商用密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用理論與實踐

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和信息化進程的加速，網(wǎng)絡(luò)安全威脅愈發(fā)嚴峻。從個人信息泄露到對國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的攻擊，網(wǎng)絡(luò)犯罪活動呈現(xiàn)出多樣化、隱蔽化的特點，給社會帶來了一定的安全隱患。首先，探討了商用密碼技術(shù)如何在數(shù)據(jù)傳輸、身份認證、虛擬網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字簽名等領(lǐng)域中有效保護信息安全。其次，分析了其技術(shù)實現(xiàn)及面臨的挑戰(zhàn)，如性能瓶頸、密鑰管理問題以及標準化進程中的問題，并提出對應(yīng)的優(yōu)化對策，為相關(guān)從業(yè)者提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：商用密碼技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)安全；應(yīng)用理論；實踐

中圖分類號：TP309；TN918 文獻標識碼：A

0 引言

隨著信息化社會的進程不斷加快，國家在推動數(shù)字經(jīng)濟的同時，也意識到信息安全的重要性。商用密碼技術(shù)作為一種重要的網(wǎng)絡(luò)安全保障手段，已經(jīng)被列為國家安全戰(zhàn)略的重要組成部分。部分國家已經(jīng)開始制定相關(guān)法律法規(guī)，推動商用密碼技術(shù)的研究、標準化以及普及應(yīng)用。例如，我國分別在2016年和2021年出臺了《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》和《中華人民共和國數(shù)據(jù)安全法》，強調(diào)密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信、金融交易、電子政務(wù)等方面的重要作用，深入探討商用密碼技術(shù)如何抵御常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊，如中間人攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、釣魚攻擊等，以提升網(wǎng)絡(luò)安全防護能力。

1 商用密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用實踐

1.1 數(shù)據(jù)傳輸

商用密碼技術(shù)通過加密、完整性校驗和身份認證等手段，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會被非法訪問、篡改或偽造，從而為數(shù)據(jù)通信提供了必要的安全保障。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，加密技術(shù)的應(yīng)用尤為重要。在對數(shù)據(jù)進行加密后，即便數(shù)據(jù)在傳輸過程中被攔截，攻擊者也無法讀取其內(nèi)容，確保了數(shù)據(jù)的機密性。常見的加密算法如高級加密標準（advanced encryption standard，AES）和RSA（一種非對稱加密算法）等，這些算法廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中。例如，在互聯(lián)網(wǎng)通信使用的超文本傳輸安全協(xié)議（hypertext transfer protocol secure，HTTPS）中，安全套接層（secure socket layer，SSL）/傳輸層安全性（transport layer security，TLS）協(xié)議通過使用公鑰加密和對稱加密相結(jié)合的方式，確保客戶端和服務(wù)器之間安全、高效的數(shù)據(jù)傳輸。除了加密外，完整性校驗也是商用密碼技術(shù)保障數(shù)據(jù)傳輸安全的重要方式。數(shù)據(jù)完整性校驗使用哈希算法和消息認證碼（message authentication code，MAC）等，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會被篡改。例如，使用SHA-256算法（一種哈希算法）等對數(shù)據(jù)進行散列，并將散列值添加到數(shù)據(jù)包中，接收方可以通過對比接收的數(shù)據(jù)和散列值，驗證數(shù)據(jù)是否完整和正確[1]。

1.2 身份認證

身份認證通常依賴于密碼學中的加密算法、數(shù)字簽名和數(shù)字證書等技術(shù)。在實際應(yīng)用中，商用密碼技術(shù)可以為用戶提供基于密碼的認證、基于公鑰的認證，以及更為復(fù)雜的多因素認證等方式。在傳統(tǒng)的基于密碼的認證中，用戶通過輸入事先設(shè)定的密碼來驗證身份，該方式雖然操作簡單，但易受到暴力破解或釣魚攻擊的威脅，因此不能作為單獨使用的身份認證手段。為了解決這些問題，公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（public key infrastructure，PKI）應(yīng)運而生。PKI通過使用非對稱加密算法，如RSA或橢圓曲線密碼學（elliptic curve cryptography，ECC）加密算法，結(jié)合數(shù)字證書實現(xiàn)更為安全的身份認證。在這種方式下，用戶和服務(wù)器通過密鑰對進行加密通信，確保了通信雙方的身份得以驗證，且通信內(nèi)容不會被中間人竊取或篡改。數(shù)字證書作為一種由Let’s Encrypt機構(gòu)頒發(fā)的電子文檔，包含了公鑰、用戶身份信息等，用于驗證公鑰所有者的身份[2]。

