“對稱/非對稱密鑰”加密算法
admin 由于“摘要”算法加密的數(shù)據(jù)僅僅能作為一種身份驗證的憑據(jù)使用，如果我們要對整個文檔數(shù)據(jù)進行加密，則不能采用這種“不可逆”的算法，因此"密鑰"算法（Key Encoding）的概念被提出。此類算法通過一個被稱為“密鑰”的憑據(jù)進行數(shù)據(jù)加密處理，接收方通過加密時使用的“密鑰”字符串進行解密，即雙方持有的"密鑰"相同（對稱）。如果接收方不能提供正確的“密鑰”，則解密出來的就不是原來的數(shù)據(jù)。
以上是“對稱密鑰”的概念，“非對稱密鑰”就是加密和解密文件的密鑰不一樣。用于加密的是“公鑰”（Public Key），而用于解密的是“私鑰”（Private Key），公鑰是可以公開的，而私鑰則不能公開。這種算法規(guī)定，對方給你發(fā)送數(shù)據(jù)前，可以用你的"公鑰"加密后再發(fā)給你，但是這個“公鑰”也無法解開它自己加密的數(shù)據(jù)，即加密過程是單向的，這樣即使數(shù)據(jù)被中途攔截，入侵者也無法對其進行破解。當文件到達自己的計算機后，可以用自己的"私鑰"解密，而且只有對應的私鑰才可以解密用相應用戶的公鑰加密的文件。這就是"非對稱密鑰"加密算法，也稱為“公共密鑰算法”，這兩者均建立在PKI驗證體系結(jié)構(gòu)上。
基于“對稱密鑰”的加密算法有DES、TripleDES、RC2、RC4、RC5和Blowfish等；基于"非對稱密鑰"的加密算法有RSA、Diffie-Hellman等。
1．DES算法
DES（Data Encryption Standard，數(shù)據(jù)加密標準）是最早、最著名的保密密鑰或?qū)ΨQ密鑰加密算法。它是由IBM公司在20世紀70年代發(fā)展起來的，美國國家標準局于1977年公布把它作為非機要部門使用的數(shù)據(jù)加密標準。30多年來，它一直活躍在國際保密通信的舞臺上，扮演了十分重要的角色。
目前在國內(nèi)，隨著三金工程尤其是金卡工程的啟動，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收費站等領域被廣泛應用，以此來實現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保密，如信用卡持卡人的PIN的加密傳輸、IC卡與POS間的雙向認證、金融交易數(shù)據(jù)包的MAC校驗等，均用到DES算法。
DES是一個分組加密算法，它以64位為分組對數(shù)據(jù)加密。同時DES也是一個對稱算法：加密和解密用的是同一個算法。它的密匙長度是56位（因為每個字節(jié)的第8位都用作奇偶校驗），密鑰可以是任意的56位的數(shù)，而且可以任意時候改變。其中有極少量的數(shù)被認為是弱密鑰，但是很容易避開他們，所以其保密性依賴于密鑰。
DES算法具有極高的安全性，到目前為止，除了用窮舉搜索法對DES算法進行攻擊外，還沒有發(fā)現(xiàn)更有效的辦法。而56位長的密鑰的窮舉空間為256，這意味著如果一臺計算機的速度是每秒鐘檢測一百萬個密鑰，則它搜索完全部密鑰就需要將近2285年的時間，可見這是難以實現(xiàn)的。當然，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，當出現(xiàn)超高速計算機后，還可以考慮把DES密鑰的長度再增長一些，以此來達到更高的保密程度。
DES算法的入口參數(shù)有3個：Key、Data、Mode。其中Key為8個字節(jié)，共64位，是DES算法的工作密鑰；Data也為8個字節(jié)，64位，是要被加密或被解密的數(shù)據(jù)；Mode為DES的工作方式，有兩種：加密或解密。如Mode為加密，則用Key 去對數(shù)據(jù)Data進行加密，生成Data的密碼形式（64位）作為DES的輸出結(jié)果；如Mode為解密，則用Key去把密碼形式的數(shù)據(jù)Data解密，還原為Data的明碼形式（64位）作為DES的輸出結(jié)果。