑰是E。
解密函數是：
假設T是明文，C是密文。
加密函數用公開密鑰E和模P×Q；
加密信息=（TE）模P×Q。
解密函數用私人密鑰D和模P×Q；
解密信息=（CD）模P×Q。
橢圓曲線加密技術（ECC）是建立在單向函數（橢圓曲線離散對數）得基礎上，由於它比RAS使用得離散對數要復雜得多。而且該單向函數比RSA得要難，所以與RSA相比，它有如下幾個優點：
安全性能更高 加密演算法的安全性能一般通過該演算法的抗攻擊強度來反映。ECC和其他幾種公鑰系統相比，其抗攻擊性具有絕對的優勢。如160位 ECC與1024位 RSA有相同的安全強度。而210位 ECC則與2048bit RSA具有相同的安全強度。
計算量小，處理速度快 雖然在RSA中可以通過選取較小的公鑰（可以小到3）的方法提高公鑰處理速度，即提高加密和簽名驗證的速度，使其在加密和簽名驗證速度上與ECC有可比性，但在私鑰的處理速度上（解密和簽名），ECC遠比RSA、DSA快得多。因此ECC總的速度比RSA、DSA要快得多。
存儲空間佔用小 ECC的密鑰尺寸和系統參數與RSA、DSA相比要小得多，意味著它所佔的存貯空間要小得多。這對於加密演算法在IC卡上的應用具有特別重要的意義。
帶寬要求低 當對長消息進行加解密時，三類密碼系統有相同的帶寬要求，但應用於短消息時ECC帶寬要求卻低得多。而公鑰加密系統多用於短消息，例如用於數字簽名和用於對對稱系統的會話密鑰傳遞。帶寬要求低使ECC在無線網路領域具有廣泛的應用前景。
ECC的這些特點使它必將取代RSA，成為通用的公鑰加密演算法。比如SET協議的制定者已把它作為下一代SET協議中預設的公鑰密碼演算法。

Ⅵ 密碼學相關知識梳理

密碼學是研究編制密碼和破譯密碼的技術科學。

密碼學的歷史最早可以追溯到幾千年以前，古今中外都有密碼學運用的記載，從歷史看，戰爭很大程度給密碼學提供了應用環境，推動了密碼學的發展，密碼學按照發展歷程，大體可以分為三個階段，手工加密、機械加密和計算機加密階段，下面是近代密碼學的一些重要進展。
1949年，資訊理論始祖克勞德·艾爾伍德·香農（Claude Elwood Shannon）發表了《保密系統的通信理論》一文，把密碼學建立在嚴格的數學基礎之上，奠定理論基礎，從此成為真正的科學。
1976年，密碼學專家惠特菲爾德·迪菲（Bailey Whitfield Diffie）和馬丁·赫爾曼（Martin Edward Hellman）兩人發表了《密碼學的新方向》一文，解決了密鑰管理的難題，把密鑰分為加密的公鑰和解密的私鑰，提出了密鑰交換演算法Diffie-Hellman。
1977年，美國國家標准技術研究所制定數據加密標准（Data Encryption Standard ）,將其頒布為國家標准。
1977年，麻省理工學院的羅納德·李維斯特（Ron Rivest）、阿迪·薩莫爾（Adi Shamir）和倫納德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出RSA加密演算法，RSA就是他們三人姓氏開頭字母拼在一起組成的。
1997年4月，美國ANSI發起徵集AES（advanced encryption standard）的活動，並為此成立了AES工作小組，經過幾年的時間篩選，最終採用了由比利時的Joan Daemen和Vincent Rijmen設計的Rijndael演算法，並在2002年5月26日成為有效的加密標准。

按密碼體制劃分：對稱密碼體制密碼學和非對稱密碼體制密碼學對應的有對稱密碼演算法和非對稱密碼演算法。

消息摘要演算法又稱散列演算法，其核心在於散列函數的單向性，即通過散列函數可獲得對應的散列值，但不可通過該散列值反推其原始信息，這是消息摘要演算法的安全性的根本所在，我們通常使用該演算法判斷數據的完整性。

消息摘要演算法我們常見比如MD(Message Digest）、SHA(Secure Hash Algorithm)、HMAC(Hash Message Authentication Code)等，常用於驗證數據的完整性，是數字簽名演算法的核心演算法。

我們以微信支付的介面調用分析一下摘要演算法怎麼應用的，首先可以打開微信支付如下相關文檔：
微信支付統一下單介面文檔
微信支付簽名過程

對稱加密簡單的說就是加密和解密使用同一個密鑰，解密演算法是加密演算法的逆運算。

對稱加密演算法主要有DES、DES演算法的變種DESede、DES替代者AES演算法、IDEA、PBE等

非對稱加密演算法稱為雙鑰或公鑰加密演算法，跟對稱加密演算法不同的是，對稱加密演算法只一個密鑰，非對稱加密演算法 一個公鑰和一個私鑰，一個用於加密，另外一個用於解密。
簡單的說：一對密鑰公鑰A和私鑰B，A加密只能B解密，B加密只能A解密。

