淺談計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)加密技術(shù)

陳國龍內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗黨委政府聯(lián)合接訪中心

淺談計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)加密技術(shù)

陳國龍
內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗黨委政府聯(lián)合接訪中心

近些年計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛快的發(fā)展。互聯(lián)網(wǎng)的興起帶動了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是目前通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行的交易越來越多。最近2O年信息加密技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)信息安全中的地位越來越受到重視。加密技術(shù)是保障信息安全的各種技術(shù)手段中最為核心和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。通過對重要數(shù)據(jù)的加密可以保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性和完整性。數(shù)據(jù)加密通常包括加密算法、明文、密文以及密鑰。密鑰控制加密和解密的幾個(gè)過程，所以對加密技術(shù)的研究是一個(gè)十分值得研究的方向。

數(shù)據(jù)加密；加密方法；加密標(biāo)準(zhǔn)

一、關(guān)于加密技術(shù)和加密標(biāo)準(zhǔn)的概述

作為保障數(shù)據(jù)傳輸安全的加密技術(shù)產(chǎn)生的年代久遠(yuǎn)，早在幾千年前埃及人和古巴比倫就通過對信息進(jìn)行特別的編碼而保護(hù)書面信息的安全。近代的信息加密技術(shù)主要在軍事領(lǐng)域展開，德國在二戰(zhàn)時(shí)期發(fā)明了著名的恩格瑪機(jī)來對信息進(jìn)行加密，隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，科學(xué)家們又不斷地研究出更為嚴(yán)密的信息加密手段。利用ROSA算法產(chǎn)生的私鑰和公鑰就是在這個(gè)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。信息加密的基本方式就是用某種數(shù)學(xué)算法對原來的明文或數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，將這些明文編程不可讀寫的數(shù)字代碼。只有信息接收者在輸人相應(yīng)的密鑰后才能還原數(shù)據(jù)的真實(shí)內(nèi)容。通過這種方法來處理數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會被他人非法盜竊、閱讀和修改。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)加密技術(shù)的發(fā)展也離不開數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)的支持，早在1977年美國國際商用機(jī)器公司為美國政府計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)研制出了一種特殊的計(jì)算方法，稱之為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)加密算法是應(yīng)用56位密鑰為基礎(chǔ)，首先將64位的明文通過變換其位置進(jìn)行置換大亂；接著對上述的64位明文進(jìn)行分解，將所要進(jìn)行加密的明文拆分成為兩套32位的明文：接著運(yùn)用將上述兩套32位明文采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行16次的位置變換；最后采用逆置換的方法對打亂后的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆置換，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的加密。

南于美國電子開拓基金會在1999年對上述加密標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了破譯，美國政府也因此對原有的加密標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了改進(jìn)。這種改進(jìn)方法是在原來的DES基礎(chǔ)上進(jìn)行了三重加密。這種新的加密標(biāo)準(zhǔn)使得數(shù)據(jù)的接收者必須通過使用三個(gè)密鑰才能對加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。這種方法也因此使得數(shù)據(jù)的保密性提升了3倍。這三把密鑰之間相互關(guān)聯(lián)，需要解密者對每層密碼分別進(jìn)行破解。若其中的一把密鑰丟失則不能通過其他的兩把密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行破解，這種方法對數(shù)據(jù)的破解者來說十分困難。3DES雖然對政府的關(guān)鍵數(shù)據(jù)保護(hù)進(jìn)行了提升，但是對金融交易卻形成了障礙。于是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所有開發(fā)出針對金融交易數(shù)據(jù)保密的方法。稱之為高級加密標(biāo)準(zhǔn)。簡稱為AES。這種算法的比較簡便精確，而且安全性也十分可靠。這種加密方法同時(shí)還能支持很多的小型設(shè)備。同原有的3DES相比具有高安全性和高效率。

二、數(shù)據(jù)加密方法

在傳統(tǒng)上，我們有幾種方法來加密數(shù)據(jù)流。所有這些方法都可以用軟件很容易的實(shí)現(xiàn)，但是當(dāng)我們只知道密文的時(shí)候，是不容易破譯這些加密算法的。最好的加密算法對系統(tǒng)性能幾乎沒有影響，并且還可以帶來其他內(nèi)在的優(yōu)點(diǎn)。所有這些加密算法都要有高效的加密和解密能力。幸運(yùn)的是，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(dá)到加密的需要。每一個(gè)數(shù)據(jù)段對應(yīng)著“置換表”中的一個(gè)偏移量，偏移量所對應(yīng)的值就輸出成為加密后的文件。加密程序和解密程序都需要一個(gè)這樣的“置換表”。事實(shí)上，80x86cpu系列就有一個(gè)指令‘xlat’在硬件級來完成這樣的工作。這種加密算法比較簡單，加密解密速度都很快，但是一旦這個(gè)“置換表”被對方獲得，那這個(gè)加密方案就完全被識破了。更進(jìn)一步講，這種加密算法對于黑客破譯來講是相當(dāng)直接的，只要找到一個(gè)“置換表”就可以了。這種方法在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前就已經(jīng)被廣泛的使用。

對這種“置換表”方式的一個(gè)改進(jìn)就是使用2個(gè)或者更多的“置換表”，這些表都是基于數(shù)據(jù)流中字節(jié)的位置的，或者基于數(shù)據(jù)流本身。這時(shí)，破譯變的更加困難，因?yàn)楹诳捅仨氄_的做幾次變換。通過使用更多的“置換表”，并且按偽隨機(jī)的方式使用每個(gè)表，這種改進(jìn)的加密方法已經(jīng)變的很難破譯。比如，我們可以對所有的偶數(shù)位置的數(shù)據(jù)使用a表，對所有的奇數(shù)位置使用b表，即使黑客獲得了明文和密文，他想破譯這個(gè)加密方案也是非常困難的，除非黑客確切的知道用了兩張表。

與使用“置換表”相類似，“變換數(shù)據(jù)位置”也在計(jì)算機(jī)加密中使用。但是，這需要更多的執(zhí)行時(shí)間。從輸入中讀入明文放到一個(gè)buffer中，再在buffer中對他們重排序，然后按這個(gè)順序再輸出。解密程序按相反的順序還原數(shù)據(jù)。這種方法總是和一些別的加密算法混合使用，這就使得破譯變的特別的困難，幾乎有些不可能了。例如，有這樣一個(gè)詞，變換起字母的順序，slient可以變?yōu)閘isten，但所有的字母都沒有變化，沒有增加也沒有減少，但是字母之間的順序已經(jīng)變化了。

但是，還有一種更好的加密算法，只有計(jì)算機(jī)可以做，就是字/字節(jié)循環(huán)移位和xor操作。如果我們把一個(gè)字或字節(jié)在一個(gè)數(shù)據(jù)流內(nèi)做循環(huán)移位，使用多個(gè)或變化的方向，就可以迅速的產(chǎn)生一個(gè)加密的數(shù)據(jù)流。這種方法是很好的，破譯它就更加困難！而且，更進(jìn)一步的是，如果再使用xor操作，按位做異或操作，就就使破譯密碼更加困難了。如果再使用偽隨機(jī)的方法，這涉及到要產(chǎn)生一系列的數(shù)字，我們可以使用fibbonaci數(shù)列。對數(shù)列所產(chǎn)生的數(shù)做模運(yùn)算，得到一個(gè)結(jié)果，然后循環(huán)移位這個(gè)結(jié)果的次數(shù)，將使破譯次密碼變的幾乎不可能！但是，使用fibbonaci數(shù)列這種偽隨機(jī)的方式所產(chǎn)生的密碼對我們的解密程序來講是非常容易的。