1.3 虛擬網(wǎng)絡(luò)

一方面，商用密碼技術(shù)通過加密手段確保虛擬網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的機密性。在虛擬網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)通常在多個虛擬機或虛擬環(huán)境之間傳輸，容易受到中間人攻擊和數(shù)據(jù)泄露的威脅。采用強加密算法（如AES、RSA等）對數(shù)據(jù)進行加密處理，能夠有效防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和數(shù)據(jù)泄露。對于虛擬網(wǎng)絡(luò)中的通信，如虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（virtual private network，VPN）或虛擬局域網(wǎng)（virtual local area network，VLAN），加密技術(shù)確保了數(shù)據(jù)傳輸過程中的隱私性和安全性。另一方面，商用密碼技術(shù)通過數(shù)字簽名和哈希算法保護虛擬網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的完整性和安全性。虛擬網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)可能會在不同節(jié)點之間傳輸，這會面臨數(shù)據(jù)篡改或偽造的潛在風險。數(shù)字簽名和哈希算法能夠驗證數(shù)據(jù)是否被篡改，并確保數(shù)據(jù)來自可信的發(fā)送者。通過PKI和數(shù)字證書的結(jié)合，虛擬網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可以相互認證，確保數(shù)據(jù)流的安全傳遞[3]。

1.4 數(shù)字簽名

在實際應(yīng)用中，數(shù)字簽名廣泛用于電子商務(wù)、電子郵件、軟件發(fā)布、在線支付和合同簽署等場景。例如，在電子商務(wù)中，商家利用數(shù)字簽名來證明交易訂單的真實性，避免了訂單信息被篡改。在電子郵件中，數(shù)字簽名可以防止郵件內(nèi)容被惡意修改，同時確認發(fā)件人的身份。在軟件發(fā)布中，開發(fā)者通過數(shù)字簽名來保證軟件的來源透明和完整性，防止惡意軟件冒充正版軟件。數(shù)字簽名還具有不可否認性的特點。數(shù)字簽名不僅能夠確保消息的真實性，還能夠有效地保證數(shù)據(jù)完整性。發(fā)送者對消息進行簽名時，并不是直接對整個消息進行加密，而是首先使用哈希函數(shù)對消息進行處理，生成一個固定長度的摘要（哈希值）。哈希函數(shù)是一種單向算法，它可以將任意長度的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為固定長度的輸出，不同的輸入會生成不同的哈希值。

2 商用密碼技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全中的挑戰(zhàn)與對策

2.1 挑戰(zhàn)

第一，算法的強度和抗破解性。隨著計算能力的提升，已被廣泛應(yīng)用的密碼算法逐漸暴露出抗破解性不足的問題。例如，經(jīng)典的RSA、數(shù)據(jù)加密標準（data encryption standard，DES）等加密算法在處理計算資源時，已經(jīng)無法滿足日益增長的安全需求。隨著量子計算技術(shù)的不斷進步，基于傳統(tǒng)數(shù)學難題（如大數(shù)分解和離散對數(shù)問題）的加密算法可能會面臨被破解的風險。盡管量子計算尚未普及，但量子計算對傳統(tǒng)加密算法的威脅已經(jīng)推動學術(shù)界和工業(yè)界開始研究基于量子計算的網(wǎng)絡(luò)安全算法。

第二，計算性能與安全性的平衡。在實際應(yīng)用中，密碼算法通常涉及復(fù)雜的數(shù)學運算，這會對系統(tǒng)的計算性能產(chǎn)生顯著影響，尤其是在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時。為了保證高效的數(shù)據(jù)傳輸和存儲，密碼算法需要在計算性能和安全性之間取得平衡。過于復(fù)雜的加密算法可能導(dǎo)致計算性能無法最大化，而過于簡單的算法則可能降低系統(tǒng)安全性。

第三，密碼系統(tǒng)的實現(xiàn)和應(yīng)用環(huán)境的安全性。密碼學理論的安全性并不等同于實際系統(tǒng)的安全性，密碼算法的實現(xiàn)可能會因為編程錯誤、漏洞、硬件缺陷或不當配置使系統(tǒng)受到攻擊。例如，側(cè)信道攻擊（如電磁輻射分析、功耗分析）是通過觀察密碼設(shè)備的物理行為來推斷密鑰等敏感信息。密碼硬件設(shè)備和軟件安全性也直接影響密碼系統(tǒng)的整體安全性[4]。