非對稱加密演算法源於DH演算法（Diffie-Hellman,密鑰交換演算法）由W.Diffie和 M.Hellman共同提出,該演算法為非對稱加密演算法奠定了基礎，下面我們先來了解下密鑰交換演算法DH和ECDH演算法。
為什麼需要密鑰交換演算法？前面我們提到對稱加密演算法加解密都是用同一個密鑰，我們可以想一下，我們怎樣能安全的把一個密鑰給到對方呢？比如我們經常用到HTTPS，大家都說HTTPS加密了是安全的，那它加密的密鑰怎麼來的呢？很顯然我們在訪問一個https地址的時候，事先並沒有密鑰，訪問過程中客戶端跟服務端通過握手協議協商出來的密鑰，如果服務端直接把密鑰在網路上傳輸那肯定不安全的，所以這過程到底發生了什麼？後面專門分析https的時候會詳細寫，這里先了解下該演算法。
DH密鑰交換演算法的安全性基於有限域上的離散對數難題
ECDH密鑰交換演算法是基於橢圓曲線加密

從上面圖中可以看出，DH&ECDH密鑰交換演算法交互雙方都會向對方公開一部分信息，即所謂的公鑰，這部分即使被別人拿到了也不會威脅到最終的密鑰，這里很關鍵的一點是甲乙兩方公布的公鑰是不相同的，但是最終生成的密鑰兩邊是一致的，這里是利用的演算法原理，有興趣的可以去查閱詳細的演算法公式，因為最終的密鑰不需要傳輸給對方，所以很大程度保證安全性。
非對稱加密演算法：
比較典型的非對稱加密演算法有RSA、ECC、ElGamal,RSA演算法基於大數因子分解難題，而ElGamal和ECC演算法則是基於離散對數難題。

從上面消息傳遞模型我們可以看出，非對稱加密演算法遵循「私鑰加密，公鑰解密」和「公鑰加密，私鑰解密」的原則，但是有一點需要注意，公鑰是公開的，所以用在什麼場景是需要根據該演算法的特徵來考慮的，比如既然公鑰是公開的，你用私鑰加密敏感數據傳遞給第三方合適么？顯然不合適，因為公鑰公開的，別人都可以拿到公鑰，也就意味著你加密的數據都可以解密，所以適合的場景比如私鑰加密，公鑰只是用來驗證加密的內容，每個人都可以來驗證，該場景是不在乎加密內容被其它攻擊者看到的，甚至說內容本來就是公開的，對於接收者用公鑰確保內容沒有被篡改即可，所以我們通常說非對稱演算法「私鑰簽名，公鑰驗證簽名」，另外一點，「公鑰加密，私鑰解密」，因為私鑰只有我們自己手上有，所以理論上也只有我們自己可以解密，這樣是安全的，https證書驗證以及握手協議過程中會體現這一點。

數字簽名演算法可以看做是一種帶有密鑰的消息摘要演算法，並且這種密鑰包含了公鑰和私鑰。也就是說數字簽名演算法是非對稱加密演算法和消息摘要演算法的結合體，遵循「私鑰簽名，公鑰驗證」的簽名認證方式。
數字簽名演算法是公鑰基礎設施（Public Key Infrastructure,PKI）以及許多網路安全機制（SSL/TLS,VPN等）的基礎。
數字簽名演算法要求能夠驗證數據完整性、認證數據來源，並起到抗否認的作用。

