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        密碼學綜述

        2017-05-05 03:32:05丁云驄王鈺鷺
        四川水泥 2017年3期
        關(guān)鍵詞:密碼學公鑰加密算法

        丁云驄 李 曦 王鈺鷺

        密碼學綜述

        丁云驄 李 曦 王鈺鷺

        (沈陽理工大學 遼寧沈陽 110159)

        本文闡述密碼學的概念,介紹其起源及其當前發(fā)展,包括對稱密碼體制和公鑰密碼體制。然后結(jié)合實際,分析密碼學在實際生活的重要性,并對密碼學發(fā)展趨勢做了一定分析。

        密碼學;對稱加密;公鑰體制

        1 密碼學發(fā)展介紹

        密碼學是一門古老的科學,密碼學在發(fā)展初期,就是把人們能讀懂的消息經(jīng)過一定的混淆手段變換,把易懂的信息變換成另一種信息,來防止非法者解讀消息,合法用戶可以采用相同或者類似手段進行逆向獲取原信息 [1]。密碼學大致經(jīng)歷了以下幾個階段[2]。

        1.1古代加密方法

        古代加密方法也可謂是手工密碼學技術(shù),算是早期密碼學原型,當時密碼學技術(shù)相對來說是非常簡單的,在當時戰(zhàn)爭中取得良好的信息傳遞效果。手工密碼學技術(shù)在實現(xiàn)上比較簡單,只進行多次移位、替換操作,如Vigenere密碼、Caeser密碼等。

        1.2機械階段時期

        隨著人類運算能力提高,密碼破譯技術(shù)也取得重大突破[3]。密碼破譯對密碼學帶來挑戰(zhàn),需要密碼算法有更強的復雜度。最后人們借助機械手段增強加密和破解運算能力,滿足對應的算法復雜度運算需求,比如密碼機Colossus。

        1.3近代密碼學技術(shù)

        計算機的誕生促使密碼學上升到一個新的水平。結(jié)合Shannon的“保密系統(tǒng)的通信理論”,密碼學則理論技術(shù)也得到相應的完善。由于受戰(zhàn)爭的影響,20世紀中葉密碼學的公開貢獻幾乎空白。直到20世紀70年代初期,IBM提出Feistel網(wǎng)絡[4],密碼學的發(fā)展才又重現(xiàn)民間。

        1.4現(xiàn)代密碼學技術(shù)

        信息安全技術(shù)隨著社會發(fā)展需求在不斷增長。數(shù)據(jù)加密標準算法(Data Encryption Standard ,DES)具體細節(jié)也被公開。加上DH公鑰理論被提出,使得非安全環(huán)境下密鑰協(xié)商問題、數(shù)字簽名問題、身份認證問題都有了新的解決思路。

        2密碼學基本概念

        2.1 密碼編碼學

        密碼編碼學就是把原始消息經(jīng)過一定的變換,把原消息變成另一種消息體,然后通過相似手段處理后,又可以恢復成原消息。例如我們常說的信息加密,其實就是利用加密算法把消息編碼成密文,然后通過解密把編碼后消息還原成明文。

        2.2 密碼分析學

        在不知道加密算法和密鑰的情況下,利用特定的技術(shù),嘗試利用編碼信息得到明文或者密鑰的的全部或者部分信息。攻擊又分為兩類:主動攻擊、被動攻擊。

        主動攻擊:對信息進行篡改、破壞,即對信息的完整性和真實性進行破壞。

        被動攻擊:被動攻擊不會對破壞消息,而是去嗅碳消息,獲取信息的內(nèi)容。

        2.3密碼學體制分類

        在密碼學的加密算法中,大多的是根據(jù)加密方式分類,這樣可以分為稱加密算法和非對稱加密算法[5]。

        圖1 密碼學體制基本模型

        在圖1中,信息M經(jīng)過加密器加密得到密文C,然后傳輸。信息接收者受到密文后,通過解密器解密,還原成M。

        2.3.1對稱密碼體制

        對稱加密算法是使用相同的密鑰對數(shù)據(jù)進行加/解密。對稱加密算法雖然對外是算法公開,但是只要密鑰不被泄露,就可以保證安全性;再加上它運行速度快、效率高,屬于目前數(shù)據(jù)保護流行加密方案。常見的對稱加密算法有:IDEA、DES、3DES、RC4、RC5、RC6、AES以及Blowfish等[5]。

        2.3.2非對稱密碼體制

        顧名思義,非對稱加密算法是在對數(shù)據(jù)進行加解密時持不同的密鑰:公鑰(publickey)和私鑰(privatekey)。公鑰與私鑰是一對,公鑰和私鑰都可以對數(shù)據(jù)進行加/解密,但是一旦數(shù)據(jù)被公/私鑰加密,則只能被私/公鑰解密,非對稱加密算法也因此而得名。常見的非對稱加密算法有RSA、ECC(橢圓曲線算法)等[6]。非對稱加密的的特點:算法比對稱算法復雜、密鑰長度是對稱算法的數(shù)倍,且安全性高度依賴密鑰長度,這也使得加/解密速度沒有對稱加密解密的速度快。因此非對稱加密常用來保護數(shù)據(jù)量較小的安全性要求高的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)量較大選擇非對稱加密的話耗時太長,也是用戶無法接受的。

