第四講數(shù)據(jù)加密與身份鑒別參考課件

1、第四講數(shù)據(jù)加密與身份鑒別（優(yōu)選）第四講數(shù)據(jù)加密與身份鑒別（一） 數(shù)據(jù)加密技術(shù)數(shù)據(jù)加密技術(shù) 數(shù)據(jù)加密的概念數(shù)據(jù)加密技術(shù)原理數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用艹Ｓ眉用軈f(xié)議本部分涉及以下內(nèi)容：4數(shù)據(jù)加密的概念 數(shù)據(jù)加密模型密文網(wǎng)絡(luò)信道明文明文三要素：信息明文、密鑰、信息密文加密密鑰信息竊取者解密密鑰加密算法解密算法5數(shù)據(jù)加密的概念 數(shù)據(jù)加密技術(shù)的概念 數(shù)據(jù)加密(Encryption)是指將明文信息(Plaintext)采取數(shù)學(xué)方法進(jìn)行函數(shù)轉(zhuǎn)換成密文(Ciphertext)，只有特定接受方才能將其解密(Decryption)還原成明文的過程。 明文(Plaintext) ： 加密前的原始信息；密文(Ciphertext)

2、 ：明文被加密后的信息；密鑰(Key)： 控制加密算法和解密算法得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵信息，分為加密密鑰和解密密鑰；加密(Encryption)：將明文通過數(shù)學(xué)算法轉(zhuǎn)換成密文的過程；解密(Decryption)：將密文還原成明文的過程。6數(shù)據(jù)加密的概念 數(shù)據(jù)加密技術(shù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)保密；身份驗(yàn)證；保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性；確認(rèn)事件的發(fā)生。7數(shù)據(jù)加密技術(shù)原理 對(duì)稱密鑰加密（保密密鑰法）非對(duì)稱密鑰加密（公開密鑰法）混合加密算法哈希（Hash）算法數(shù)字簽名數(shù)字證書公共密鑰體系數(shù)據(jù)加密技術(shù)原理8數(shù)據(jù)加密技術(shù)原理對(duì)稱密鑰加密（保密密鑰法）加密算法解密算法密鑰網(wǎng)絡(luò)信道明文明文密文加密密鑰解密密鑰兩者相等9任選兩個(gè)不同的大素?cái)?shù)（質(zhì)

3、數(shù)）p與q（注意p，q必須保密），使得n=pqm；這個(gè)過程稱為公開密鑰的分發(fā)。這時(shí)，如果有第三者竊聽數(shù)據(jù)時(shí)，他只得到B傳給A的公開密鑰e，以及A用這個(gè)公開密鑰e加密后的數(shù)據(jù)?？梢圆捎脤r(shí)間戳和臨時(shí)值結(jié)合起來(lái)，以便減少需要記錄的臨時(shí)值，但協(xié)議實(shí)現(xiàn)稍微有些復(fù)雜。使用密鑰分發(fā)中心的認(rèn)證協(xié)議1 2 3 4目前要求寄存器的階數(shù)大于100階，才能保證必要的安全。最后，公開密鑰加密不僅改進(jìn)了傳統(tǒng)加密方法，還提供了傳統(tǒng)加密方法不具備的應(yīng)用，這就是數(shù)字簽名系統(tǒng)。NTLM認(rèn)證過程(from MSDN)在解密時(shí)，持有密碼簿的接收方，可以將密文的字母反向循環(huán)移位，或?qū)γ芪牡拿總€(gè)字母再次作異或計(jì)算，以恢復(fù)出明文來(lái)。增加