數字簽名演算法主要包括RSA、DSA、ECDSA共3種演算法，其中RSA演算法源於整數因子分解問題，DSA和ECDSA演算法源於離散對數問題。

我們以螞蟻金服開放平台上介面簽名方案為例，詳細說明可以打開如下文檔：
螞蟻開放平台簽名專區

Ⅶ 數據加密技術及其相關演算法

數據加密技術 所謂數據加密（Data Encryption）技術是指將一個信息（或稱明文，plain text）經過加密鑰匙（Encryption key）及加密函數轉換，變成無意義的密文（cipher text），而接收方則將此密文經過解密函數、解密鑰匙（Decryption key）還原成明文。加密技術是網路安全技術的基石。
數據加密技術要求只有在指定的用戶或網路下，才能解除密碼而獲得原來的數據，這就需要給數據發送方和接受方以一些特殊的信息用於加解密，這就是所謂的密鑰。其密鑰的值是從大量的隨機數中選取的。按加密演算法分為專用密鑰和公開密鑰兩種。
專用密鑰，又稱為對稱密鑰或單密鑰，加密和解密時使用同一個密鑰，即同一個演算法。如DES和MIT的Kerberos演算法。單密鑰是最簡單方式，通信雙方必須交換彼此密鑰，當需給對方發信息時，用自己的加密密鑰進行加密，而在接收方收到數據後，用對方所給的密鑰進行解密。當一個文本要加密傳送時，該文本用密鑰加密構成密文，密文在信道上傳送，收到密文後用同一個密鑰將密文解出來，形成普通文體供閱讀。在對稱密鑰中，密鑰的管理極為重要，一旦密鑰丟失，密文將無密可保。這種方式在與多方通信時因為需要保存很多密鑰而變得很復雜，而且密鑰本身的安全就是一個問題。
對稱密鑰是最古老的，一般說「密電碼」採用的就是對稱密鑰。由於對稱密鑰運算量小、速度快、安全強度高，因而目前仍廣泛被採用。
DES是一種數據分組的加密演算法，它將數據分成長度為64位的數據塊，其中8位用作奇偶校驗，剩餘的56位作為密碼的長度。第一步將原文進行置換，得到64位的雜亂無章的數據組；第二步將其分成均等兩段；第三步用加密函數進行變換，並在給定的密鑰參數條件下，進行多次迭代而得到加密密文。
公開密鑰，又稱非對稱密鑰，加密和解密時使用不同的密鑰，即不同的演算法，雖然兩者之間存在一定的關系，但不可能輕易地從一個推導出另一個。有一把公用的加密密鑰，有多把解密密鑰，如RSA演算法。
非對稱密鑰由於兩個密鑰（加密密鑰和解密密鑰）各不相同，因而可以將一個密鑰公開，而將另一個密鑰保密，同樣可以起到加密的作用。
在這種編碼過程中，一個密碼用來加密消息，而另一個密碼用來解密消息。在兩個密鑰中有一種關系，通常是數學關系。公鑰和私鑰都是一組十分長的、數字上相關的素數（是另一個大數字的因數）。有一個密鑰不足以翻譯出消息，因為用一個密鑰加密的消息只能用另一個密鑰才能解密。每個用戶可以得到唯一的一對密鑰，一個是公開的，另一個是保密的。公共密鑰保存在公共區域，可在用戶中傳遞，甚至可印在報紙上面。而私鑰必須存放在安全保密的地方。任何人都可以有你的公鑰，但是只有你一個人能有你的私鑰。它的工作過程是：「你要我聽你的嗎？除非你用我的公鑰加密該消息，我就可以聽你的，因為我知道沒有別人在偷聽。只有我的私鑰（其他人沒有）才能解密該消息，所以我知道沒有人能讀到這個消息。我不必擔心大家都有我的公鑰，因為它不能用來解密該消息。」
公開密鑰的加密機制雖提供了良好的保密性，但難以鑒別發送者，即任何得到公開密鑰的人都可以生成和發送報文。數字簽名機制提供了一種鑒別方法，以解決偽造、抵賴、冒充和篡改等問題。
數字簽名一般採用非對稱加密技術（如RSA），通過對整個明文進行某種變換，得到一個值，作為核實簽名。接收者使用發送者的公開密鑰對簽名進行解密運算，如其結果為明文，則簽名有效，證明對方的身份是真實的。當然，簽名也可以採用多種方式，例如，將簽名附在明文之後。數字簽名普遍用於銀行、電子貿易等。
數字簽名不同於手寫簽字：數字簽名隨文本的變化而變化，手寫簽字反映某個人個性特徵，是不變的；數字簽名與文本信息是不可分割的，而手寫簽字是附加在文本之後的，與文本信息是分離的。
值得注意的是，能否切實有效地發揮加密機制的作用，關鍵的問題在於密鑰的管理，包括密鑰的生存、分發、安裝、保管、使用以及作廢全過程。

Ⅷ 目前常用的加密解密演算法有哪些

加密演算法

加密技術是對信息進行編碼和解碼的技術，編碼是把原來可讀信息（又稱明文）譯成代碼形式（又稱密文），其逆過程就是解碼（解密）。加密技術的要點是加密演算法，加密演算法可以分為對稱加密、不對稱加密和不可逆加密三類演算法。

對稱加密演算法 對稱加密演算法是應用較早的加密演算法，技術成熟。在對稱加密演算法中，數據發信方將明文（原始數據）和加密密鑰一起經過特殊加密演算法處理後，使其變成復雜的加密密文發送出去。收信方收到密文後，若想解讀原文，則需要使用加密用過的密鑰及相同演算法的逆演算法對密文進行解密，才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密演算法中，使用的密鑰只有一個，發收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密，這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。對稱加密演算法的特點是演算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。不足之處是，交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。此外，每對用戶每次使用對稱加密演算法時，都需要使用其他人不知道的惟一鑰匙，這會使得發收信雙方所擁有的鑰匙數量成幾何級數增長，密鑰管理成為用戶的負擔。對稱加密演算法在分布式網路系統上使用較為困難，主要是因為密鑰管理困難，使用成本較高。在計算機專網系統中廣泛使用的對稱加密演算法有DES和IDEA等。美國國家標准局倡導的AES即將作為新標准取代DES。

不對稱加密演算法不對稱加密演算法使用兩把完全不同但又是完全匹配的一對鑰匙—公鑰和私鑰。在使用不對稱加密演算法加密文件時，只有使用匹配的一對公鑰和私鑰，才能完成對明文的加密和解密過程。加密明文時採用公鑰加密，解密密文時使用私鑰才能完成，而且發信方（加密者）知道收信方的公鑰，只有收信方（解密者）才是唯一知道自己私鑰的人。不對稱加密演算法的基本原理是，如果發信方想發送只有收信方才能解讀的加密信息，發信方必須首先知道收信方的公鑰，然後利用收信方的公鑰來加密原文；收信方收到加密密文後，使用自己的私鑰才能解密密文。顯然，採用不對稱加密演算法，收發信雙方在通信之前，收信方必須將自己早已隨機生成的公鑰送給發信方，而自己保留私鑰。由於不對稱演算法擁有兩個密鑰，因而特別適用於分布式系統中的數據加密。廣泛應用的不對稱加密演算法有RSA演算法和美國國家標准局提出的DSA。以不對稱加密演算法為基礎的加密技術應用非常廣泛。

