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| 加密算法介绍 | 返回 |
一. 随着信息化和数字化社会的发展，人们对信息安全和保密的重要性认识不断提高，于是在1997年，美国国家标准局公布实施了“美国数据加密标准（DES）”，民间力量开始介入密码学的研究和应用中，采用的加密算法有DES、RSA、SHA等。随着对加密强度需求的不断提高，近期又出现了AES、ECC等。 使用密码学可以达到以下目的： 保密性：防止用户的标识或数据被读取。 数据完整性：防止数据被更改。 身份验证：确保数据发自特定的一方。 二. 对称钥匙加密系统是加密和解密均采用同一把秘密钥匙，而且通信双方都必须获得这把钥匙，并保持钥匙的秘密。 非对称密钥加密系统采用的加密钥匙（公钥）和解密钥匙（私钥）是不同的。 对称加密算法 DES（Data Encryption Standard）：数据加密标准，速度较快，适用于加密大量数据的场合。 3DES（Triple DES）：是基于DES，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高。 AES（Advanced Encryption Standard）：高级加密标准，是下一代的加密算法标准，速度快，安全级别高； AES 美国标准与技术研究院 (NIST) 于 2002 年 5 月 26 日制定了新的高级加密标准 (AES) 规范。 算法原理 AES 是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192 和 256 位密钥，并且用 128 位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构，在该循环中重复置换和替换输入数据。 AES 非对称算法 RSA：由 RSA 公司发明，是一个支持变长密钥的公共密钥算法，需要加密的文件块的长度也是可变的； DSA（Digital Signature Algorithm）：数字签名算法，是一种标准的 DSS（数字签名标准）； ECC（Elliptic Curves Cryptography）：椭圆曲线密码编码学。 ECC 随着分解大整数方法的进步及完善、计算机速度的提高以及计算机网络的发展，为了保障数据的安全，RSA的密钥需要不断增加，但是，密钥长度的增加导致了其加解密的速度大为降低，硬件实现也变得越来越难以忍受，这对使用RSA的应用带来了很重的负担，因此需要一种新的算法来代替RSA。 1985年N.Koblitz和Miller提出将椭圆曲线用于密码算法，根据是有限域上的椭圆曲线上的点群中的离散对数问题ECDLP。ECDLP是比因子分解问题更难的问题，它是指数级的难度。 原理——椭圆曲线上的难题 将椭圆曲线中的加法运算与离散对数中的模乘运算相对应，将椭圆曲线中的乘法运算与离散对数中的模幂运算相对应，我们就可以建立基于椭圆曲线的对应的密码体制。 例如，对应Diffie-Hellman公钥系统，我们可以通过如下方式在椭圆曲线上予以实现：在E上选取生成元P，要求由P产生的群元素足够多，通信双方A和B分别选取a和b，a和b 予以保密，但将aP和bP公开，A和B间通信用的密钥为abP，这是第三者无法得知的。 对应ELGamal密码系统可以采用如下的方式在椭圆曲线上予以实现： 将?膍嵌入到E上Pm点，选一点B∈E，每一用户都选一整数a，0＜a＜N，N为阶数已知，a保密，aB公开。欲向A送m，可送去下面一对数偶：［kB，Pm+k(aAB)］，k是随机产生的整数。A可以从kB求得k(aAB)。通过：Pm+k(aAB)- k(aAB)=Pm恢复Pm。同样对应DSA，考虑如下等式： K=kG [其中 K，G为Ep(a,b)上的点，k为小于n（n是点G的阶）的整数] 不难发现，给定k和G，根据加法法则，计算K很容易；但给定K和G，求k就相对困难了。 