4、A和B之間的先決知識(shí)密文則以下面的形式讀出；給定一個(gè)置換現(xiàn)在根據(jù)給定的置換，按第2、第4、第1、第3列的次序重新排列，就得RSA公開密鑰密碼算法(1) RSA算法的原理NeedhamSchroeder認(rèn)證協(xié)議破譯密文最簡(jiǎn)單的方法，就是嘗試所有可能的密鑰組合。一個(gè)好的加密算法往往只有用窮舉法才能得到密鑰，所以只要密鑰足夠長(zhǎng)就會(huì)很安全。第一種方案是在每條消息中包含一個(gè)過期時(shí)間戳。然而，由于對(duì)稱密鑰密碼系統(tǒng)具有加解密速度快、安全強(qiáng)度高、使用的加密算法比較簡(jiǎn)便高效、密鑰簡(jiǎn)短和破譯極其困難的優(yōu)點(diǎn)，目前被越來(lái)越多地應(yīng)用在軍事、外交以及商業(yè)等領(lǐng)域。其中應(yīng)用SHA 編碼和ECC 算法實(shí)現(xiàn)數(shù)字簽名，應(yīng)用傳對(duì)稱密

5、鑰密碼體制（2）對(duì)稱密鑰密碼體制的加密方式序列密碼。序列密碼一直是作為軍事和外交場(chǎng)合使用的主要密碼技術(shù)。它的主要原理是通過有限狀態(tài)機(jī)制產(chǎn)生性能優(yōu)良的偽隨機(jī)序列，使用該序列加密信息流，得到密文序列。所以，序列密碼算法的安全強(qiáng)度完全決定于它所產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列的好壞。產(chǎn)生好的序列密碼的主要途徑之一是利用移位寄存器產(chǎn)生偽隨機(jī)序列。目前要求寄存器的階數(shù)大于100階，才能保證必要的安全。序列密碼的優(yōu)點(diǎn)是錯(cuò)誤擴(kuò)展小、速度快、利于同步、安全程度高。分組密碼。分組密碼的工作方式是將明文分成固定長(zhǎng)度的組，如64位一組，用同一密鑰和算法對(duì)每一塊加密，輸出也是固定長(zhǎng)度的密文。對(duì)稱密鑰密碼體制的特點(diǎn) 對(duì)稱密鑰密碼體制的

6、缺點(diǎn)有在公開的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，安全地傳送和密鑰的管理成為一個(gè)難點(diǎn)，不太適合在網(wǎng)絡(luò)中單獨(dú)使用；對(duì)傳輸信息的完整性也不能作檢查，無(wú)法解決消息確認(rèn)問題；缺乏自動(dòng)檢測(cè)密鑰泄露的能力。然而，由于對(duì)稱密鑰密碼系統(tǒng)具有加解密速度快、安全強(qiáng)度高、使用的加密算法比較簡(jiǎn)便高效、密鑰簡(jiǎn)短和破譯極其困難的優(yōu)點(diǎn)，目前被越來(lái)越多地應(yīng)用在軍事、外交以及商業(yè)等領(lǐng)域。非對(duì)稱密鑰密碼體制（1）在該體制中，密鑰成對(duì)出現(xiàn)，一個(gè)為加密密鑰（即公開密鑰PK），可以公之于眾，誰(shuí)都可以使用；另一個(gè)為解密密鑰（秘密密鑰SK），只有解密人自己知道；這兩個(gè)密鑰在數(shù)字上相關(guān)但不相同，且不可能從其中一個(gè)推導(dǎo)出另一個(gè)，也就是說(shuō)即便使用許多計(jì)算機(jī)協(xié)同運(yùn)算，

7、要想從公共密鑰中逆算出對(duì)應(yīng)的私人密鑰也是不可能的，用公共密鑰加密的信息只能用專用解密密鑰解密。所以，非對(duì)稱密鑰密碼技術(shù)是指在加密過程中，密鑰被分解為一對(duì)。這對(duì)密鑰中的任何一把都可作為公開密鑰通過非保密方式向他人公開，用于對(duì)信息的加密；而另一把則作為則私有密鑰進(jìn)行保存，用于對(duì)加密信息的解密。所以又可以稱為公開密鑰密碼體制（PKI）、雙鑰或非對(duì)稱密碼體制。使用公開密鑰加密系統(tǒng)時(shí)，收信人首先生成在數(shù)學(xué)上相關(guān)聯(lián)、但又不相同的兩把密鑰，這一過程稱為密鑰配制。其中公開密鑰用于今后通信的加密，把它通過各種方式公布出去，讓想與收信人通信的人都能夠得到；另一把秘密密鑰用于解密，自己掌握和保存起來(lái)；這個(gè)過程稱為公