不可逆加密演算法 不可逆加密演算法的特徵是加密過程中不需要使用密鑰，輸入明文後由系統直接經過加密演算法處理成密文，這種加密後的數據是無法被解密的，只有重新輸入明文，並再次經過同樣不可逆的加密演算法處理，得到相同的加密密文並被系統重新識別後，才能真正解密。顯然，在這類加密過程中，加密是自己，解密還得是自己，而所謂解密，實際上就是重新加一次密，所應用的「密碼」也就是輸入的明文。不可逆加密演算法不存在密鑰保管和分發問題，非常適合在分布式網路系統上使用，但因加密計算復雜，工作量相當繁重，通常只在數據量有限的情形下使用，如廣泛應用在計算機系統中的口令加密，利用的就是不可逆加密演算法。近年來，隨著計算機系統性能的不斷提高，不可逆加密的應用領域正在逐漸增大。在計算機網路中應用較多不可逆加密演算法的有RSA公司發明的MD5演算法和由美國國家標准局建議的不可逆加密標准SHS(Secure Hash Standard:安全雜亂信息標准)等。

加密技術

加密演算法是加密技術的基礎，任何一種成熟的加密技術都是建立多種加密演算法組合，或者加密演算法和其他應用軟體有機結合的基礎之上的。下面我們介紹幾種在計算機網路應用領域廣泛應用的加密技術。

非否認（Non-repudiation）技術 該技術的核心是不對稱加密演算法的公鑰技術，通過產生一個與用戶認證數據有關的數字簽名來完成。當用戶執行某一交易時，這種簽名能夠保證用戶今後無法否認該交易發生的事實。由於非否認技術的操作過程簡單，而且直接包含在用戶的某類正常的電子交易中，因而成為當前用戶進行電子商務、取得商務信任的重要保證。

PGP（Pretty Good Privacy）技術 PGP技術是一個基於不對稱加密演算法RSA公鑰體系的郵件加密技術，也是一種操作簡單、使用方便、普及程度較高的加密軟體。PGP技術不但可以對電子郵件加密，防止非授權者閱讀信件；還能對電子郵件附加數字簽名，使收信人能明確了解發信人的真實身份；也可以在不需要通過任何保密渠道傳遞密鑰的情況下，使人們安全地進行保密通信。PGP技術創造性地把RSA不對稱加密演算法的方便性和傳統加密體系結合起來，在數字簽名和密鑰認證管理機制方面採用了無縫結合的巧妙設計，使其幾乎成為最為流行的公鑰加密軟體包。

數字簽名（Digital Signature）技術 數字簽名技術是不對稱加密演算法的典型應用。數字簽名的應用過程是，數據源發送方使用自己的私鑰對數據校驗和或其他與數據內容有關的變數進行加密處理，完成對數據的合法「簽名」，數據接收方則利用對方的公鑰來解讀收到的「數字簽名」，並將解讀結果用於對數據完整性的檢驗，以確認簽名的合法性。數字簽名技術是在網路系統虛擬環境中確認身份的重要技術，完全可以代替現實過程中的「親筆簽字」，在技術和法律上有保證。在公鑰與私鑰管理方面，數字簽名應用與加密郵件PGP技術正好相反。在數字簽名應用中，發送者的公鑰可以很方便地得到，但他的私鑰則需要嚴格保密。

PKI（Public Key Infrastructure）技術 PKI技術是一種以不對稱加密技術為核心、可以為網路提供安全服務的公鑰基礎設施。PKI技術最初主要應用在Internet環境中，為復雜的互聯網系統提供統一的身份認證、數據加密和完整性保障機制。由於PKI技術在網路安全領域所表現出的巨大優勢，因而受到銀行、證券、政府等核心應用系統的青睞。PKI技術既是信息安全技術的核心，也是電子商務的關鍵和基礎技術。由於通過網路進行的電子商務、電子政務等活動缺少物理接觸，因而使得利用電子方式驗證信任關系變得至關重要，PKI技術恰好能夠有效解決電子商務應用中的機密性、真實性、完整性、不可否認性和存取控制等安全問題。一個實用的PKI體系還必須充分考慮互操作性和可擴展性。PKI體系所包含的認證中心（CA）、注冊中心（RA）、策略管理、密鑰與證書管理、密鑰備份與恢復、撤銷系統等功能模塊應該有機地結合在一起。

加密的未來趨勢

盡管雙鑰密碼體制比單鑰密碼體制更為可靠，但由於計算過於復雜，雙鑰密碼體制在進行大信息量通信時，加密速率僅為單鑰體制的1/100，甚至是 1/1000。正是由於不同體制的加密演算法各有所長，所以在今後相當長的一段時期內，各類加密體制將會共同發展。而在由IBM等公司於1996年聯合推出的用於電子商務的協議標准SET（Secure Electronic Transaction）中和1992年由多國聯合開發的PGP技術中，均採用了包含單鑰密碼、雙鑰密碼、單向雜湊演算法和隨機數生成演算法在內的混合密碼系統的動向來看，這似乎從一個側面展示了今後密碼技術應用的未來。

在單鑰密碼領域，一次一密被認為是最為可靠的機制，但是由於流密碼體制中的密鑰流生成器在演算法上未能突破有限循環，故一直未被廣泛應用。如果找到一個在演算法上接近無限循環的密鑰流生成器，該體制將會有一個質的飛躍。近年來，混沌學理論的研究給在這一方向產生突破帶來了曙光。此外，充滿生氣的量子密碼被認為是一個潛在的發展方向，因為它是基於光學和量子力學理論的。該理論對於在光纖通信中加強信息安全、對付擁有量子計算能力的破譯無疑是一種理想的解決方法。

