一、引言

在數(shù)字化時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)已深度滲透至社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。從日常生活里的移動(dòng)支付、社交互動(dòng)，到企業(yè)的運(yùn)營管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，乃至國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)，均對網(wǎng)絡(luò)存在較強(qiáng)的依賴性。然而，全球范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)安全事件卻屢屢發(fā)生。相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，僅在過去的一年內(nèi)，全球便發(fā)生了數(shù)百萬起數(shù)據(jù)泄露事件，涉及數(shù)十億用戶的個(gè)人信息。這些事件致使個(gè)人信息遭到濫用，對個(gè)人隱私造成了嚴(yán)重威脅，并給用戶帶來了不同程度的經(jīng)濟(jì)損失與精神困擾。于企業(yè)而言，數(shù)據(jù)泄露有可能引發(fā)客戶信任危機(jī)，致使業(yè)務(wù)受損，甚至面臨巨額賠償。從國家的層面來審視，網(wǎng)絡(luò)攻擊或許會(huì)對關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的安全產(chǎn)生威脅，對國家的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定和社會(huì)秩序造成影響。密碼學(xué)算法作為網(wǎng)絡(luò)安全的重要基石，能夠?qū)?shù)據(jù)予以加密和驗(yàn)證，切實(shí)保障數(shù)據(jù)的保密性、完整性和可用性。深入探究密碼學(xué)算法在網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用，有益于對其內(nèi)在機(jī)制加以理解，挖掘更多的應(yīng)用價(jià)值，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力，從而有效應(yīng)對復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)安全威脅，確保網(wǎng)絡(luò)空間的穩(wěn)定與安全。

二、密碼學(xué)算法基礎(chǔ)

（一）對稱加密算法，實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)加密

對稱加密算法是通過相同的密鑰來進(jìn)行加密與解密操作。以AES（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）為例，其具備較高的加密效率和安全性，在各類數(shù)據(jù)加密場景中得到廣泛應(yīng)用。AES算法借助多輪繁雜的變換操作，涵蓋字節(jié)替換、行移位、列混淆、輪密鑰加等，以對明文實(shí)施加密處理。在字節(jié)替換步驟中，借助查找S盒可將每個(gè)字節(jié)替換成另一個(gè)字節(jié)，達(dá)成非線性變換。行移位操作是將每行字節(jié)進(jìn)行循環(huán)左移不同的位數(shù)，從而擾亂字節(jié)順序。列混淆是針對每列字節(jié)實(shí)施線性變換，進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)散。輪密鑰加則是把每輪的子密鑰與前一輪的結(jié)果進(jìn)行異或運(yùn)算。這種加密方式在應(yīng)對大量數(shù)據(jù)時(shí)，其速度方面的優(yōu)勢顯著，能夠迅速完成加密與解密的過程，可滿足那些對實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場景，如網(wǎng)絡(luò)通信里的數(shù)據(jù)傳輸加密。AES算法的密鑰長度具有可選擇性，涵蓋了128位、192位和256位。不同的密鑰長度擁有不同的安全級(jí)別，用戶可依據(jù)實(shí)際需求靈活選用。

（二）非對稱加密算法，密鑰管理的創(chuàng)新

非對稱加密算法運(yùn)用一對密鑰（公鑰和私鑰）實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的加解密、簽名驗(yàn)簽等操作。RSA算法是非對稱算法中最具代表性的算法，它的理論基礎(chǔ)是數(shù)論中關(guān)于大整數(shù)分解難題。非對稱密鑰加解密方式有效化解了對稱加密算法中密鑰分發(fā)所面臨的難題。以數(shù)字證書應(yīng)用為例，服務(wù)器通過數(shù)字證書發(fā)布其公鑰，客戶端運(yùn)用該公鑰對數(shù)據(jù)予以加密后傳輸給服務(wù)器，而服務(wù)器則使用私鑰進(jìn)行解密。與此同時(shí)，RSA算法還能夠應(yīng)用于數(shù)字簽名，發(fā)送方借助私鑰對數(shù)據(jù)摘要實(shí)施簽名，接收方利用公鑰對簽名進(jìn)行驗(yàn)證，以此確保數(shù)據(jù)的完整性和不可抵賴性。其獨(dú)特的密鑰管理模式，使得通信雙方無需預(yù)先共享密鑰，顯著提高了密鑰管理的便利性與安全性。如在電子商務(wù)交易中，買家與賣家在進(jìn)行交易之前無需當(dāng)面交換密鑰，僅通過各自的公私鑰對就能順利完成安全通信和交易確認(rèn)。在實(shí)際運(yùn)用中，RSA算法的密鑰長度一般為1024位、2048位乃至更高。隨著密鑰長度的增加，其安全性呈指數(shù)級(jí)提升。當(dāng)然，相應(yīng)的計(jì)算復(fù)雜度也會(huì)隨之增大。不過，得益于計(jì)算機(jī)硬件性能的提升，當(dāng)前在大多數(shù)服務(wù)器上，2048位密鑰的RSA算法仍然能夠高效運(yùn)行。