8、開密鑰的分發(fā)。其通信模型如圖所示。數(shù)據(jù)加密技術(shù)原理非對(duì)稱密鑰加密（公開密鑰加密）加密算法解密算法公開密鑰網(wǎng)絡(luò)信道明文明文密文私有密鑰公鑰私鑰 公鑰私鑰不可相互推導(dǎo)不相等12所以，密文為NIEGERNEN IG。（3）解密利用秘密密鑰（n，d）解密。（1）A首先生成質(zhì)詢信息RA，RA是一個(gè)隨機(jī)數(shù)；要求e與(p1)(q1)互質(zhì)，是為了保證ed mod (p1)(q1)有解。MD5是一個(gè)可以為每個(gè)文件生成一個(gè)數(shù)字簽名的工具。針對(duì)認(rèn)證協(xié)議的一些常見攻擊手段和相應(yīng)對(duì)策N E E R在這里，假設(shè)破譯者有識(shí)別正確解密結(jié)果的能力。明文COMPUTER SYSTEMS使用公開密鑰加密系統(tǒng)時(shí)，收信人首先生成在數(shù)學(xué)

9、上相關(guān)聯(lián)、但又不相同的兩把密鑰，這一過程稱為密鑰配制。同樣的口令產(chǎn)生不同的密文B收到這個(gè)值之后，對(duì)它作某種變換，得到response，并送回去RSA算法中，n的長(zhǎng)度是控制算法可靠性的重要因素。用戶的同事從CA機(jī)構(gòu)查到用戶的數(shù)字證書，用證書中的公開密鑰對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證。char *crypt(const char *key, const char *salt);結(jié)合前的右半部分作為新的左半部分。用戶先輸入某標(biāo)志信息（如用戶名），系統(tǒng)可以為用戶生成一個(gè)一次性口令的清單。NH：網(wǎng)絡(luò)層包頭；這樣數(shù)據(jù)塊之間的加密不再獨(dú)立，即使數(shù)據(jù)重復(fù)出現(xiàn)，密文也就不會(huì)呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性?？诹羁捎杏脩暨x擇或系統(tǒng)分配。這兩個(gè)

10、密鑰在數(shù)字上相關(guān)但不相同，且不可能從其中一個(gè)推導(dǎo)出另一個(gè)，也就是說(shuō)即便使用許多計(jì)算機(jī)協(xié)同運(yùn)算，要想從公共密鑰中逆算出對(duì)應(yīng)的私人密鑰也是不可能的，用公共密鑰加密的信息只能用專用解密密鑰解密。缺點(diǎn)是每個(gè)系統(tǒng)必須有一個(gè)加密設(shè)備和相應(yīng)的軟件（管理加密關(guān)鍵詞）或者每個(gè)系統(tǒng)必須自己完成加密工作，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率是按兆位/秒的單位計(jì)算時(shí)，加密任務(wù)的計(jì)算量是很大的。但是這樣需要保存大量的臨時(shí)值，而且機(jī)器有可能因某些原因丟失所有的臨時(shí)值信息，從而遭受重發(fā)攻擊。非對(duì)稱密鑰密碼體制（3）與傳統(tǒng)的加密系統(tǒng)相比，公開密鑰加密系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢(shì)，不但具有保密功能，還克服了密鑰發(fā)布的問題，并具有鑒別功能。首先，用戶可以把用于加密