由於電子商務等民用系統的應用需求，認證加密演算法也將有較大發展。此外，在傳統密碼體制中，還將會產生類似於IDEA這樣的新成員，新成員的一個主要特徵就是在演算法上有創新和突破，而不僅僅是對傳統演算法進行修正或改進。密碼學是一個正在不斷發展的年輕學科，任何未被認識的加/解密機制都有可能在其中佔有一席之地。

目前，對信息系統或電子郵件的安全問題，還沒有一個非常有效的解決方案，其主要原因是由於互聯網固有的異構性，沒有一個單一的信任機構可以滿足互聯網全程異構性的所有需要，也沒有一個單一的協議能夠適用於互聯網全程異構性的所有情況。解決的辦法只有依靠軟體代理了，即採用軟體代理來自動管理用戶所持有的證書（即用戶所屬的信任結構）以及用戶所有的行為。每當用戶要發送一則消息或一封電子郵件時，代理就會自動與對方的代理協商，找出一個共同信任的機構或一個通用協議來進行通信。在互聯網環境中，下一代的安全信息系統會自動為用戶發送加密郵件，同樣當用戶要向某人發送電子郵件時，用戶的本地代理首先將與對方的代理交互，協商一個適合雙方的認證機構。當然，電子郵件也需要不同的技術支持，因為電子郵件不是端到端的通信，而是通過多個中間機構把電子郵件分程傳遞到各自的通信機器上，最後到達目的地。