三、密碼學(xué)算法于網(wǎng)絡(luò)安全中所起作用的分析

（一）數(shù)據(jù)加密，構(gòu)筑安全的信息屏障

在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)。其中，密碼學(xué)算法里的加密算法，如對稱加密算法和非對稱加密算法等，為數(shù)據(jù)給予了安全保障。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，憑借加密算法可將明文轉(zhuǎn)化為密文，如此一來，即便數(shù)據(jù)被截獲，如果截獲人沒有正確的密鑰，也難以獲取真實(shí)的信息。就數(shù)據(jù)存儲(chǔ)而言，對敏感數(shù)據(jù)實(shí)施加密存儲(chǔ)，能夠避免數(shù)據(jù)泄露所導(dǎo)致的嚴(yán)重后果。以醫(yī)療領(lǐng)域?yàn)槔?，患者的病歷等敏感信息經(jīng)過加密后存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫之中，有助于保護(hù)患者的隱私。某大型醫(yī)院的信息系統(tǒng)，運(yùn)用AES算法對患者病歷予以加密存儲(chǔ)，即便數(shù)據(jù)庫管理員擁有訪問數(shù)據(jù)庫的權(quán)限，也無法直接查看加密后的病歷內(nèi)容，唯有經(jīng)過授權(quán)的醫(yī)護(hù)人員利用特定密鑰方可解密并查看。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，如遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診，通過SSL/TLS協(xié)議，利用非對稱加密算法來交換密鑰，再使用對稱加密算法對會(huì)診的音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸，以防止數(shù)據(jù)在傳輸期間被竊取或者篡改。加密算法的運(yùn)用恰似構(gòu)筑了一道堅(jiān)實(shí)的信息壁壘，能夠有力地抵御來自外部的非法窺視與侵襲，切實(shí)保障數(shù)據(jù)的保密性，有力維護(hù)數(shù)據(jù)所有者的合法權(quán)益。

（二）身份認(rèn)證，確保訪問的合法性

身份認(rèn)證是網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵所在，而密碼學(xué)算法在其中起著至關(guān)重要的作用?；诿艽a學(xué)的身份認(rèn)證形式豐富多樣，如基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）的認(rèn)證。用戶具備屬于自己的公私鑰對，服務(wù)器可通過對用戶數(shù)字證書（涵蓋公鑰）的核驗(yàn)來明確用戶身份。在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，員工在登錄內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)，便是通過此種方式展開身份認(rèn)證。唯有合法用戶方可對系統(tǒng)資源進(jìn)行訪問。一次性密碼（OTP）同樣是基于密碼學(xué)原理實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證。用戶每次登錄所使用的密碼均不相同，這能夠有效規(guī)避密碼遭竊取后所引發(fā)的非法登錄情形。在金融機(jī)構(gòu)的網(wǎng)上銀行系統(tǒng)里，用戶登錄時(shí)除了要鍵人用戶名和密碼之外，還需借助手機(jī)獲取一次性密碼來進(jìn)行二次驗(yàn)證。這種基于時(shí)間同步或者事件同步所生成的一次性密碼，采用哈希算法或者對稱加密算法來進(jìn)行加密傳輸與驗(yàn)證，極大地提升了身份認(rèn)證的安全性。即便黑客竊取了用戶的密碼，鑒于一次性密碼的時(shí)效性，其也無法成功登錄系統(tǒng)。密碼學(xué)算法可促使身份認(rèn)證具備更高的安全性與可靠性，進(jìn)而保障僅有獲得授權(quán)的用戶才能夠?qū)μ囟ǖ木W(wǎng)絡(luò)資源予以訪問，避免因非法訪問而引發(fā)安全事故。