11、的密鑰公開地分發(fā)給任何人。誰(shuí)都可以用這把公開的加密密鑰與用戶進(jìn)行秘密通信。除了持有解密密鑰的收件人外，無(wú)人能夠解開密文。這樣，傳統(tǒng)加密方法中令人頭痛的密鑰分發(fā)問題就轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)性質(zhì)完全不同的“公開密鑰分發(fā)”問題。其次，由于公開密鑰算法不需要聯(lián)機(jī)密鑰服務(wù)器，密鑰分配協(xié)議簡(jiǎn)單，所以極大地簡(jiǎn)化了密鑰管理。獲得對(duì)方公共密鑰有三種方法一是直接跟對(duì)方聯(lián)系以獲得對(duì)方的公共密鑰；另一種方法是向第三方驗(yàn)證機(jī)構(gòu)（如CA，即認(rèn)證中心Certification Authority的縮寫）可靠地獲取對(duì)方的公共密鑰；還有一種方法是用戶事先把公開密鑰發(fā)表或刊登出來(lái)，比如，用戶可以把它和電話一起刊登在電話簿上，讓任何人都可以查

12、找到，或者把它印刷在自己的名片上，與電話號(hào)碼、電子郵件地址等列寫在一起。這樣，素不相識(shí)的人都可以給用戶發(fā)出保密的通信。不像傳統(tǒng)加密系統(tǒng)，雙方必須事先約定統(tǒng)一密鑰。最后，公開密鑰加密不僅改進(jìn)了傳統(tǒng)加密方法，還提供了傳統(tǒng)加密方法不具備的應(yīng)用，這就是數(shù)字簽名系統(tǒng)。混合加密體制 公開密鑰密碼體制較秘密密鑰密碼體制處理速度慢，算法一般比較復(fù)雜，系統(tǒng)開銷很大。因此網(wǎng)絡(luò)上的加密解密普遍采用公鑰和私鑰密碼相結(jié)合的混合加密體制，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。即用公開密鑰密碼技術(shù)在通信雙方之間建立連接，包括雙方的認(rèn)證過程以及密鑰的交換（傳送秘密密鑰），在連接建立以后，雙有可以使用對(duì)稱加密技術(shù)對(duì)實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密解密。這樣既

13、解決了密鑰分發(fā)的困難，又解決了加、解密的速度和效率問題，無(wú)疑是目前解決網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息安全的一種較好的可行方法。如圖4.4所示。數(shù)據(jù)加密技術(shù)原理 混合加密系統(tǒng)對(duì)稱密鑰加密算法對(duì)稱密鑰解密算法對(duì)稱密鑰網(wǎng)絡(luò)信道明文明文密文 混合加密系統(tǒng)既能夠安全地交換對(duì)稱密鑰，又能夠克服非對(duì)稱加密算法效率低的缺陷！非對(duì)稱密鑰加密算法非對(duì)稱密鑰解密算法對(duì)稱密鑰公開密鑰私有密鑰 混合加密系統(tǒng)是對(duì)稱密鑰加密技術(shù)和非對(duì)稱密鑰加密技術(shù)的結(jié)合15加密方式和加密的實(shí)現(xiàn)方法數(shù)據(jù)塊和數(shù)據(jù)流加密的概念 數(shù)據(jù)塊加密是指把數(shù)據(jù)劃分為定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊，再分別加密。由于每個(gè)數(shù)據(jù)塊之間的加密是獨(dú)立的，如果數(shù)據(jù)塊重復(fù)出現(xiàn)，密文也將呈現(xiàn)出某種規(guī)律性。數(shù)

14、據(jù)流加密是指加密后的密文前部分，用來(lái)參與報(bào)文后面部分的加密。這樣數(shù)據(jù)塊之間的加密不再獨(dú)立，即使數(shù)據(jù)重復(fù)出現(xiàn)，密文也就不會(huì)呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。帶反饋的流加密，還可以用來(lái)提高破譯的難度。三種加密方式 鏈路加密方式把網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)文的每一位進(jìn)行加密。不但對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文正文加密，而且把路由信息、校驗(yàn)和等控制信息全部加密。所以，當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸?shù)侥硞€(gè)中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，必須被解密以獲得路由信息和校驗(yàn)和，進(jìn)行路由選擇、差錯(cuò)檢測(cè)，然后再被加密，發(fā)送給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直到數(shù)據(jù)報(bào)文到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)為止。目前一般網(wǎng)絡(luò)通信安全主要采這種方式。節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)加密方式為了解決在節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)是明文的缺點(diǎn)，在中間節(jié)點(diǎn)里裝有用于加、解密的保護(hù)裝置，