Ⅸ 詳解加密技術概念、加密方法以及應用

隨著網路技術的發展，網路安全也就成為當今網路 社會 的焦點中的焦點，幾乎沒有人不在談論網路上的安全問題，病毒、黑客程序、郵件炸彈、遠程偵聽等這一切都無不讓人膽戰心驚。病毒、黑客的猖獗使身處今日網路 社會 的人們感覺到談網色變，無所適從。
但我們必需清楚地認識到，這一切一切的安全問題我們不可一下全部找到解決方案，況且有的是根本無法找到徹底的解決方案，如病毒程序，因為任何反病毒程序都只能在新病毒發現之後才能開發出來，目前還沒有哪能一家反病毒軟體開發商敢承諾他們的軟體能查殺所有已知的和未知的病毒，所以我們不能有等網路安全了再上網的念頭，因為或許網路不能有這么一日，就象「矛」與「盾」，網路與病毒、黑客永遠是一對共存體。
現代的電腦加密技術就是適應了網路安全的需要而應運產生的，它為我們進行一般的電子商務活動提供了安全保障，如在網路中進行文件傳輸、電子郵件往來和進行合同文本的簽署等。其實加密技術也不是什麼新生事物，只不過應用在當今電子商務、電腦網路中還是近幾年的 歷史 。下面我們就詳細介紹一下加密技術的方方面面，希望能為那些對加密技術還一知半解的朋友提供一個詳細了解的機會！
一、加密的由來
加密作為保障數據安全的一種方式，它不是現在才有的，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），雖然它不是現在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。當初，計算機的研究就是為了破解德國人的密碼，人們並沒有想到計算機給今天帶來的信息革命。隨著計算機的發展，運算能力的增強，過去的密碼都變得十分簡單了，於是人們又不斷地研究出了新的數據加密方式，如利用ROSA演算法產生的私鑰和公鑰就是在這個基礎上產生的。
二、加密的概念
數據加密的基本過程就是對原來為明文的文件或數據按某種演算法進行處理，使其成為不可讀的一段代碼，通常稱為「密文」，使其只能在輸入相應的密鑰之後才能顯示出本來內容，通過這樣的途徑來達到保護數據不被非法人竊取、閱讀的目的。該過程的逆過程為解密，即將該編碼信息轉化為其原來數據的過程。
三、加密的理由
當今網路 社會 選擇加密已是我們別無選擇，其一是我們知道在互聯網上進行文件傳輸、電子郵件商務往來存在許多不安全因素，特別是對於一些大公司和一些機密文件在網路上傳輸。而且這種不安全性是互聯網存在基礎——TCP/IP協議所固有的，包括一些基於TCP/IP的服務；另一方面，互聯網給眾多的商家帶來了無限的商機，互聯網把全世界連在了一起，走向互聯網就意味著走向了世界，這對於無數商家無疑是夢寐以求的好事，特別是對於中小企業。為了解決這一對矛盾、為了能在安全的基礎上大開這通向世界之門，我們只好選擇了數據加密和基於加密技術的數字簽名。
加密在網路上的作用就是防止有用或私有化信息在網路上被攔截和竊取。一個簡單的例子就是密碼的傳輸，計算機密碼極為重要，許多安全防護體系是基於密碼的，密碼的泄露在某種意義上來講意味著其安全體系的全面崩潰。
通過網路進行登錄時，所鍵入的密碼以明文的形式被傳輸到伺服器，而網路上的竊聽是一件極為容易的事情，所以很有可能黑客會竊取得用戶的密碼，如果用戶是Root用戶或Administrator用戶，那後果將是極為嚴重的。
還有如果你公司在進行著某個招標項目的投標工作，工作人員通過電子郵件的方式把他們單位的標書發給招標單位，如果此時有另一位競爭對手從網路上竊取到你公司的標書，從中知道你公司投標的標的，那後果將是怎樣，相信不用多說聰明的你也明白。
這樣的例子實在是太多了，解決上述難題的方案就是加密，加密後的口令即使被黑客獲得也是不可讀的，加密後的標書沒有收件人的私鑰也就無法解開，標書成為一大堆無任何實際意義的亂碼。總之無論是單位還是個人在某種意義上來說加密也成為當今網路 社會 進行文件或郵件安全傳輸的時代象徵！
數字簽名就是基於加密技術的，它的作用就是用來確定用戶是否是真實的。應用最多的還是電子郵件，如當用戶收到一封電子郵件時，郵件上面標有發信人的姓名和信箱地址，很多人可能會簡單地認為發信人就是信上說明的那個人，但實際上偽造一封電子郵件對於一個通常人來說是極為容易的事。在這種情況下，就要用到加密技術基礎上的數字簽名，用它來確認發信人身份的真實性。
類似數字簽名技術的還有一種身份認證技術，有些站點提供入站FTP和WWW服務，當然用戶通常接觸的這類服務是匿名服務，用戶的權力要受到限制，但也有的這類服務不是匿名的，如某公司為了信息交流提供用戶的合作夥伴非匿名的FTP服務，或開發小組把他們的Web網頁上載到用戶的WWW伺服器上，現在的問題就是，用戶如何確定正在訪問用戶的伺服器的人就是用戶認為的那個人，身份認證技術就是一個好的解決方案。
在這里需要強調一點的就是，文件加密其實不只用於電子郵件或網路上的文件傳輸，其實也可應用靜態的文件保護，如PIP軟體就可以對磁碟、硬碟中的文件或文件夾進行加密，以防他人竊取其中的信息。
四、兩種加密方法
加密技術通常分為兩大類：「對稱式」和「非對稱式」。
對稱式加密就是加密和解密使用同一個密鑰，通常稱之為「Session Key 」這種加密技術目前被廣泛採用，如美國政府所採用的DES加密標准就是一種典型的「對稱式」加密法，它的Session Key長度為56Bits。
非對稱式加密就是加密和解密所使用的不是同一個密鑰，通常有兩個密鑰，稱為「公鑰」和「私鑰」，它們兩個必需配對使用，否則不能打開加密文件。這里的「公鑰」是指可以對外公布的，「私鑰」則不能，只能由持有人一個人知道。它的優越性就在這里，因為對稱式的加密方法如果是在網路上傳輸加密文件就很難把密鑰告訴對方，不管用什麼方法都有可能被別竊聽到。而非對稱式的加密方法有兩個密鑰，且其中的「公鑰」是可以公開的，也就不怕別人知道，收件人解密時只要用自己的私鑰即可以，這樣就很好地避免了密鑰的傳輸安全性問題。
五、加密技術中的摘要函數（MAD、MAD和MAD）
摘要是一種防止改動的方法，其中用到的函數叫摘要函數。這些函數的輸入可以是任意大小的消息，而輸出是一個固定長度的摘要。摘要有這樣一個性質，如果改變了輸入消息中的任何東西，甚至只有一位，輸出的摘要將會發生不可預測的改變，也就是說輸入消息的每一位對輸出摘要都有影響。總之，摘要演算法從給定的文本塊中產生一個數字簽名（fingerprint或message digest），數字簽名可以用於防止有人從一個簽名上獲取文本信息或改變文本信息內容和進行身份認證。摘要演算法的數字簽名原理在很多加密演算法中都被使用，如SO/KEY和PIP（pretty good privacy）。
現在流行的摘要函數有MAD和MAD，但要記住客戶機和伺服器必須使用相同的演算法，無論是MAD還是MAD，MAD客戶機不能和MAD伺服器交互。
MAD摘要演算法的設計是出於利用32位RISC結構來最大其吞吐量，而不需要大量的替換表（substitution table）來考慮的。
MAD演算法是以消息給予的長度作為輸入，產生一個128位的"指紋"或"消息化"。要產生兩個具有相同消息化的文字塊或者產生任何具有預先給定"指紋"的消息，都被認為在計算上是不可能的。
MAD摘要演算法是個數據認證標准。MAD的設計思想是要找出速度更快，比MAD更安全的一種演算法，MAD的設計者通過使MAD在計算上慢下來，以及對這些計算做了一些基礎性的改動來解決安全性這一問題，是MAD演算法的一個擴展。
六、密鑰的管理
密鑰既然要求保密，這就涉及到密鑰的管理問題，管理不好，密鑰同樣可能被無意識地泄露，並不是有了密鑰就高枕無憂，任何保密也只是相對的，是有時效的。要管理好密鑰我們還要注意以下幾個方面：
