數據加密技術

摘要: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。加密技術是網絡安全技術的基石。該文介紹幾種數據加密的方法，其中以數據加密技術中的基于公鑰的加密算法，以及一種新的多步加密算法為主，希望由此實現保證信息傳遞安全的目的。

關鍵詞:數據加密;加密算法;置換表;公鑰;多步加密算法

中圖分類號:TP309.7文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)33-9290-02

現代社會，信息的地位越來越重要，信息可以給我們帶來財富，但是同時由于信息的特殊性我們又不得不面對信息丟失或者泄露越來越嚴重的現實。因此我們需要一種措施來保護我們的信息，防止被一些懷有不良用心的人所看到或者破壞。在競爭激烈的大公司中，我們常常防范間諜對情報的竊取。因此，在客觀上就需要一種強有力的安全措施來保護機密數據不被竊取或篡改。數據加密與解密從宏觀上講是非常簡單的，很容易理解。加密與解密的一些方法是非常直接的，很容易掌握，可以很方便的對機密數據進行加密和解密。

1 數據加密方法

數據加密交換又稱密碼學，它是一門歷史悠久的技術，目前仍是計算機系統對信息進行保護的一種最可靠的辦法。它利用密碼技術對信息進行交換，實現信息隱蔽，從而保護信息的安全。考慮到用戶可能試圖旁路系統的情況，如物理地取走數據庫，在通訊線路上竊聽。對這樣的威脅最有效的解決方法就是數據加密，即以加密格式存儲和傳輸敏感數據。

數據加密的術語有:明文，即原始的或未加密的數據。通過加密算法對其進行加密，加密算法的輸入信息為明文和密鑰;密文，明文加密后的格式，是加密算法的輸出信息。加密算法是公開的，而密鑰則是不公開的。密文，不應為無密鑰的用戶理解，用于數據的存儲以及傳輸。

在計算技術的傳統上，我們往往使用幾種方法加密數據流，這些方法實現容易，但是破譯困難(當同時有原文和密文時，破譯加密算法是可能的，但并不會輕松)。我們都認為最好的加密算法對系統性能幾乎沒有影響，甚至可以帶來其他優點。在所有的加密算法中最簡單的一種就是“置換表”算法，這種算法也能很好達到加密的需要。“置換表”算法的每一個數據段對應著“置換表”中的一個偏移量，偏移量所對應的值就輸出成為加密后的文件。這個加密方法最早出現在凱撒的軍隊中，當然現在我們將它已經改進了。這樣的加解密程序都需要 “置換表”。

這種簡單的加密算速度很快，但是一旦“置換表”對于這個加密極其重要，一旦對方獲知就滿盤皆輸。同時為了避免被人強力破解(這很有可能)，對這種“置換表”方式的一個改進就是使用2個或者更多的“置換表”，這些表都是基于數據流中字節的位置的，或者基于數據流本身。這種方法一但大量使用將使得破譯幾乎無法實現，除非黑客知道正確的表，否則僅僅憑借暴力破解，黑客必須正確的做幾次變換，這難度之大無法想象。

“變換數據位置” ，與使用“置換表”相類似，也在計算機加密中使用。但是，它主要是將輸入的文字放入BUFFER中，以BUFFER的特點來改變字母的順序，這幾乎是無法破解的，因為同樣的字母，其排列方式的變換將產生無限的可能。當然，這操作需要更多的執行時間。

還有一種只有計算機能夠做的更好的算法，就是字/字節循環移位和xor操作。我們可以將數據流內的一個字或字節在一個做循環移位，使用左移或右移，就可以迅速的產生一個加密的數據流。

這種方法是很難破譯的!一旦加入xor操作即按位做異或操作，可以使破譯密碼困難加倍。而這其中還可以使用偽隨機的方法。例如一旦使用了fibbonaci數列或者相似的數列，我們可以對數列所產生的數做各種運算，然后循環移位數列運算的結果的次數。而這一切的目的就是將使破譯次密碼變成不可能完成的任務!這種偽隨機的方式所產生的密碼對編碼和解密程序來講卻是非常容易的。我們只需要花很少的時間就可以實現這樣的功能。

我們會在信息里加上一些CRC類似的代碼以辨別數據是否完好，對于每一個數據塊，它使用位循環移位和xor操作來產生一個16位或32位的校驗和，一旦我們丟失一位或兩個位的錯誤，我們一定會在他的幫助下發現的。這種方式一直應用于文件的傳輸，但是，基于標準crc算法的一種修改算法對于發現加密數據塊中的錯誤和文件是否被病毒感染是很有效的。