在通信網(wǎng)絡的兩端，雙方約定一致的Key，在通信的源點用Key對核心數(shù)據(jù)進行DES加密，然后以密碼形式在公共通信網(wǎng)（如電話網(wǎng)）中傳輸?shù)酵ㄐ啪W(wǎng)絡的終點，數(shù)據(jù)到達目的地后，用同樣的Key對密碼數(shù)據(jù)進行解密，便再現(xiàn)了明碼形式的核心數(shù)據(jù)。這樣，便保證了核心數(shù)據(jù)在公共通信網(wǎng)中傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。通過定期在通信網(wǎng)絡的源端和目的端同時改用新的Key，便能更進一步提高數(shù)據(jù)的保密性，這正是現(xiàn)在金融交易網(wǎng)絡的流行做法。
DES算法的工作原理為：DES對64位的明文分組進行操作，通過一個初始置換將明文分成左半部分和右半部分，然后進行16輪完全相同的運算，最后經(jīng)過一個末置換便得到64位密文。每一輪的運算包含擴展置換、S盒代換、P盒置換和兩次異或運算，另外每一輪中還有一個輪密鑰（子密鑰）。具體過程如下：DES對一個64位的明文分組（m）進行加密操作，m經(jīng)過一個初始的P置換成m0，將m0明文分成左半部分和右半部分m0=(L0,R0)，各32位長。然后進行16輪完全相同的運算，這些運算被稱為函數(shù)f，在運算過程中數(shù)據(jù)與密匙結(jié)合。在每一輪中，密匙位移位，然后再從密匙的56位中選出48位。通過一個擴展置換將數(shù)據(jù)的右半部分擴展成48位，并通過一個異或操作替代成新的32位數(shù)據(jù)。這4步運算構(gòu)成了函數(shù)f。然后，通過另一個異或運算，函數(shù)f的輸出與左半部分結(jié)合，其結(jié)果成為新的右半部分，原來的右半部分成為新的左半部分，這就是S盒代換。經(jīng)過16輪這樣的轉(zhuǎn)換后，左、右半部分再合在一起經(jīng)過一個末置換，這樣就完成了整個加密過程。
DES加密和解密唯一的不同是密匙的次序相反。如果各輪加密密匙分別是K1、K2、K3…K16，那么解密密匙就是K16、K15、K14…K1。
目前在DES算法中，采用最多的還是更復雜、更安全的3DES（TripleDES），是DES加密算法的一種模式。3DES使用3條64位的密鑰對數(shù)據(jù)進行3次加密，密碼強度是168位（3×56）。3DES是DES向AES過渡的加密算法（1999年，NIST將3DES指定為過渡的加密標準）。它以DES為基本模塊，通過組合分組方法設計出分組加密算法。
2．RC算法
RC系列算法是由大名鼎鼎的RSA三人組設計的密鑰長度可變的流加密算法，其中最流行的是RC4算法。RC系列算法可以使用2048位的密鑰，但該算法的速度卻可以達到DES加密的10倍左右，所以受到用戶的廣泛歡迎和普遍采用。
RC4算法的原理包括初始化算法和偽隨機子密碼生成算法兩大部分。在初始化的過程中，密鑰的主要功能是將一個256字節(jié)的初始數(shù)簇進行隨機攪亂，不同的數(shù)簇在經(jīng)過偽隨機子密碼生成算法的處理后可以得到不同的子密鑰序列，得到的子密鑰序列和明文進行異或運算（XOR）后，得到密文。
由于RC4算法加密采用的是異或，所以一旦子密鑰序列出現(xiàn)了重復，密文就有可能被破解。
3．RSA算法
RSA算法也是RSA三人設計組設計的，是目前最流行的公鑰密碼算法。它使用長度可以變化的密鑰，是第一個既能用于數(shù)據(jù)加密，也能用于數(shù)字簽名的算法。
RSA算法的原理如下：
（1）隨機選擇兩個大質(zhì)數(shù)p和q，p不等于q，計算N=pq。
（2）選擇一個大于1、小于N的自然數(shù)e，e必須與(p-1)(q-1)互素。
（3）用公式d×e = 1(mod(p-1)(q-1))計算出d。
（4）銷毀p和q。
最終得到的N就是"公鑰"，d就是"私鑰"，發(fā)送方使用N去加密數(shù)據(jù)，接收方只有使用d才能解開數(shù)據(jù)內(nèi)容。
RSA的安全性依賴于大數(shù)分解，小于1024位的N已經(jīng)被證明是不安全的。而且由于RSA算法進行的都是大數(shù)計算，使得RSA最快的情況也比DES慢一倍以上，這是RSA最大的缺陷。因此，通常只能用于加密少量數(shù)據(jù)或者加密密鑰，但RSA仍然不失為一種高強度的算法。