        由于對稱密鑰加解密都使用一個密鑰,因此這個密鑰需要絕對保密,不然一旦密鑰遭到泄露,數(shù)據(jù)也就有泄露的風險,所以保證其安全性就是保證密鑰的安全;而非對稱密鑰體制有兩種密鑰,只要私鑰的安全性能得到保證,數(shù)據(jù)的安全性也可以得到保證,因此相對對稱加密的安全性也大了很多。非對稱密碼存在的弱點是加密速度較慢,對于數(shù)據(jù)量大的數(shù)據(jù)加密就不適宜用非對稱加密,往往采用對稱加密算法。

        3 現(xiàn)代密碼學應用和發(fā)展方向

        在實際生活當中,人們形形色色都離不開密碼學,它在起著一個防護盾的角色。

        3.1 密碼學應用

        密碼學應用十分廣泛,已經(jīng)成為人們?nèi)粘I畈豢苫蛉钡陌踩夹g(shù)。比如,人們平常使用的聊天工具,微信和QQ。這兩款聊天工具是國內(nèi)最火的社交聊天工具,里面涉及大量的個人隱私信息。騰訊公司為了保證用戶個人信息和聊天信息的安全,對保存在本地的聊天記錄以及網(wǎng)絡傳輸?shù)男畔⒍歼M行了加密,也博取了用戶信任。除了對聊天信息和個人隱私的保護,支付也是常常使用密碼學的業(yè)務之一。眾所周知,支付寶,堪稱國內(nèi)最大的在線支付平臺,每天金額流通量達到百億級別,其安全性可想而知。除了上述的兩個人們熟悉的工具用到密碼學技術(shù),銀行業(yè)務、電子政務、衛(wèi)星通信、無線傳輸?shù)鹊榷忌婕懊艽a學技術(shù)。因此研究密碼學技術(shù)十分有必要。

        3.2 密碼學發(fā)展方向

        隨著計算機的發(fā)展,密碼破解技術(shù)也越來越先進,因此人們必須要設計新的密碼學算法應對未來面臨的挑戰(zhàn),從而順應時代的要求,對密碼學發(fā)展也算是機遇和挑戰(zhàn)。密碼學發(fā)展呈以下發(fā)展趨勢。

        標準化趨勢

        標準化推動密碼學發(fā)展更嚴謹、更科學,不但使密碼學具有理論支撐,更能在實際應用中得到充分驗證。例如AES算法、SHA3算法等都是標準化后的結(jié)晶,應用效果得到肯定。

        公理化趨勢

        安全算法在設計時,對算法的安全性證明是十分有必要的。在安全性證明過程中,形式化分析方法、零知識證明、多方計算理論仍是安全性證明常用手段。

        實用化趨勢

        隨著手機支付以及電子商務的發(fā)展,基于生物信息密碼技術(shù)是當前熱點。指紋識別,虹膜支付已經(jīng)應用到實際產(chǎn)品中。由于生物特征具有唯一性,生物密碼學必定是未來發(fā)展經(jīng)歷的階段。

        3 結(jié)語

        本文闡述密碼學的概念,介紹其起源及其當前發(fā)展,包括對稱密碼體制和公鑰密碼體制。然后結(jié)合實際,分析密碼學在實際生活的重要性,并對密碼學發(fā)展趨勢做了一定分析,對了解密碼學發(fā)展和密碼學應用有重要的意義。

        [1]鄭東, 趙慶蘭, 張應輝. 密碼學綜述[J]. 西安郵電大學學報, 2013, 18(6):1-10.

        [2]李敏. 密碼算法研究平臺[D]. 西安電子科技大學, 2008.

        [3]余百慕. 一種概率背包公鑰密碼安全性分析研究[D]. 華中科技大學, 2014.

        [4]尹汝明, 袁堅. 關(guān)于混沌密碼及其關(guān)鍵問題的思考[J]. 中國電子科學研究院學報, 2008, 3(6):573-579.

        [5]張煥國王張宜. 密碼學引論, 第2版[M]. 武漢大學出版社, 2009.

        [6]劉傳領(lǐng), 范建華. RSA非對稱加密算法在數(shù)字簽名中的應用研究[J]. 通信技術(shù), 2009, 42(3):192-193.

        丁云驄(1995-)男,遼寧大連市人,信息科學與工程學院電子信息科學與技術(shù)專業(yè),學號1403070116

        李曦(1997-)女,遼寧新民市人,信息科學與工程學院計算機科學與技術(shù)專業(yè),學號1503050104

        王鈺鷺 (1997-)女,遼寧遼陽市人,信息科學與工程學院計算機科學與技術(shù)專業(yè),學號15030501

        G322

        B

        1007-6344(2017)03-0372-01

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