（三）數(shù)字簽名，保障數(shù)據(jù)的不可抵賴性

數(shù)字簽名通過密碼學(xué)算法，確保數(shù)據(jù)的完整性和不可抵賴性。在電子合同簽署情境中，簽署方憑借私鑰對合同內(nèi)容實(shí)施簽名操作，接收方借助公鑰來驗(yàn)證簽名。一旦合同內(nèi)容遭到篡改，簽名驗(yàn)證則會(huì)失敗，這是因?yàn)?，根?jù)被篡改后的內(nèi)容計(jì)算出的哈希值與簽名時(shí)的哈希值并不相符。并且，由于私鑰僅為簽名者所擁有，所以，簽名者無法對自己簽署過該合同這一事實(shí)予以否認(rèn)。在電子政務(wù)領(lǐng)域，政府部門彼此間的文件傳輸和審批常常會(huì)運(yùn)用數(shù)字簽名技術(shù)。比如，一份關(guān)鍵的政策文件在起草部門完成之后，利用部門的私鑰進(jìn)行數(shù)字簽名，接收部門通過公鑰對簽名的真實(shí)性和文件的完整性加以驗(yàn)證。倘若文件在傳輸過程中被篡改，那么，接收部門在驗(yàn)證簽名時(shí)便會(huì)發(fā)現(xiàn)哈希值不匹配，進(jìn)而拒絕接收該文件。數(shù)字簽名在金融領(lǐng)域的電子交易中亦得到了廣泛的應(yīng)用，為交易的合法性和可追溯性提供了保障。其為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)交互給予了法律層面的有力支撐，使數(shù)據(jù)交互雙方的權(quán)益能夠得到切實(shí)有效的維護(hù)。

四、密碼學(xué)算法在網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用策略

（一）優(yōu)化密鑰管理，保障加密的核心

密鑰管理是密碼學(xué)算法應(yīng)用的關(guān)鍵所在?？蓪?shí)行分層密鑰管理的策略，將密鑰予以分層，如主密鑰、會(huì)話密鑰等。主密鑰主要用于生成與管理下層密鑰，而會(huì)話密鑰則用于具體的加密會(huì)話。在銀行系統(tǒng)中，借由這種分層管理，主密鑰被存儲(chǔ)于安全級(jí)別甚高的硬件設(shè)備內(nèi)，如硬件安全模塊（HSM），同時(shí)，會(huì)話密鑰依據(jù)每次交易進(jìn)行動(dòng)態(tài)生成與銷毀，從而能夠有效降低密鑰泄露的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，引入密鑰托管機(jī)制。針對一些重要的密鑰，由多個(gè)可信機(jī)構(gòu)共同予以托管。唯有多個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)授權(quán)方可獲取密鑰，這進(jìn)一步提升了密鑰的安全性。譬如，跨國金融交易所涉及的大額資金轉(zhuǎn)賬密鑰或許由多家銀行的安全部門和監(jiān)管機(jī)構(gòu)共同托管。當(dāng)展開交易時(shí)，需要這些機(jī)構(gòu)同時(shí)實(shí)施授權(quán)操作，方可獲取完整的密鑰以進(jìn)行交易的加密與解密。對密鑰管理策略加以優(yōu)化，能夠切實(shí)保障密碼學(xué)算法加密與解密過程的安全性，確保數(shù)據(jù)安全。

（二）結(jié)合多種算法，提升綜合防護(hù)能力

單一的密碼學(xué)算法在應(yīng)對繁雜的網(wǎng)絡(luò)安全威脅時(shí)存有局限性。將對稱加密算法所具有的高效性與非對稱加密算法所具的密鑰管理優(yōu)勢予以結(jié)合，在數(shù)據(jù)傳輸之前，先運(yùn)用非對稱加密算法來交換對稱加密的密鑰，而后運(yùn)用對稱加密算法針對大量數(shù)據(jù)實(shí)施加密傳輸。在文件存儲(chǔ)場景中，可率先以哈希算法來計(jì)算文件的哈希值，接著運(yùn)用對稱加密算法對文件予以加密存儲(chǔ)，這樣既保障了數(shù)據(jù)的完整性，又達(dá)成了數(shù)據(jù)的保密性。在企業(yè)的數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)里，先對備份文件計(jì)算SHA-256哈希值，而后使用AES算法對文件進(jìn)行加密，最終將加密后的文件與哈希值儲(chǔ)存于云端。當(dāng)需要恢復(fù)文件時(shí)，先對哈希值予以驗(yàn)證，以確保文件的完整性，再使用密鑰對文件進(jìn)行解密。借由對多種算法的結(jié)合，充分施展各自的優(yōu)勢，構(gòu)建多層次、全方位的安全防護(hù)體系，提升網(wǎng)絡(luò)安全的綜合防護(hù)能力，從而有效應(yīng)對各種不同類型的網(wǎng)絡(luò)攻擊。

