張 樂

(鐘山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210049)

1 DES加密技術(shù)算法

DES是一種較為標(biāo)準(zhǔn)的加密方式，其計(jì)算的方式也可以被認(rèn)為是分組加密，具體來說就是先將數(shù)據(jù)按照64 bit進(jìn)行分組，之后分了組的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密操作，檢驗(yàn)使用的是8 bit的奇數(shù)偶數(shù)，其密鑰的而長(zhǎng)度是56 bit字節(jié)。在用DES進(jìn)行計(jì)算時(shí)，輸入端是64 bit的明文，輸出端是64位的密文。這種算法在對(duì)數(shù)據(jù)加密和解密時(shí)使用的是同一計(jì)算方法，密鑰是保證其安全性的關(guān)鍵。執(zhí)行過程中，DES按照上述所說先對(duì)64 bit的明文進(jìn)行分組加密，這個(gè)過程一般是通過轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的，也就是明文分為左右兩組，每組的字節(jié)長(zhǎng)度是32 bit，然后在進(jìn)行16次輪換的計(jì)算，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加密，預(yù)算的整個(gè)操作和過程被稱為f，這個(gè)預(yù)算的主要目的就是使密鑰和要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)合，在兩組長(zhǎng)度為32 bit的分組數(shù)據(jù)進(jìn)行16次的輪換計(jì)算后，這兩組數(shù)據(jù)就在此進(jìn)行組合。這一步驟完成后，結(jié)合的數(shù)據(jù)經(jīng)由另一個(gè)轉(zhuǎn)換器輸出，而這個(gè)輸出過程的計(jì)算和前面的計(jì)算過程正好是相反的，經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)換整個(gè)算法就完成了。其中，在每個(gè)輪次處理中，密鑰會(huì)移動(dòng)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(kuò)展器將右邊的數(shù)據(jù)形成一個(gè)48 bit的信息，同時(shí)完成和48 bit密鑰相互結(jié)合的目的，然后再用s盒結(jié)合后的密鑰進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化就可以得到32 bit的新數(shù)據(jù)。通過這種方式可以完成加密的運(yùn)算，接著另一邊的32 bit也進(jìn)行同樣的操作。在實(shí)際的加密過程中，兩邊的加密步驟是同時(shí)進(jìn)行的，并且加密形成后兩邊的數(shù)據(jù)換了位置，這主要就是利用了異或運(yùn)算，函數(shù)f和左邊的32 bit數(shù)據(jù)相結(jié)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(shù)據(jù)，將這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行16次，就可以實(shí)現(xiàn)DES的16輪次的計(jì)算。

2 RSA加密技術(shù)算法

RSA加密技術(shù)算法和DES加密技術(shù)算法不同，RSA有兩個(gè)不同的密鑰，一個(gè)是公共密鑰，另一個(gè)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(shè)置長(zhǎng)度時(shí)不能超過密鑰的長(zhǎng)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(zhǎng)度和密鑰的長(zhǎng)度要保持相同，可以知道密鑰長(zhǎng)度越長(zhǎng)其加密效果也就越好，但同時(shí)進(jìn)行解密時(shí)的操作步驟也就越復(fù)雜。所以，這種加密技術(shù)在使用過程中就呈現(xiàn)出安全性較高，但不夠快速，其應(yīng)用性較差的特點(diǎn)，在充分考慮到其安全性和應(yīng)用性的前提下，一般采用64 bit。在利用RAS算法加密時(shí)首先要對(duì)安全大素?cái)?shù)進(jìn)行選取，并將其命名為P和Q，為了進(jìn)一步增強(qiáng)加密技術(shù)的安全性，一般都將上面這兩個(gè)安全大素?cái)?shù)設(shè)置成相同的長(zhǎng)度。計(jì)算n=p×q，而n要大于512 bit，這主要就是為了進(jìn)一步確保RES加密的安全性，因?yàn)镽ES的計(jì)算是在因子分解的大數(shù)的基礎(chǔ)上建立起來的；接著，對(duì)n的歐拉函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，要用到的公式是φ(n)=(p-1)(q-1)，φ(n)計(jì)算出來是應(yīng)該小于或者等于n的，并且和為互素?cái)?shù)；再然后就是從[0，φ(n)-1]的區(qū)間中任意選取加密的密鑰e；最后就是要利用Euclid法對(duì)密鑰的解密d進(jìn)行求解，并且de=1(modφ(n))，其中d和n為互質(zhì)，經(jīng)過計(jì)算得出來的e和n就是進(jìn)行加密的公共密鑰，而d就是進(jìn)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(zhǎng)度的整數(shù)，如果n小于m，就先將m分成數(shù)個(gè)長(zhǎng)度相等的“小塊”，并將其命名為m1、m2、m3……mi，長(zhǎng)度為s并且滿足2s小于等于n的前提條件，同時(shí)保證s要盡量大。在上述步驟結(jié)束后再對(duì)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密，在這個(gè)過程中mi產(chǎn)生的密文是ci=mie(modn)，分塊均進(jìn)行解密時(shí)和ci配合的明文是mi=cid(modn)。

