6.2  數(shù)據(jù)加密方法

    據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到目前為止，已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表的各種加密算法多達(dá)數(shù)百種。下面我們將分別介紹簡(jiǎn)單加密方法、對(duì)稱(chēng)算法、公鑰算法和PGP的應(yīng)用。

    1．簡(jiǎn)單的加密方法：換位和置換

    換位和置換（transposition and substitution ciphers）是兩種主要的編碼方法，是組成最簡(jiǎn)單的密碼基礎(chǔ)。換位很像是一種字母游戲，打亂字母的順序，并設(shè)法用這些打亂的字母組成一個(gè)單詞。在換位密碼中，數(shù)據(jù)本身并沒(méi)有改變，它只是被安排成另一種不同的格式，有許多種不同的置換密碼，有一種是用凱撒大帝的名字Julias Caesar命名的，即凱撒密碼。它的原理是每一個(gè)字母都用其前面的第三個(gè)字母代替，如果到了最后那個(gè)字母，則又從頭開(kāi)始算。字母可以被在它前面的第n個(gè)字母所代替，在凱撒的密碼中n就是3。

    2．基于密鑰的密碼算法

    這種算法通常有兩類(lèi)：對(duì)稱(chēng)算法和公開(kāi)密鑰算法。

    （1） 對(duì)稱(chēng)算法

    對(duì)稱(chēng)算法，就是加密密鑰能夠從解密密鑰中推算出來(lái)，反過(guò)來(lái)也成立。大多數(shù)對(duì)稱(chēng)算法中，加、解密的密鑰是相同的，這些算法也稱(chēng)為秘密密鑰算法或單密鑰算法。它要求發(fā)送者和接收者在安全通信之前，商定一個(gè)密鑰。算法的安全性依賴(lài)于密鑰，只要通信需要保密，密鑰就必須保密。

    對(duì)稱(chēng)算法又分為兩類(lèi)：分組算法和序列算法，兩者區(qū)別在于分組算法是對(duì)一個(gè)大的明文數(shù)據(jù)塊（分組）進(jìn)行運(yùn)算；序列算法是對(duì)明文中單個(gè)位（或字節(jié)）進(jìn)行運(yùn)算。對(duì)稱(chēng)算法體制的發(fā)展趨勢(shì)將以分組密碼為重點(diǎn)，著名的對(duì)稱(chēng)密碼算法有：

    1）  DES（Data Encryption Standard）數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)

    最著名的保密密鑰或?qū)ΨQ(chēng)密鑰加密算法DES（Data Encryption Standard）是由IBM公司在70年代發(fā)展起來(lái)的，該標(biāo)準(zhǔn)于 1977年由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局頒布，主要用于民用敏感信息的保護(hù)，后被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織接受作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。DES主要采用替換和移位的方法，使用56位密鑰每次處理64位數(shù)據(jù)，運(yùn)算速度快，易于用軟件實(shí)現(xiàn)，也適合在專(zhuān)用芯片上實(shí)現(xiàn)。DES是一種世界公認(rèn)的好的加密算法，自它問(wèn)世以來(lái)經(jīng)受住了許多科學(xué)家的研究和破譯，曾為全球貿(mào)易、金融等部門(mén)提供了可靠的通信安全保障。但它也有明顯的缺點(diǎn)，密鑰太短， 有56位。目前已有許多DES被破譯的報(bào)道，因此為了提高安全性，DES又有了新的發(fā)展。比如：三重 DES 使用雙密鑰加密的方法，即使用兩個(gè) 56 位的密鑰 k1、k2，發(fā)送方用 k1 加密，k2 解密，再使用 k1加密。接收方則使用k1解密，k2加密，再使用k1解密，其效果相當(dāng)于將密鑰的長(zhǎng)度增加到112位。還有三重DES的變形算法，使用三個(gè)獨(dú)立密鑰，相當(dāng)于密鑰長(zhǎng)度增加到168位等。

