基于DES和RSA加密技術的大數據加密傳輸技術的算法研究

張 樂

(鐘山職業技術學院，江蘇 南京 210049)

1 DES加密技術算法

DES是一種較為標準的加密方式，其計算的方式也可以被認為是分組加密，具體來說就是先將數據按照64 bit進行分組，之后分了組的數據進行加密操作，檢驗使用的是8 bit的奇數偶數，其密鑰的而長度是56 bit字節。在用DES進行計算時，輸入端是64 bit的明文，輸出端是64位的密文。這種算法在對數據加密和解密時使用的是同一計算方法，密鑰是保證其安全性的關鍵。執行過程中，DES按照上述所說先對64 bit的明文進行分組加密，這個過程一般是通過轉換器來實現的，也就是明文分為左右兩組，每組的字節長度是32 bit，然后在進行16次輪換的計算，進而實現加密，預算的整個操作和過程被稱為f，這個預算的主要目的就是使密鑰和要傳輸的數據結合，在兩組長度為32 bit的分組數據進行16次的輪換計算后，這兩組數據就在此進行組合。這一步驟完成后，結合的數據經由另一個轉換器輸出，而這個輸出過程的計算和前面的計算過程正好是相反的，經過兩次轉換整個算法就完成了。其中，在每個輪次處理中，密鑰會移動一定的距離，具體來說就是在56 bit中任意選取48 bit，然后利用擴展器將右邊的數據形成一個48 bit的信息，同時完成和48 bit密鑰相互結合的目的，然后再用s盒結合后的密鑰進行處理和轉化就可以得到32 bit的新數據。通過這種方式可以完成加密的運算，接著另一邊的32 bit也進行同樣的操作。在實際的加密過程中，兩邊的加密步驟是同時進行的，并且加密形成后兩邊的數據換了位置，這主要就是利用了異或運算，函數f和左邊的32 bit數據相結合后相乘新的右半邊部分，加密之前的右半邊在加密之后就變成了新的左半邊數據，將這個過程重復進行16次，就可以實現DES的16輪次的計算。

2 RSA加密技術算法

RSA加密技術算法和DES加密技術算法不同，RSA有兩個不同的密鑰，一個是公共密鑰，另一個是私有的密鑰，在加密的過程中，一般將公共密鑰作為加密的密鑰，將私有的密鑰作為解密的密鑰。在RSA算法中的密鑰有40～2 048 bit，和DES不同RAS將明文分解為“塊”，這些“小塊”的大小是可以變化的，但是前提是在設置長度時不能超過密鑰的長度。RAS算法的主要思路就是將明文分解成“小塊”，這些“小塊”的長度和密鑰的長度要保持相同，可以知道密鑰長度越長其加密效果也就越好，但同時進行解密時的操作步驟也就越復雜。所以，這種加密技術在使用過程中就呈現出安全性較高，但不夠快速，其應用性較差的特點，在充分考慮到其安全性和應用性的前提下，一般采用64 bit。在利用RAS算法加密時首先要對安全大素數進行選取，并將其命名為P和Q，為了進一步增強加密技術的安全性，一般都將上面這兩個安全大素數設置成相同的長度。計算n=p×q，而n要大于512 bit，這主要就是為了進一步確保RES加密的安全性，因為RES的計算是在因子分解的大數的基礎上建立起來的；接著，對n的歐拉函數進行計算，要用到的公式是φ(n)=(p-1)(q-1)，φ(n)計算出來是應該小于或者等于n的，并且和為互素數；再然后就是從[0，φ(n)-1]的區間中任意選取加密的密鑰e；最后就是要利用Euclid法對密鑰的解密d進行求解，并且de=1(modφ(n))，其中d和n為互質，經過計算得出來的e和n就是進行加密的公共密鑰，而d就是進行解密的私有密鑰。RSA算法的加密和解密：如果加密的信息是m，那就將m看作是具有一定長度的整數，如果n小于m，就先將m分成數個長度相等的“小塊”，并將其命名為m1、m2、m3……mi，長度為s并且滿足2s小于等于n的前提條件，同時保證s要盡量大。在上述步驟結束后再對數據塊進行加密，在這個過程中mi產生的密文是ci=mie(modn)，分塊均進行解密時和ci配合的明文是mi=cid(modn)。