1、密鑰的使用要注意時效和次數
如果用戶可以一次又一次地使用同樣密鑰與別人交換信息，那麼密鑰也同其它任何密碼一樣存在著一定的安全性，雖然說用戶的私鑰是不對外公開的，但是也很難保證私鑰長期的保密性，很難保證長期以來不被泄露。如果某人偶然地知道了用戶的密鑰，那麼用戶曾經和另一個人交換的每一條消息都不再是保密的了。另外使用一個特定密鑰加密的信息越多，提供給竊聽者的材料也就越多，從某種意義上來講也就越不安全了。
因此，一般強調僅將一個對話密鑰用於一條信息中或一次對話中，或者建立一種按時更換密鑰的機制以減小密鑰暴露的可能性。
2、多密鑰的管理
假設在某機構中有100個人，如果他們任意兩人之間可以進行秘密對話，那麼總共需要多少密鑰呢？每個人需要知道多少密鑰呢？也許很容易得出答案，如果任何兩個人之間要不同的密鑰，則總共需要4950個密鑰，而且每個人應記住99個密鑰。如果機構的人數是1000、10000人或更多，這種辦法就顯然過於愚蠢了，管理密鑰將是一件可怕的事情。
Kerberos提供了一種解決這個較好方案，它是由MIT發明的，使保密密鑰的管理和分發變得十分容易，但這種方法本身還存在一定的缺點。為能在網際網路上提供一個實用的解決方案，Kerberos建立了一個安全的、可信任的密鑰分發中心（Key Distribution Center，KDC），每個用戶只要知道一個和KDC進行會話的密鑰就可以了，而不需要知道成百上千個不同的密鑰。
假設用戶甲想要和用戶乙進行秘密通信，則用戶甲先和KDC通信，用只有用戶甲和KDC知道的密鑰進行加密 ，用戶甲告訴KDC他想和用戶乙進行通信，KDC會為用戶甲和用戶乙之間的會話隨機選擇一個對話密鑰，並生成一個標簽，這個標簽由KDC和用戶乙之間的密鑰進行加密，並在用戶甲啟動和用戶乙對話時，用戶甲會把這個標簽交給用戶乙。這個標簽的作用是讓用戶甲確信和他交談的是用戶乙，而不是冒充者。因為這個標簽是由只有用戶乙和KDC知道的密鑰進行加密的，所以即使冒充者得到用戶甲發出的標簽也不可能進行解密，只有用戶乙收到後才能夠進行解密，從而確定了與用戶甲對話的人就是用戶乙。
當KDC生成標簽和隨機會話密碼，就會把它們用只有用戶甲和KDC知道的密鑰進行加密，然後把標簽和會話鑰傳給用戶甲，加密的結果可以確保只有用戶甲能得到這個信息，只有用戶甲能利用這個會話密鑰和用戶乙進行通話。同理，KDC會把會話密碼用只有KDC和用戶乙知道的密鑰加密，並把會話密鑰給用戶乙。
用戶甲會啟動一個和用戶乙的會話，並用得到的會話密鑰加密自己和用戶乙的會話，還要把KDC傳給它的標簽傳給用戶乙以確定用戶乙的身份，然後用戶甲和用戶乙之間就可以用會話密鑰進行安全的會話了，而且為了保證安全，這個會話密鑰是一次性的，這樣黑客就更難進行破解了。同時由於密鑰是一次性由系統自動產生的，則用戶不必記那麼多密鑰了，方便了人們的通信。
七、數據加密的標准
隨著計算機硬體的速度越來越快，製造一台這樣特殊的機器的花費已經降到了十萬美元左右，而用它來保護十億美元的銀行，那顯然是不夠保險了。另一方面，如果只用它來保護一台普通伺服器，那麼DES確實是一種好的辦法，因為黑客絕不會僅僅為入侵一個伺服器而花那麼多的錢破解DES密文。
另一種非常著名的加密演算法就是RSA了，RSA(Rivest-Shamir-Adleman)演算法是基於大數不可能被質因數分解假設的公鑰體系。簡單地說就是找兩個很大的質數。一個對外公開的為「公鑰」（Prblic key） ，另一個不告訴任何人，稱為"私鑰」（Private key）。這兩個密鑰是互補的，也就是說用公鑰加密的密文可以用私鑰解密，反過來也一樣。
假設用戶甲要寄信給用戶乙，他們互相知道對方的公鑰。甲就用乙的公鑰加密郵件寄出，乙收到後就可以用自己的私鑰解密出甲的原文。由於別人不知道乙的私鑰，所以即使是甲本人也無法解密那封信，這就解決了信件保密的問題。另一方面，由於每個人都知道乙的公鑰，他們都可以給乙發信，那麼乙怎麼確信是不是甲的來信呢？那就要用到基於加密技術的數字簽名了。
甲用自己的私鑰將簽名內容加密，附加在郵件後，再用乙的公鑰將整個郵件加密（注意這里的次序，如果先加密再簽名的話，別人可以將簽名去掉後簽上自己的簽名，從而篡改了簽名）。這樣這份密文被乙收到以後，乙用自己的私鑰將郵件解密，得到甲的原文和數字簽名，然後用甲的公鑰解密簽名，這樣一來就可以確保兩方面的安全了。
八、加密技術的應用
加密技術的應用是多方面的，但最為廣泛的還是在電子商務和VPN上的應用，下面就分別簡敘。
1、在電子商務方面的應用
電子商務（E-business）要求顧客可以在網上進行各種商務活動，不必擔心自己的信用卡會被人盜用。在過去，用戶為了防止信用卡的號碼被竊取到，一般是通過電話訂貨，然後使用用戶的信用卡進行付款。現在人們開始用RSA（一種公開/私有密鑰）的加密技術，提高信用卡交易的安全性，從而使電子商務走向實用成為可能。
許多人都知道NETSCAPE公司是Internet商業中領先技術的提供者，該公司提供了一種基於RSA和保密密鑰的應用於網際網路的技術，被稱為安全插座層（Secure Sockets Layer，SSL）。
也許很多人知道Socket，它是一個編程界面，並不提供任何安全措施，而SSL不但提供編程界面，而且向上提供一種安全的服務，SSL3.0現在已經應用到了伺服器和瀏覽器上，SSL2.0則只能應用於伺服器端。
SSL3.0用一種電子證書（electric certificate）來實行身份進行驗證後，雙方就可以用保密密鑰進行安全的會話了。它同時使用「對稱」和「非對稱」加密方法，在客戶與電子商務的伺服器進行溝通的過程中，客戶會產生一個Session Key，然後客戶用伺服器端的公鑰將Session Key進行加密，再傳給伺服器端，在雙方都知道Session Key後，傳輸的數據都是以Session Key進行加密與解密的，但伺服器端發給用戶的公鑰必需先向有關發證機關申請，以得到公證。
基於SSL3.0提供的安全保障，用戶就可以自由訂購商品並且給出信用卡號了，也可以在網上和合作夥伴交流商業信息並且讓供應商把訂單和收貨單從網上發過來，這樣可以節省大量的紙張，為公司節省大量的電話、傳真費用。在過去，電子信息交換（Electric Data Interchange，EDI）、信息交易（information transaction）和金融交易（financial transaction）都是在專用網路上完成的，使用專用網的費用大大高於互聯網。正是這樣巨大的誘惑，才使人們開始發展網際網路上的電子商務，但不要忘記數據加密。
2、加密技術在VPN中的應用
現在，越多越多的公司走向國際化，一個公司可能在多個國家都有辦事機構或銷售中心，每一個機構都有自己的區域網LAN（Local Area Network），但在當今的網路 社會 人們的要求不僅如此，用戶希望將這些LAN連結在一起組成一個公司的廣域網，這個在現在已不是什麼難事了。
事實上，很多公司都已經這樣做了，但他們一般使用租用專用線路來連結這些區域網 ，他們考慮的就是網路的安全問題。現在具有加密/解密功能的路由器已到處都是，這就使人們通過互聯網連接這些區域網成為可能，這就是我們通常所說的虛擬專用網（Virtual Private Network ，VPN）。當數據離開發送者所在的區域網時，該數據首先被用戶湍連接到互聯網上的路由器進行硬體加密，數據在互聯網上是以加密的形式傳送的，當達到目的LAN的路由器時，該路由器就會對數據進行解密，這樣目的LAN中的用戶就可以看到真正的信息了。