    2） IDEA（International Data Encryption Algorithm）國(guó)際數(shù)據(jù)加密算法

    IDEA由瑞士的Xuejia Lai和James Massey于1990年正式公布，并在以后得到增強(qiáng)。這種算法是在DES算法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，類(lèi)似于三重DES。發(fā)展IDEA也是因?yàn)楦械紻ES使用的密鑰太短。IDEA的密鑰為 128 位，這么長(zhǎng)的密鑰在未來(lái)若干年內(nèi)應(yīng)該是安全的。IDEA 算法也基于分組，它采用軟件和硬件實(shí)現(xiàn)都同樣快速，目前軟件實(shí)現(xiàn)的IDEA比DES快兩倍。由于IDEA是在美國(guó)之外提出并發(fā)展起來(lái)的，避開(kāi)了美國(guó)法律上對(duì)加密技術(shù)的諸多限制。因此，有關(guān)IDEA算法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的資料可以自由出版和交流，可極大地促進(jìn)IDEA的發(fā)展和完善。但由于該算法是一個(gè)相對(duì)較新的算法，針對(duì)它的攻擊也還不多，還未經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。因此，尚不能判斷出它的問(wèn)題和缺陷。

    這一類(lèi)算法的優(yōu)點(diǎn)是有很強(qiáng)的保密強(qiáng)度，且經(jīng)受住時(shí)間的檢驗(yàn)和攻擊，但其密鑰必須通過(guò)安全的途徑傳送。因此，其密鑰管理成為系統(tǒng)安全的重要因素。

    （2） 公開(kāi)密鑰算法

    公開(kāi)密鑰算法是指使用一對(duì)密鑰加解密信息，加密的密鑰不同于解密的密鑰，而且解密的密鑰不能根據(jù)密鑰在合理的時(shí)間和財(cái)力內(nèi)計(jì)算出來(lái)。之所以叫公開(kāi)密鑰算法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)公鑰算法），是因?yàn)榧用苊荑€能夠公開(kāi)，誰(shuí)都可以使用加密密鑰加密信息，但只有用相應(yīng)的解密密鑰才能解密信息。

    著名的公鑰算法有：

    1） RSA算法

    RSA由美國(guó)的Rivest、Shamir和Adleman于1978年提出。該算法基于大數(shù)分解的難度，即已知合數(shù)n，求pq，使n=pq。所以隨著大整數(shù)分解算法和計(jì)算能力的不斷提高，對(duì)RSA的破譯能力也在增強(qiáng)。有報(bào)道482位的RSA已被利用數(shù)域篩NFS分解出來(lái)，512位也可以在數(shù)月時(shí)間被分解，1024位的RSA目前仍是比較安全的。與DES相比，RSA擁有更高的安全。與DES相比，RSA擁有更高的安全性，但執(zhí)行速度慢，因些兩者經(jīng)常結(jié)合起來(lái)使用，DES加密速度快，適合加密較長(zhǎng)的報(bào)文；而 RSA 可解決 DES 密鑰分配的問(wèn)題。比如：若 A 要與 B 通信，首先 A產(chǎn)生一個(gè)與B通信的DES密鑰，用B的公鑰對(duì)通信密鑰加密后傳給B，B用其私有密鑰（只有B擁有）解密，獲得雙方的一次性通信DES密鑰。然后雙方采用此DES通信進(jìn)行保密通信。

    2） Diffe-Hellman算法

    該算法是第一個(gè)公鑰算法，由美國(guó)的Diffe和Hellman于1976年提出。其安全性源于在有限域上計(jì)算離散對(duì)數(shù)比計(jì)算指數(shù)更困難，該算法主要用于密鑰交換。協(xié)議如下：首先A與B協(xié)商一個(gè)大的素?cái)?shù)n和g ，g是模n的本原元；A選取一個(gè)大的隨機(jī)數(shù)x并且發(fā)送給B：X＝gx mod n；B選取一個(gè)大的隨機(jī)數(shù)y并且發(fā)送給A：Y＝gy mod n；A計(jì)算k2＝Y(jié)x mod n；B計(jì)算k2＝Xy mod n，k1和k2都等于gxy mod n，偷聽(tīng)者即使知道n，g，X和Y，也無(wú)法計(jì)算出k，除非他們計(jì)算離散對(duì)數(shù)，因此k是A與B的秘密密鑰。

    3） 橢圓曲線

    橢圓曲線已研究了許多年，Koblitz和Miller 于1985年分別提出將它用于公鑰密碼體制。橢圓曲線的吸引人之處在于提供了由元素和組合規(guī)則來(lái)組成群的構(gòu)造方法，