（三）針對新興技術(shù)適配，拓展安全邊界

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全遭遇新的挑戰(zhàn)。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，由于設(shè)備資源有限，故而需要輕量級(jí)的密碼學(xué)算法?？舍槍E圓曲線加密算法進(jìn)行優(yōu)化，令其更契合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備低功耗、低計(jì)算能力的特點(diǎn)。在人工智能領(lǐng)域，針對訓(xùn)練數(shù)據(jù)與模型的保護(hù)，可運(yùn)用同態(tài)加密等特定的密碼學(xué)算法，對密文狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，以確保數(shù)據(jù)隱私不會(huì)被泄露。在智能交通系統(tǒng)，諸多的車輛傳感器和路邊設(shè)備需展開安全通信。采用經(jīng)優(yōu)化后的橢圓曲線加密算法，既能夠契合設(shè)備間通信的安全需要，又不會(huì)致使設(shè)備電量過度消耗。在人工智能模型訓(xùn)練中，如醫(yī)療影像分析模型的訓(xùn)練，借助同態(tài)加密技術(shù)，數(shù)據(jù)所有者可把加密后的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)提供給模型訓(xùn)練方，訓(xùn)練方在密文上進(jìn)行計(jì)算，獲取加密后的模型參數(shù)，再由數(shù)據(jù)所有者進(jìn)行解密，從而得到最終模型，在整個(gè)過程中，數(shù)據(jù)隱私獲得了切實(shí)有效的保護(hù)。針對新興技術(shù)實(shí)施密碼學(xué)算法的適配與創(chuàng)新，可對網(wǎng)絡(luò)安全的邊界予以拓展，為新興技術(shù)應(yīng)用的安全性提供有力保障。

五、結(jié)束語

密碼學(xué)算法在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域處于核心地位。從對算法基礎(chǔ)的深入探究，到其在網(wǎng)絡(luò)安全各環(huán)節(jié)中作用的全面呈現(xiàn)，再到應(yīng)用策略的詳盡論述，足見其在保障數(shù)據(jù)安全、身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性，以及網(wǎng)絡(luò)通信安全等方面有著不可替代的重要性。通過對密鑰管理的優(yōu)化、多種算法的結(jié)合、對新興技術(shù)的適配，以及安全評(píng)估的加強(qiáng)等策略，能夠使其的作用得到更好地發(fā)揮。未來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，諸如5G、量子通信等技術(shù)逐步得到普及，密碼學(xué)算法必須持續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新并加以完善，以為網(wǎng)絡(luò)安全保駕護(hù)航，進(jìn)而推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域朝著新的高度不斷邁進(jìn)，以此有效應(yīng)對愈發(fā)復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)安全威脅，切實(shí)保障數(shù)字時(shí)代的信息安全和穩(wěn)定發(fā)展。

作者單位：石彬 馬小凡李帥徐霽芃貴州航天計(jì)量測試技術(shù)研究所

參考文獻(xiàn)

[1]郝亞平，王偉.基于群組置換密碼的無線保密通信網(wǎng)絡(luò)安全分簇路由算法[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2024，41（7）：46-55.

[2]董慧康，裴東芳.考慮無線網(wǎng)絡(luò)安全的量子密碼更新算法仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2023，40（2）：399-402.491.

[3]山東大學(xué)對稱密碼團(tuán)隊(duì)在對稱密碼算法分析方面發(fā)表系列成果[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全，2023，23（8）：75.

[4]周廷昊.基于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)安全的密碼學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].科技視界，2023（9）：20-21.

[5]張運(yùn)理，石元兵，明爽，等.唯密文場景下的分組密碼算法識(shí)別方法[J].通信技術(shù)，2024，57（2）：188-192.