这就是椭圆曲线加密算法采用的难题。我们把点G称为基点（base point），k（k<n，n为基点G的阶）称为私有密钥（privte key），K称为公开密钥（public key)。 ECC 抗攻击性强。相同的密钥长度，其抗攻击性要强很多倍。 计算量小，处理速度快。ECC总的速度比RSA、DSA要快得多。 存储空间占用小。ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多，意味着它所占的存贮空间要小得多。这对于加密算法在IC卡上的应用具有特别重要的意义。 带宽要求低。当对长消息进行加解密时，三类密码系统有相同的带宽要求，但应用于短消息时ECC带宽要求却低得多。带宽要求低使ECC在无线网络领域具有广泛的应用前景。 ECC的这些特点使它必将取代RSA，成为通用的公钥加密算法。比如SET协议的制定者已把它?乱淮鶶ET协议中缺省的公钥密码算法。 下面两张表示是RSA和ECC的安全性和速度的比较。 攻破时间(MIPS年) RSA和ECC安全模长得比较
功能 RSA和ECC速度比较 散列算法 单向散列函数一般用于产生消息摘要，密钥加密等，常见的有： l MD5（Message Digest Algorithm 5）：是RSA数据安全公司开发的一种单向散列算法。 l SHA（Secure Hash Algorithm）：可以对任意长度的数据运算生成一个160位的数值； SHA-1 原理 单向散列函数的安全性在于其产生散列值的操作过程具有较强的单向性。如果在输入序列中嵌入密码，那么任何人在不知道密码的情况下都不能产生正确的散列值，从而保证了其安全性。ＳＨＡ将输入流按照每块５１２位（６４个字节）进行分块，并产生２０个字节的被称为信息认证代码或信息摘要的输出。 该算法输入报文的*大长度不超过264位，产生的输出是一个160位的报文摘要。输入是按512 位的分组进行处理的。SHA-1是不可逆的、防冲突，并具有良好的雪崩效应。 通过散列算法可实现数字签名实现，数字签名的原理是将要传送的?耐ü恢趾怂悖℉ash）转换成报文摘要（不同的?亩杂Σ煌谋ㄎ恼ㄎ恼用芎笥朊*囊黄鸫透邮芊剑邮芊浇邮艿拿*牟碌谋ㄎ恼敕⑺头降姆⒗幢ㄎ恼饷鼙冉希冉辖峁恢卤硎久*奈幢桓亩绻灰恢卤硎久*囊驯淮鄹摹?/p> MAC (信息认证代码)就是一个散列结果，其中部分输入信息是密码，只有知道这个密码的参与者才能再次计算和验证MAC码的合法性。MAC的产生参见下图。 输入信息 SHA-1 l 对强行供给的安全性：*显著和*重要的区别是SHA-1摘要比MD5摘要长32 位。使用强行技术，产生任何一个报文使其摘要等于给定报摘要的难度对MD5是2128数量级的操作，而对SHA-1则是2160数量级的操作。这样，SHA-1对强行攻击有更大的强度。 l 对密码分析的安全性：由于MD5的设计，易受密码分析的攻击，SHA-1显得不易受这样的攻击。 l 速度：在相同的硬件上，SHA-1的运行速度比MD5慢。 对称与非对称算法比较 l 在管理方面：公钥密码算法只需要较少的资源就可以实现目的，在密钥的分配上，两者之间相差一个指数级别（一个是n一个是n2）。所以私钥密码算法不适应广域网的使用，而且更重要的一点是它不支持数字签名。 l 在安全方面：由于公钥密码算法基于未解决的数学难题，在破解上几乎不可能。对于私钥密码算法，到了AES虽说从理论来说是不可能破解的，但从计算机的发展角度来看。公钥更具有优越性。 l 从速度上来看：AES的软件实现速度已经达到了每秒数兆或数十兆比特。是公钥的100倍，如果用硬件来实现的话这个比值将扩大到1000倍。 三. 我们应该根据自己的使用特点来确定，由于非对称加密算法的运行速度比对称加密算法的速度慢很多，当我们需要加密大量的数据时，建议采用对称加密算法，提高加解密速度。 