15、即由這個(gè)裝置來(lái)完成一個(gè)密鑰向另一個(gè)密鑰的變換。因而，除了在保護(hù)裝置里，即使在節(jié)點(diǎn)內(nèi)也不會(huì)出現(xiàn)明文。但是這種方式和鏈路加密方式一樣，有一個(gè)共同的缺點(diǎn)需要目前的公共網(wǎng)絡(luò)提供者配合，修改他們的交換節(jié)點(diǎn)，增加安全單元或保護(hù)裝置。端對(duì)端加密方式為了解決鏈路加密方式和節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)加密方式的不足，人們提出了端對(duì)端加密方式，也稱面向協(xié)議加密方式。在這種方式中，由發(fā)送方加密的數(shù)據(jù)在沒有到達(dá)最終目的地接受節(jié)點(diǎn)之前不被解密。加密解密只是在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。因此，這種方式可以實(shí)現(xiàn)按各通信對(duì)象的要求改變加密密鑰以及按應(yīng)用程序進(jìn)行密鑰管理等，而且采用此方式可以解決文件加密問題。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)用戶可有不同的

16、加密關(guān)鍵詞，并且網(wǎng)絡(luò)本身不需增添任何專門的加密設(shè)備；缺點(diǎn)是每個(gè)系統(tǒng)必須有一個(gè)加密設(shè)備和相應(yīng)的軟件（管理加密關(guān)鍵詞）或者每個(gè)系統(tǒng)必須自己完成加密工作，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率是按兆位/秒的單位計(jì)算時(shí)，加密任務(wù)的計(jì)算量是很大的。18數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用?鏈路加密方式SH：會(huì)話層包頭； TH：傳輸層包頭； NH：網(wǎng)絡(luò)層包頭；LH：鏈路層包頭； E： 鏈路層包尾；應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層MessageMessageSHMessageTHNHLHLHSHTHSHNHTHSHNHTHSHMessageMessageMessageMessageEE：明文信息：密文信息19數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用?鏈路加密方式 用于保

17、護(hù)通信節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通常用硬件 在物理層或數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)由于每條通信鏈路上的加密是獨(dú)立進(jìn)行的，因此當(dāng)某條鏈路受到破壞不會(huì)導(dǎo)致其它鏈路上傳輸?shù)男畔⒌陌踩浴?bào)文中的協(xié)議控制信息和地址都被加密，能夠有效防止各種流量分析。不會(huì)減少網(wǎng)絡(luò)有效帶寬。只有相鄰節(jié)點(diǎn)使用同一密鑰，因此，密鑰容易管理。加密對(duì)于用戶是透明的，用戶不需要了解加密、解密過程。20數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用?鏈路加密方式缺點(diǎn)在傳輸?shù)闹虚g節(jié)點(diǎn)，報(bào)文是以明文的方式出現(xiàn)，容易受到非法訪問的威脅。每條鏈路都需要加密/解密設(shè)備和密鑰，加密成本較高。21數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用?端對(duì)端加密方式應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層MessageMessag

18、eSHMessageTHNHLHLHSHTHSHNHTHSHNHTHSHMessageMessageMessageMessageEESH：會(huì)話層包頭； TH：傳輸層包頭； NH：網(wǎng)絡(luò)層包頭；LH：鏈路層包頭； E： 鏈路層包尾；：明文信息：密文信息22數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用?端對(duì)端加密方式 在源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)傳輸?shù)膱?bào)文進(jìn)行加密和解密，一般在應(yīng)用層或表示層完成。優(yōu)點(diǎn)在高層實(shí)現(xiàn)加密，具有一定的靈活性。用戶可以根據(jù)需要選擇不同的加密算法。缺點(diǎn)報(bào)文的控制信息和地址不加密，容易受到流量分析的攻擊。需要在全網(wǎng)范圍內(nèi)對(duì)密鑰進(jìn)行管理和分配。數(shù)據(jù)加密的實(shí)現(xiàn)方式 目前，具體的數(shù)據(jù)加密實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種軟件加密硬件加密加