2 基于公鑰的加密算法

一個好的加密算法的重要特點之一是基于公鑰的加密能力:

基于公鑰的加密算法可以指定一個密碼或密鑰，并用它來加密明文。這又分為兩種方式:對稱密鑰算法和非對稱密鑰算法。所謂對稱密鑰算法就是加密解密都使用相同的密鑰，非對稱密鑰算法就是加密解密使用不同的密鑰。

加密密鑰與解密密鑰，分別被稱為公鑰和私鑰，兩者大不相同。從理論上講，幾乎所有算法都是可逆的，例如，對于一個輸入‘1’執行操作后，得到結果‘2’，那基于結果‘2’，做一個相對應的操作，一定能導出‘1’。很多時候，對于一種操作，我們可以得到一個確定值，對于沒有定義的操作，在基于加密算法的情況下，可以成功地防止把公鑰轉化為私鑰。因此，破譯非對稱加密算法，找到那個唯一的密鑰，是關鍵，而唯一獲得的方法只能是反復試驗，這將是大量時間的投入。

rsa加密算法使用了兩個非常大的素數來產生公鑰和私鑰。由于這個運算巨大的計算量，即使是從一個公鑰進行破解，理論上雖然可以得到私鑰，但實質上是不可行的。而很多加密算法本身速度受到限制，用rsa算法加密大量的數據不太可行。這就使得一些實際使用的加密算法都基于PGP。PGP算法(以及大多數基于rsa算法的加密方法)使用公鑰來加密一個對稱加密算法的密鑰，之后以一個相對較快的對稱加密算法加密數據。這個對稱算法的密鑰由于是隨機產生，因此，得到這個密鑰的唯一方法就是使用私鑰來解密。

3 一個嶄新的多步加密算法

現在出現了一種新的加密算法，被稱為多步加密算法，這個算法中我們可以通過使用一系列的數字來產生一個偽隨機的數字序列，這個數字序列是高度隨機化的，是可重復。一次使用中包含256個表項，使用隨機數序列來產生密碼轉表:

全部過程大體是這樣的，我們將256個隨機數放于矩陣中，排序，以此方式(但是注意，一定要記住最初的位置)，依托起始位置產生一個隨意排序表，表中數字范圍是0到255。首先，產生了一個具體的256字節的表。讓這個隨機數產生器接著來產生這個表中的其余的數，以實現每個表獨特性。下一步，使用“shotgun technique”技術來產生解碼表。基本上，如果 a映射到b，那么b一定可以映射到a，所以b[a[n]] = n(n是一個在0到255之間的數)。使用一個循環賦值，使一個256字節的解碼表它可以對應我們上一步產生的256字節的加密表。

在這個方法中產生的表絕對是一個隨機表，因為產生256個字節的隨機數使用了二次偽隨機，這樣就使用了兩個額外的16位的密碼.。而這種情況下實質上是已經有了兩張轉換表，我們可以將加密解密工作看作如下。前一個字節密文是這個256字節的表的索引，還可以這樣看，為了提高加密效果，可以使用多余8位的值，或者校驗和以及crc算法來產生索引字節。

4 結論

隨著我國軟件事業的發展，計算機普及的提高，現在我們不得不面對這樣一個復雜而又棘手的問題，那就是我們的數據安全性保障問題。數據安全性在現在而言是很多公司生存的基礎，而同時它也是一些道德缺乏者的目標，一旦數據被毀、篡改或者是丟失，將給公司照成巨大傷害，典型的例子就是911中，總部設置在世貿大廈的公司，一半丟失了數據的公司在兩年內倒閉了。由此可見關鍵業務數據成了企業生存的命脈和寶貴的資源。數據安全性問題不得不重視起來。現在我們把重點放在了如何增強企業軟件系統的安全性、保密性、真實性、完整性。

數據加密技術是在數據的存儲和傳送環節中，最基本的安全技術，被認為信息安全的核心。它通過各種各樣的數學計算方法將現實數據變換成為密文，在此基礎上才對數據進行存儲或傳輸，這就可以保證，即使信息在存儲或者傳輸過程為非授權人員所獲得，也可不為其認知。該方法的保密性直接取決于所采用的密碼算法和密鑰復雜度以及長度。

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