对称加密算法不能实现签名，因此签名只能非对称算法。 由于对称加密算法的密钥管理是一个复杂的过程，密钥的管理直接决定着他的安全性，因此当数据量很小时，我们可以考虑采用非对称加密算法。 在实际的操作过程中，我们通常采用的方式是：采用非对称加密算法管理对称算法的密钥，然后用对称加密算法加密数据，这样我们就集成了两类加密算法的优点，既实现了加密速度快的优点，又实现了安全方便管理密钥的优点。 如果在选定了加密算法后，那采用多少位的密钥呢？一般来说，密钥越长，运行的速度就越慢，应该根据的我们实际需要的安全级别来选择，一般来说，RSA建议采用1024位的数字，ECC建议采用160位，AES采用128为即可。 四. 保密通信：保密通信是密码学产生的动因。使用公私钥密码体制进行保密通信时，信息接收者只有知道对应的密钥才可以解密该信息。 数字签名：数字签名技术可以代替传统的手写签名，而且从安全的角度考虑，数字签名具有很好的防伪造功能。在政府机关、军事领域、商业领域有广泛的应用环境。 秘密共享：秘密共享技术是指将一个秘密信息利用密码技术分拆成n个称为共享因子的信息，分发给n个成员，只有k(k≤n)个合法成员的共享因子才可以恢复该秘密信息，其中任何一个或m(m≤k)个成员合作都不知道该秘密信息。利用秘密共享技术可以控制任何需要多个人共同控制的秘密信息、命令等。 认证功能：在公开的信道上进行敏感信息的传输，采用签名技术实现对消息的真实性、完整性进行验证，通过验证公钥证书实现对通信主体的身份验证。 密钥管理：密钥是保密系统中更为脆弱而重要的环节，公钥密码体制是解决密钥管理工作的有力工具；利用公钥密码体制进行密钥协商和产生，保密通信双方不需要事先共享秘密信息；利用公钥密码体制进行密钥分发、保护、密钥托管、密钥恢复等。 基于公钥密码体制可以实现以上通用功能以外，还可以设计实现以下的系统：安全电子商务系统、电子现金系统、电子选举系统、电子招投标系统、电子彩票系统等。 公钥密码体制的产生是密码学由传统的政府、军事等应用领域走向商用、民用的基础，同时互联网、电子商务的发展为密码学的发展开辟了更为广阔的前景。 五. 在2004年国际密码学会议(Crypto’2004)上，来自中国山东大学的王小云教授做的破译MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD算法的报告，令在场的国际顶尖密码学专家都为之震惊，意味着这些算法将从应用中淘汰。随后，SHA-1也被宣告被破解。 历史上有三次对DES有影响的攻击实验。1997年，利用当时各国 7万台计算机，历时96天破解了DES的密钥。1998年，电子边境基金会（EFF）用25万美元制造的专用计算机，用56小时破解了DES的密钥。1999年，EFF用22小时15分完成了破解工作。因此。曾经有过卓越贡献的DES也不能满足我们日益增长的需求了。 *近，一组研究人员成功的把一个512位的整数分解因子，宣告了RSA的破解。 我们说数据的安全是相对的，可以说在一定时期一定条件下是安全的，随着硬件和网络的发展，或者是另一个王小云的出现，目前的常用加密算法都有可能在短时间内被破解，那时我们不得不使用更长的密钥或更加先进的算法，才能保证数据的安全，因此加密算法依然需要不断发展和完善，提供更高的加密安全强度和运算速度。 纵观这两种算法一个从DES到3DES再到AES，一个从RSA到ECC。其发展角度无不是从密钥的简单性，成本的低廉性，管理的简易性，算法的复杂性，保密的安全性以及计算的快速性这几个方面去考虑。因此，未来算法的发展也必定是从这几个角度出发的，而且在实际操作中往往把这两种算法结合起来，也需将来一种集两种算法优点于一身的新型算法将会出现，到那个时候，电子商务的实现必将更加的快捷和安全。
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