3 DES算法和RAS算法的結(jié)合

RAS算法主要遵循以下原則，就是在對(duì)資料數(shù)據(jù)M和密鑰M進(jìn)行處理時(shí)，加減法所用的時(shí)間為0(M)，乘除法所用的時(shí)間為0(M2)，在對(duì)abmod c進(jìn)行計(jì)算時(shí)需要的時(shí)間是0(M3)，依次類推，對(duì)M為數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算時(shí)所用的時(shí)間為0(M3)。在實(shí)際的操作過程中，當(dāng)資料的長(zhǎng)度在512～1 024 bit時(shí)，就要想到其加密的安全性，但是這樣下來整個(gè)RAS算法的計(jì)算量是非常的大的?？梢钥闯觯?dāng)要進(jìn)行加密的數(shù)據(jù)資料過大，采用RAS算法將會(huì)消耗大量的時(shí)間，其時(shí)間是DES算法的M多倍。除此之外，當(dāng)加密的數(shù)據(jù)資料過大，利用RAS算法產(chǎn)生密鑰所需要的時(shí)間也是非常長(zhǎng)的，加入有M列密鑰，兩個(gè)相連的質(zhì)數(shù)的平均間隔是0(M)。表1是對(duì)一個(gè)測(cè)試機(jī)進(jìn)行加密的結(jié)果，從表1可以看出RAS需要的時(shí)間長(zhǎng)，但安全性高，DES需要的時(shí)間短，但是安全性低。

表1 測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

采用DES和RAS相結(jié)合，假設(shè)發(fā)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(jié)合方式如下：(1)發(fā)送數(shù)據(jù)的一方先生成DES密鑰K；(2)發(fā)送數(shù)據(jù)的一方進(jìn)行服務(wù)器上傳時(shí)采用的是RAS算法的公共密鑰Keb，然后利用這個(gè)公共密鑰對(duì)上面說的密鑰K進(jìn)行加密的處理；(3)發(fā)送的一方將編號(hào)的信息分別用發(fā)送方的解密密鑰為kda和接收方的解密密鑰為kdb進(jìn)行簽名以便在解密的過程中進(jìn)行辨別；(4)發(fā)送一方用K將數(shù)據(jù)加密并形成文件，將這個(gè)文件和CK一起形成完整的加密數(shù)據(jù)發(fā)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(jìn)行解密，將C中的K解出，之后再用K對(duì)明文和簽名信息進(jìn)行解密；(6)接收方將發(fā)送者的公開密鑰和自己的原本的解密密鑰對(duì)簽名的信息進(jìn)行識(shí)別和處理，形成新的簽名信息發(fā)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(shù)的大數(shù)據(jù)加密傳輸技術(shù)

4.1 DES算法和RAS算法實(shí)現(xiàn)的過程

在實(shí)際的數(shù)據(jù)加密過程中，往往用DES算法來對(duì)對(duì)稱數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，用RAS算法對(duì)非對(duì)稱數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。前者在進(jìn)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(zhǎng)度還采用56位，進(jìn)行16輪次的計(jì)算和編制。但是，這里為了進(jìn)一步提高算法的安全性，進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)，利用3個(gè)密鑰來進(jìn)行逐層加密，假設(shè)這3個(gè)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(jì)算的時(shí)間增加了，但是其安全性也得到了提升。其實(shí)，DES算法主要的步驟有3個(gè)：密鑰生成、計(jì)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(jīng)濟(jì)性、可行性和應(yīng)用范圍都較好。

用RAS算法對(duì)非對(duì)稱數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，其可行性和實(shí)用性更高，它不僅能夠?qū)?shù)據(jù)本身進(jìn)行加密也能夠?qū)?shù)字簽名進(jìn)行維護(hù)，這種RAS算法可以對(duì)那些二次加密的軟件進(jìn)行傳輸，可以在一定程度上提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

4.2 數(shù)據(jù)安全傳輸

整個(gè)加密過程中最重要的模塊就是數(shù)據(jù)傳輸模塊，首先數(shù)據(jù)傳輸模塊和中央控制器形成關(guān)聯(lián)并創(chuàng)建相應(yīng)的窗口，其功能就是讓所有的部件和控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，另一方面這些控制器也可以通過窗口進(jìn)行指令的傳達(dá)。那么如何保證這個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程的安全性，實(shí)現(xiàn)安全傳輸，就要通過相應(yīng)的加密算法實(shí)現(xiàn)。DES利用前面說過的3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)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(fā)送和接收的過程中設(shè)定TCP傳輸協(xié)議，同時(shí)生成可以跨越平臺(tái)使用的代碼。

5 結(jié)語

綜上所述，DES和RAS作為兩種較為常用的加密算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際的加密過程中，可以將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，形成一種真正實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)陌踩?、高效、快捷的混合加密體制，為互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用提供安全的環(huán)境。