19、密方法加密系統(tǒng)的組成 待加密的報(bào)文，也稱明文。加密后的報(bào)文，也稱密文。加密、解密裝置或稱算法。用于加密和解密的密鑰，它可以是數(shù)字，詞匯或者語(yǔ)句。四種傳統(tǒng)加密方法代碼加密替換加密變位加密一次性密碼簿加密 代碼加密 發(fā)送秘密消息的最簡(jiǎn)單做法，就是使用通信雙方預(yù)先設(shè)定的一組代碼。代碼可以是日常詞匯、專有名詞或特殊用語(yǔ)，但都有一個(gè)預(yù)先指定的確切含義。它簡(jiǎn)單有效，得到廣泛的應(yīng)用。例如密文黃姨白姐安全到家了。明文黃金和白銀已經(jīng)走私出境了。代碼簡(jiǎn)單好用，但只能傳送一組預(yù)先約定的信息。當(dāng)然，可以將所有的語(yǔ)意單元（如每個(gè)單詞）編排成代碼簿，加密任何語(yǔ)句只要查代碼簿即可。不重復(fù)使用的代碼是很安全的。代碼經(jīng)過多次反

20、復(fù)使用，竊密者會(huì)逐漸明白它們的意義，代碼就逐漸失去了原有的安全性。替換加密 例如，將字母a，b，c，x，y，z的自然順序保持不變，但使之與D，E，F(xiàn)，A，B，C分別對(duì)應(yīng)（即相差3個(gè)字符）AbcdefghijklmnopqrstuvwxyzDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC若明文為student，則對(duì)應(yīng)的密文為VWXGHQW（此時(shí)密鑰為3）。變位加密 代碼加密和替換加密保持著明文的字符順序，只是將原字符替換并隱藏起來(lái)。變位加密不隱藏原明文的字符，但卻將字符重新排序，即把明文中的字母重新排列，字母本身不變，但位置變了。常見的變位加密方法有列變位法和矩陣變位法。簡(jiǎn)單的變位加密示例例

21、如，加密方首先選擇一個(gè)用數(shù)字表示的密鑰，寫成一行，然后把明文逐行寫在數(shù)字下。按密鑰中數(shù)字指示的順序，逐列將原文抄寫下來(lái)，就是加密后的密文密鑰 4 1 6 8 2 5 7 3 9 0明文來(lái)人已出現(xiàn)住在平安里 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9密文里人現(xiàn)平來(lái)住已在出安變位密碼的另一個(gè)簡(jiǎn)單例子是把明文中的字母的順序倒過來(lái)寫，然后以固定長(zhǎng)度的字母組發(fā)送或記錄，如明文COMPUTER SYSTEMS密文SMETSY SRETUPMOC列變位法 將明文字符分割成為五個(gè)一列的分組并按一組后面跟著另一組的形式排好，最后不全的組可以用不常使用的字符填滿。形式如下C1 C2 C3 C4 C5C6 C6 C8

22、C9 C10C11 C12 C13 C14 C15 密文是取各列來(lái)產(chǎn)生的；C1C6C11C2C6C12C3C8如明文是WHAT YOU CAN LEARN FROM THIS BOOK，分組排列為WHATYOUCANLEARNFROMTHISBOOKXXX密文則以下面的形式讀出；WOLFHOHUERIKACAOSXTARMBXYNNTOX。這里的密鑰是數(shù)字5。矩陣變位法 這種加密是把明文中的字母按給定的順序安排在一個(gè)矩陣中，然后用另一種順序選出矩陣的字母來(lái)產(chǎn)生密文。如將明文ENGINEERING按行排在3*4矩陣中，如下所示1 2 3 4E N G I N E E RI N G 給定一個(gè)置換現(xiàn)