2.2 對策

當前，主流的商用密碼技術(shù)使用的算法包括對稱加密算法和非對稱加密算法。對于對稱加密算法，如何提升加密速度和計算效率是關(guān)鍵，可以通過并行計算技術(shù)和硬件加速的方式提高算法性能。對于非對稱加密算法，可以采用新的數(shù)學理論和優(yōu)化密鑰生成，同時引入加密和解密過程，進一步增強安全性和提高效率。

首先，密鑰是加密系統(tǒng)的核心，一旦密鑰管理出現(xiàn)漏洞，將威脅整個加密系統(tǒng)的安全性。在實際應(yīng)用中，如何安全地存儲、交換和更新密鑰，對提升商用密碼技術(shù)安全性具有重要意義。為了應(yīng)對這些問題，現(xiàn)代密碼學提出了密鑰分發(fā)和管理協(xié)議，該協(xié)議可以確保密鑰的安全傳輸和高效管理。此外，通過智能化的密鑰生命周期管理方法可以實現(xiàn)商用密碼技術(shù)的優(yōu)化，如定期更新密鑰、設(shè)置密鑰撤銷機制等，進一步提升加密系統(tǒng)的防護能力。

其次，商用密碼技術(shù)的優(yōu)化需要考慮如何提升抵御先進網(wǎng)絡(luò)攻擊技術(shù)的能力。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)安全威脅環(huán)境中，攻擊者不斷更新網(wǎng)絡(luò)攻擊方式，尤其是量子計算的興起給現(xiàn)有加密技術(shù)帶來了極大的挑戰(zhàn)。量子計算可以高效破解傳統(tǒng)的非對稱加密算法，因此，發(fā)展量子安全密碼技術(shù)成為網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的重要研究方向。目前，作為應(yīng)對量子計算網(wǎng)絡(luò)威脅的有效途徑，后量子密碼學（post-quantum cryptography，PQC）的相關(guān)研究正在推進。優(yōu)化商用密碼技術(shù)的一個重要研究方向是實現(xiàn)量子抗性算法的標準化和推廣應(yīng)用，為未來量子計算時代的網(wǎng)絡(luò)安全提供保障[5]。

最后，商用密碼技術(shù)與入侵檢測系統(tǒng)（intrusion detection system，IDS）相結(jié)合可以實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，檢測潛在的異常活動。通過分析加密數(shù)據(jù)的流動特征以及識別可能的攻擊模式，IDS能夠在密碼系統(tǒng)之外提供額外的安全防護層級，及時發(fā)現(xiàn)并響應(yīng)可能的網(wǎng)絡(luò)入侵。此外，行為分析技術(shù)能夠基于用戶和設(shè)備的行為模式檢測異常活動。將行為分析技術(shù)與商用密碼技術(shù)相結(jié)合，在賬戶和設(shè)備身份認證的基礎(chǔ)上，監(jiān)測是否有可疑行為發(fā)生。例如，密碼系統(tǒng)可以確保只有授權(quán)用戶能夠訪問敏感信息，而結(jié)合行為分析技術(shù)則可以進一步通過實時監(jiān)控和分析用戶的行為，發(fā)現(xiàn)異常的登錄時間、地點或操作方式等，及時發(fā)出警報，從而識別潛在的威脅或評估賬戶被盜用的風險。

3 結(jié)語

綜上，商用密碼技術(shù)不僅在保障信息傳輸?shù)臋C密性、完整性和真實性方面提供了有力支持，還促進了各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的安全性和可信度的提升。隨著量子計算等新興技術(shù)的不斷發(fā)展，商用密碼技術(shù)的研究與創(chuàng)新將迎來新的機遇與挑戰(zhàn)。未來，商用密碼技術(shù)將為跨境數(shù)據(jù)流動、國際貿(mào)易及數(shù)字貨幣等領(lǐng)域提供必要的安全支撐。通過不斷提升加密算法的安全性與計算性能，商用密碼技術(shù)將成為全球數(shù)字經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展的堅實基礎(chǔ)，推動全球網(wǎng)絡(luò)安全水平的全面提升。

參考文獻

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