Ⅹ 古典加密技術中最基本的兩種演算法是什麼

替代演算法和置換移位法。

1.替代演算法
替代演算法指的是明文的字母由其他字母或數字或符號所代替。最著名的替代演算法是愷撒密碼。凱撒密碼的原理很簡單，其實就是單字母替換。我們看一個簡單的例子：

明文：abcdefghijklmnopq

密文：defghijklmnopqrst

若明文為student，對應的密文則為vwxghqw 。在這個一一對應的演算法中，愷撒密碼將字母表用了一種順序替代的方法來進行加密，此時密鑰為3，即每個字母順序推後3個。由於英文字母為26個，因此愷撒密碼僅有26個可能的密鑰，非常不安全。

為了加強安全性，人們想出了更進一步的方法：替代時不是有規律的，而是隨機生成一個對照表。

明文：abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

密文：xnyahpogzqwbtsflrcvmuekjdI

此時，若明文為student,對應的密文則為 vmuahsm 。這種情況下，解密函數是上面這個替代對照表的一個逆置換。

不過，有更好的加密手段，就會有更好的解密手段。而且無論怎樣的改變字母表中的字母順序，密碼都有可能被人破解。由於英文單詞中各字母出現的頻度是不一樣的，通過對字母頻度的統計就可以很容易的對替換密碼進行破譯。為了抗擊字母頻度分析，隨後產生了以置換移位法為主要加密手段的加密方法。

2.置換移位法
使用置換移位法的最著名的一種密碼稱為維吉尼亞密碼。它以置換移位為基礎的周期替換密碼。

前面介紹的替代演算法中，針對所有的明文字母，密鑰要麼是一個唯一的數，要麼則是完全無規律可尋的。在維吉尼亞密碼中，加密密鑰是一個可被任意指定的字元串。加密密鑰字元依次逐個作用於明文信息字元。明文信息長度往往會大於密鑰字元串長度，而明文的每一個字元都需要有一個對應的密鑰字元，因此密鑰就需要不斷循環，直至明文每一個字元都對應一個密鑰字元。對密鑰字元，我們規定密鑰字母a，b，c，d……y，z對應的數字n為：0，1，2，3……24，25。每個明文字元首先找到對應的密鑰字元，然後根據英文字母表按照密鑰字元對應的數字n向後順序推後n個字母，即可得到明文字元對應的密文字元。

如果密鑰字為deceptive , 明文為 wearediscoveredsaveyourself，則加密的過程為：

明文： wearediscoveredsaveyourself

密鑰： deceptivedeceptivedeceptive

密文： zicvtwqngrzgvtwavzhcqyglmgj

對明文中的第一個字元w，對應的密鑰字元為d，它對應需要向後推3個字母，w,x,y,z,因此其對應的密文字元為z。上面的加密過程中，可以清晰的看到，密鑰deceptive被重復使用。

古典密碼體制將數學的方法引入到密碼分析和研究中。這為現代加密技術的形成和發展奠定了堅實的基礎。