3 DES算法和RAS算法的結合

RAS算法主要遵循以下原則，就是在對資料數據M和密鑰M進行處理時，加減法所用的時間為0(M)，乘除法所用的時間為0(M2)，在對abmod c進行計算時需要的時間是0(M3)，依次類推，對M為數據信息進行計算時所用的時間為0(M3)。在實際的操作過程中，當資料的長度在512～1 024 bit時，就要想到其加密的安全性，但是這樣下來整個RAS算法的計算量是非常的大的。可以看出，當要進行加密的數據資料過大，采用RAS算法將會消耗大量的時間，其時間是DES算法的M多倍。除此之外，當加密的數據資料過大，利用RAS算法產生密鑰所需要的時間也是非常長的，加入有M列密鑰，兩個相連的質數的平均間隔是0(M)。表1是對一個測試機進行加密的結果，從表1可以看出RAS需要的時間長，但安全性高，DES需要的時間短，但是安全性低。

表1 測試結果統計

采用DES和RAS相結合，假設發送的信息是A，其加密密鑰為kea，解密密鑰為kda，接收方為B，加密密鑰為keb，解密密鑰為kdb，其結合方式如下：(1)發送數據的一方先生成DES密鑰K；(2)發送數據的一方進行服務器上傳時采用的是RAS算法的公共密鑰Keb，然后利用這個公共密鑰對上面說的密鑰K進行加密的處理；(3)發送的一方將編號的信息分別用發送方的解密密鑰為kda和接收方的解密密鑰為kdb進行簽名以便在解密的過程中進行辨別；(4)發送一方用K將數據加密并形成文件，將這個文件和CK一起形成完整的加密數據發送給接收的一方；(5)在收到C后，接收方先利用本來的解密密鑰進行解密，將C中的K解出，之后再用K對明文和簽名信息進行解密；(6)接收方將發送者的公開密鑰和自己的原本的解密密鑰對簽名的信息進行識別和處理，形成新的簽名信息發送給另一方；(7)兩方在完成這一系列接收和處理操作后就可以將DES的密鑰K刪掉。密鑰加密過程如圖1所示。

圖1 密鑰加密的過程

4 基于DES和RSA加密技術的大數據加密傳輸技術

4.1 DES算法和RAS算法實現的過程

在實際的數據加密過程中，往往用DES算法來對對稱數據進行加密，用RAS算法對非對稱數據進行加密。前者在進行加密的過程中采用的還是DES的64位加密分組的形式，密鑰的長度還采用56位，進行16輪次的計算和編制。但是，這里為了進一步提高算法的安全性，進行了相應的技術改進，利用3個密鑰來進行逐層加密，假設這3個密鑰分別為K1，K2，K3，明文為P，密文為C，那么C=EK3[DK2[EK1[P]]]，可以看出，雖然計算的時間增加了，但是其安全性也得到了提升。其實，DES算法主要的步驟有3個：密鑰生成、計算加密、解密，這種軟件形式的加密比硬件形式的加密要慢，但是其經濟性、可行性和應用范圍都較好。

用RAS算法對非對稱數據進行加密，其可行性和實用性更高，它不僅能夠對數據本身進行加密也能夠對數字簽名進行維護，這種RAS算法可以對那些二次加密的軟件進行傳輸，可以在一定程度上提高數據傳輸的安全性。

4.2 數據安全傳輸

整個加密過程中最重要的模塊就是數據傳輸模塊，首先數據傳輸模塊和中央控制器形成關聯并創建相應的窗口，其功能就是讓所有的部件和控制器進行數據傳輸，另一方面這些控制器也可以通過窗口進行指令的傳達。那么如何保證這個數據傳輸過程的安全性，實現安全傳輸，就要通過相應的加密算法實現。DES利用前面說過的3個步驟實現了平臺的跨越性，并將C語言作為其加密語言，RAS的安全傳輸功能主要就是在發送和接收的過程中設定TCP傳輸協議，同時生成可以跨越平臺使用的代碼。

5 結語

綜上所述，DES和RAS作為兩種較為常用的加密算法各有優缺點，在實際的加密過程中，可以將兩者的優點結合起來，形成一種真正實現大數據信息傳輸的安全、高效、快捷的混合加密體制，為互聯網和大數據的廣泛應用提供安全的環境。