23、在根據(jù)給定的置換，按第2、第4、第1、第3列的次序重新排列，就得1 2 3 4N I E GE R N EN I G所以，密文為NIEGERNEN IG。其解密過程正好反過來(lái)，先將密文根據(jù)3*4矩陣，按行、按列，及列的順序?qū)懗鼍仃?；再根?jù)給定置換f產(chǎn)生新的矩陣；最后恢復(fù)明文ENGINEERING。一次性密碼簿加密(1) 如要既保持代碼加密的可靠性，又保持替換加密的靈活性，可以采用一次性密碼簿進(jìn)行加密。密碼簿的每一頁(yè)上都是一些代碼表，可以用一頁(yè)上的代碼來(lái)加密一些詞，用后撕掉或燒毀；再用另一頁(yè)上的代碼加密另一些詞，直到全部的明文都被加密。破譯密文的惟一辦法，就是獲得一份相同的密碼簿?，F(xiàn)代的密碼簿無(wú)

24、需使用紙張，用計(jì)算機(jī)和一系列數(shù)字完全可以代替密碼簿。在加密時(shí)，密碼簿的每個(gè)數(shù)字用來(lái)表示對(duì)報(bào)文中的字母循環(huán)移位的次數(shù)，或者用來(lái)和報(bào)文中的字母進(jìn)行按位異或計(jì)算，以加密報(bào)文。在解密時(shí)，持有密碼簿的接收方，可以將密文的字母反向循環(huán)移位，或?qū)γ芪牡拿總€(gè)字母再次作異或計(jì)算，以恢復(fù)出明文來(lái)。這利用了數(shù)論中的“異或”性質(zhì)，即（PC）C=P，這是因?yàn)椋≒C）C=P（CC）=P0=P的緣故。一次性密碼簿加密(2)下面就是一個(gè)使用按位異或進(jìn)行加密和解密的實(shí)例加密過程（明文與密碼按位異或計(jì)算）明文密碼密文解密過程（密文與密碼按位異或計(jì)算）密文密碼明文一次性密碼簿，不言而喻只能使用一次。在這里，“一次性”有兩個(gè)含義一、

25、密碼簿不能重復(fù)用來(lái)加密不同的報(bào)文；二、密碼簿至少不小于明文長(zhǎng)度，即不得重復(fù)用來(lái)加密明文的不同部分。 密鑰與密碼破譯方法從竊取者角度看來(lái)，主要有如下兩種破譯密碼以獲取明文的方法，就是密鑰的窮盡搜索和密碼分析。密鑰的窮盡搜索 破譯密文最簡(jiǎn)單的方法，就是嘗試所有可能的密鑰組合。在這里，假設(shè)破譯者有識(shí)別正確解密結(jié)果的能力。雖然大多數(shù)的密鑰嘗試都是失敗的，但最終總會(huì)有一個(gè)密鑰讓破譯者得到原文，這個(gè)過程稱為密鑰的窮盡搜索。密鑰的窮盡搜索，可以用簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置，但效率很低，甚至達(dá)到不可行的程度。例如，PGP使用的IDEA加密算法使用128位的密鑰，因此存在著21283.41038種可能性。即使破譯者能夠每秒

26、嘗試一億把密鑰，也需要1014年才能完成。UNIX系統(tǒng)的用戶帳號(hào)用8個(gè)字符（56位）的口令來(lái)保護(hù)，總共有2566.31016個(gè)組合，如果每秒嘗試一億次，也要花上20年時(shí)間。到那時(shí)，或許用戶已經(jīng)不再使用這個(gè)口令了。密碼分析已知明文的破譯方法在這種方法中，密碼分析員掌握了一段明文和對(duì)應(yīng)的密文，目的是發(fā)現(xiàn)加密的密鑰。在實(shí)用中，獲得某些密文所對(duì)應(yīng)的明文是可能的。例如，電子郵件信頭的格式總是固定的，如果加密電子郵件，必然有一段密文對(duì)應(yīng)于信頭。選定明文的破譯方法在這種方法中，密碼分析員設(shè)法讓對(duì)手加密一段分析員選定的明文，并獲得加密后的結(jié)果，目的是確定加密的密鑰。差別比較分析法是選定明文的破譯方法的一種，密

