请稍候...
  • 通配符证书Wildcard SSL,部署全网HTTPS必备
  • 为什么使用企业型SSL证书?
  • 增强型证书EV SSL,完美支持地址栏显示中文企业名称
  • HTTPS今天你用了吗?
  • 多域名SANS/UCC SSL证书,全面支持Exchange Server 2..
  • 选择SSL证书产品遇到问题?

信息加密技术介绍

点击数:37822010-05-08 16:32:06 来源: 中国数字证书

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,而该用户唯一保存的私人密钥是保密的,也只有它能将密文复原、解密。虽然解密密钥理论上可由加密密钥推算出来,但这种算法设计在实际上是不可能的,或者虽然能够推算出,但要花费很长的时间而成为不可行的。所以将加密密钥公开也不会危害密钥的安全。

数学上的单向陷门函数的特点是一个方向求值很容易,但其逆向计算却很困难。许多形式为 Y=f ( x )的函数,对于给定的自变量 x 值,很容易计算出函数 Y 的值;而由给定的 Y 值,在很多情况下依照函数关系 f(x) 计算 x 值十分困难。例如,两个大素数 p 和 q 相乘得到乘积 n 比较容易计算,但从它们的乘积 n 分解为两个大素数 p 和 q 则十分困难。如果 n 为足够大,当前的算法不可能在有效的时间内实现。

正是基于这种理论, 1978 年出现了著名的 RSA 算法。这种算法为公用网络上信息的加密和鉴别提供了一种基本的方法。它通常是先生成一对 RSA 密钥,其中之一是保密密钥,由用户保存;另一个为公开密钥,可对外公开,甚至可在网络服务器中注册。为提高保密强度, RSA 密钥至少为 500 位长,一般推荐使用 1024 位。这就使加密的计算量很大。为减少计算量,在传送信息时,常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式,即信息采用改进的 DES 或 IDEA 对话密钥加密,然后使用 RSA 密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后,用不同的密钥解密并可核对信息摘要。

RSA 算法的加密密钥和加密算法分开,使得密钥分配更为方便。它特别符合计算机网络环境。对于网上的大量用户,可以将加密密钥用电话簿的方式印出。如果某用户想与另一用户进行保密通信,只需从公钥簿上查出对方的加密密钥,用它对所传送的信息加密发出即可。对方收到信息后,用仅为自己所知的解密密钥将信息脱密,了解报文的内容。由此可看出, RSA 算法解决了大量网络用户密钥管理的难题。

RSA 并不能替代 DES ,它们的优缺点正好互补。 RSA 的密钥很长,加密速度慢,而采用 DES ,正好弥补了 RSA 的缺点。即 DES 用于明文加密, RSA 用于 DES 密钥的加密。由于 DES 加密速度快,适合加密较长的报文;而 RSA 可解决 DES 密钥分配的问题。美国的保密增强邮件( PEM )就是采用了 RSA 和 DES 结合的方法,目前已成为 E-MAIL 保密通信标准。

四、网络通信安全措施


对于网络通信,可采用以下两种具体措施进行加密传输。这些措施的加、解密功能都可以采用上述算法实现:

( 1 )链路加密

链路加密是传输数据仅在物理层前的数据链路层进行加密。接收方是传送路径上的各台节点机,信息在每台节点机内都要被解密和再加密,依次进行,直至到达目的地。

使用链路加密装置能为某链路上的所有报文提供传输服务。即经过一台节点机的所有网络信息传输均需加、解密,每一个经过的节点都必须有密码装置,以便解密、加密报文。如果报文仅在一部分链路上加密而在另一部分链路上不加密,则相当于未加密,仍然是不安全的。与链路加密类似的节点加密方法,是在节点处采用一个与节点机相连的密码装置(被保护的外围设备) , 密文在该装置中被解密并被重新加密,明文不通过节点机,避免了链路加密关节点处易受攻击的缺点。

( 2 )端 - 端加密

端 - 端加密是为数据从一端传送到另一端提供的加密方式。数据在发送端被加密,在最终目的地(接收端)解密,中间节点处不以明文的形式出现。

采用端 -- 端加密是在应用层完成,即传输前的高层中完成。除报头外的的报文均以密文的形式贯穿于全部传输过程。只是在发送端和最终端才有加、解密设备,而在中间任何节点报文均不解密,因此,不需要有密码设备。同链路加密相比,可减少密码设备的数量。另一方面,信息是由报头和报文组成的,报文为要传送的信息,报头为路由选择信息。由于网络传输中要涉及到路由选择,在链路加密时,报文和报头两者均须加密。而在端 -- 端加密时,由于通道上的每一个中间节点虽不对报文解密,但为将报文传送到目的地,必须检查路由选择信息,因此,只能加密报文,而不能对报头加密。这样就容易被某些通信分析发觉,而从中获取某些敏感信息。

( 3 )加密传输方式的比较

数据保密变换使数据通信更安全,但不能保证在传输过程中绝对不会泄密。因为在传输过程中,还有泄密的隐患。

采用链路加密方式,从起点到终点,要经过许多中间节点,在每个节点地均要暴露明文(节点加密方法除外),如果链路上的某一节点安全防护比较薄弱,那么按照木桶原理(木桶水量是由最低一块木板决定),虽然采取了加密措施,但整个链路的安全只相当于最薄弱的节点处的安全状况。

采用端 -- 端加密方式,只是发送方加密报文,接收方解密报文,中间节点不必加、解密,也就不需要密码装置。此外,加密可采用软件实现,使用起来很方便。在端 -- 端加密方式下,每对用户之间都存在一条虚拟的保密信道,每对用户应共享密钥(传统密码保密体制,非公钥体制下),所需的密钥总数等于用户对的数目。对于几个用户,若两两通信,共需密钥 n*(n-1)/2 种,每个用户需 (n-1) 种。这个数目将随网上通信用户的增加而增加。为安全起见,每隔一段时间还要更换密钥,有时甚至只能使用一次密钥,密钥的用量很大。

链路加密,每条物理链路上,不管用户多少,可使用一种密钥。在极限情况下,每个节点都与另外一个单独的节点相连,密钥的数目也只是 n*(n-1)/2 种。这里 n 是节点数而非用户数,一个节点一般有多个用户。

从身份认证的角度看,链路加密只能认证节点,而不是用户。使用节点 A 密钥的报文仅保证它来自节点 A 。报文可能来自 A 的任何用户,也可能来自另一个路过节点 A 的用户。因此链路加密不能提供用户鉴别。端 -- 端加密对用户是可见的,可以看到加密后的结果,起点、终点很明确,可以进行用户认证。

总之,链路加密对用户来说比较容易,使用的密钥较少,而端 -- 端加密比较灵活,用户可见。对链路加密中各节点安全状况不放心的用户也可使用端 -- 端加密方式。

当然,对于互联网中应用最广泛的WWW服务器的信息加密,最简单又最安全的加密方式是为服务器部署SSL数字证书,充分利用现有的服务器和客户端软件广泛支持的PKI技术来轻松实现信息加密。

上一页12下一页