27、碼分析員設(shè)法讓對(duì)手加密一組相似差別細(xì)微的明文，然后比較它們加密后的結(jié)果，從而獲得加密的密鑰。不同的加密算法，對(duì)以上這些攻克方法的抵抗力是不同的。難于攻克的算法被稱為“強(qiáng)”的算法，易于攻克的算法被稱為“弱”的算法。當(dāng)然，兩者之間沒有嚴(yán)格的界線。防止密碼破譯的措施 為了防止密碼被破譯，可采取以下措施強(qiáng)壯的加密算法。一個(gè)好的加密算法往往只有用窮舉法才能得到密鑰，所以只要密鑰足夠長(zhǎng)就會(huì)很安全。20世紀(jì)7080年代密鑰長(zhǎng)為48位64位。20世紀(jì)90年代，由于發(fā)達(dá)國(guó)家不準(zhǔn)出口64位加密產(chǎn)品，所以國(guó)內(nèi)應(yīng)大力研制128位產(chǎn)品。建議密鑰至少為64位。動(dòng)態(tài)會(huì)話密鑰。每次會(huì)話的密鑰不同。保護(hù)關(guān)鍵密鑰（KEKKEY

28、CNCRYPTION KEY）。定期變換加密會(huì)話的密鑰。因?yàn)檫@些密鑰是用來(lái)加密會(huì)話密鑰的，一旦泄漏就會(huì)引起災(zāi)難性的后果。常用信息加密技術(shù)介紹DES算法(1) DES算法大致可以分成四個(gè)部分；初始置換、迭代過程、逆置換和子密鑰生成。DES使用56位密鑰并對(duì)64位的輸入數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密。先對(duì)64位的密鑰進(jìn)行變換，密鑰經(jīng)過去掉其第8、16、24、64位減至56位，去掉的那8位被視為奇偶校驗(yàn)位，不含密鑰信息，所以實(shí)際密鑰長(zhǎng)度為56位。DES算法加密時(shí)把明文以64位為單位分成塊。64位數(shù)據(jù)經(jīng)初始變換后被置換，然后進(jìn)行16輪加密迭代64位經(jīng)過初始置換的數(shù)據(jù)被分為左右兩半部分，每部分32位，密鑰與右半部分相結(jié)

29、合，然后再與左半部相結(jié)合，結(jié)果作為新的右半部分；結(jié)合前的右半部分作為新的左半部分。這一系列步驟組成一輪，如圖4.5所示，這種輪換要重復(fù)16次。最后一輪之后，進(jìn)行一置換運(yùn)算，它是初始置換的逆。為了將32位的右半部分與56位的密鑰相結(jié)合，需要兩個(gè)變換通過重復(fù)某些位將32位的右半部分?jǐn)U展為48位，而56位密鑰則通過選擇其中的某些位則減少至48位；在每輪處理中，密鑰也經(jīng)過了左移若干位和置換，都要從56位的密鑰中得出一個(gè)惟一的輪次密鑰。DES算法(2)最后，輸入的64位原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成64位看起來(lái)被完全打亂了的輸出數(shù)據(jù)，即用密鑰把每一塊明文轉(zhuǎn)化成同樣64位的密文數(shù)據(jù)。DES算法是對(duì)稱的，既可用于加密又可用于解密。解密時(shí)的過程和加密時(shí)相似，但密鑰的順序正好相反。RSA公開密鑰密碼算法(1) RSA算法的原理這種算法的要點(diǎn)在于，它可以產(chǎn)生一對(duì)密鑰，一個(gè)人可以用密鑰對(duì)中的一個(gè)加密消息，另一個(gè)人則可以用密鑰對(duì)中的