2010 年 11 月（ 上）［摘 要］ 介绍了当今常用的密码体系中的对称密码体系和非对称密码体系，以及正在迅速推广的混合密码体系，分析了其各自的适用领域，并展望了密码技术的发展趋势。［关键词］ 加密；DES；RAS；PGP数据加密技术及其发展姚恺荣（荆州职业技术学院，湖北荆州 434020）随着计算机联网的逐步实现，计算机信息的保密问题显得越来越重要。数据保密变换，或密码技术，是对计算机信息进行保护的最实用和最可靠的方法。1 加密的概念一个典型的数据加密模型由四个部分组成：1） 未加密的报文，也称明文，用P表示。2） 加密后的报文，也称密文，用Y表示。3） 加密解密算法 E、D。4） 加密解密的密钥 Ke、Kd。发送方用加密密钥，通过加密设备或算法，将信息加密后发送出去。接收方在收到密文后，用解密密钥将密文解密，恢复为明文。其数学表达式可以写成：P=Dkd(Kd，EKe(Ke，P))。如果传输中有人窃。荒艿玫轿薹ɡ斫獾拿芪，从而对信息起到保密作用。2 对称密码术和非对称密码术根据所使用的密钥的不同，密码可分为两种：对称密码和非对称密码。2.1 对称密码技术在这种密码里，加密和解密使用同一个密钥。其代表是美国的数据加密标准DES。它于1977年由美国国家标准局颁布，后被国际标准化组织接受作为国际标准。DES主要采用替换和移位的方法加密。它用56位密钥对64位二进制数据块进行加密，每次加密可对64位的输入数据进行16轮编码，经一系列替换和移位后，输入的64位原始数据转换成完全不同的64位输出数据。DES曾是一种世界公认的较好的加密算法。但是它的密钥长度太短，只有56位。随着计算机技术的飞速发展，这么短的密钥已经不再安全。科学家又研制了80位的密钥，以及在DES的基础上采用三重DES和双密钥加密的方法。即用两个56位的密钥K1、K2，发送方用K1加密，K2解密，再使用K1加密。接收方则使用K1解密，K2加密，再使用K1解密，其效果相当于将密钥长度加倍。另外IDEA算法也是一种非常安全的加密算法。对称加密方法的主要问题是密钥的生成、注入存储、管理、分发等很复杂，特别是随着用户的增加，密钥的需求量成倍增加。在网络通信中，大量密钥的分配是一个难以解决的问题。2.2 非对称密码技术为了解决对称密码系统所面临的一系列问题，美国斯坦福大学的两名学者迪菲和赫尔曼提出了一种新的加密方法—公开密钥加密对PKE方法。实现非对称密码技术的关键问题是如何确定公钥和私钥及加/解密的算法，也就是说如何找到“Alice的锁和钥匙”的问题。我们假设在这种体制中，PK是公开信息，用作加密密钥，而SK需要由用户自己保密，用作解密密钥。加密算法E和解密算法D也都是公开的。虽然SK与PK是成对出现，但却不能根据PK计算出SK。它们须满足条件：1） 加密密钥PK对明文X加密后，再用解密密钥SK解密，即可恢复出明文，或写为：DSK（EPK（X）） =X。2） 加密密钥不能用来解密，即DPK（EPK（X）） ≠X。3） 在计算机上可以容易地产生成对的PK和SK。4） 从已知的PK实际上不可能推导出SK。5） 加密和解密的运算可以对调，即：EPK（DSK（X）） =X。要找到满足上述条件的算法，关键是要寻求合适的单向陷门函数。单向陷门函数的特点是一个方向求值很容易，但其逆向计算却很困难。许多形式为Y=f(x） 的函数，对于给定的自变量x值，很容易计算出函数Y的值；而由给定的Y值，在很多情况下依照函数关系f(x）计算x值十分困难。例如，两个大素数p和q相乘得到乘积n比较容易计算，但从它们的乘积n分解为两个大素数p和q则十分困难。如果n为足够大，当前的算法不可能在有效的时间内实现。非对称密码术比较常用的有RSA和椭圆曲线密码，RSA的原理在多种文献刊物上都有所阐述，本文只介绍椭圆曲线密码。椭圆曲线密码是一种非常有效的非对称密码，其基本思想就是使用椭圆曲线上的点来定义公钥和私钥对。由于有限域上椭圆曲线的离散对数实际上是一般有限域上的离散对数在椭圆曲线上的一种类比物，因此它至少在实用上比一般有限域上的离散对数的计算要困难些，因此其安全性也要强一些，当然目前人们还不能证明这一点。3 面向个人的密码数：PGPPGP是一种混合式的加密系统，它原本是为个人计算机提供密码保护而设计的。它结合了对称密码体系的IDEA算法和非对称密码体系的RSA算法。数字签名和数字信封是混合加密系统所用的两个最受欢迎的技术。前者可以用来签署消息，以便进行封装，并使之无法否认；后者可以把消息封装起来以保证机密性。还可以对同一消息进行这两项操作，从而用于非常安全的通信过程。以下是使用PGP技术实现数字信封的一个例子：第一步，Bob使用IDEA来加密消息，他打算把这条消息发给Carol。第二步，Bob获取Carol的RSA公钥。第三步，Bob使用RSA和Carol的公钥来加密自己的IDEA密钥。第四步，Bob把RSA加密过的IDEA密钥粘贴到IDEA加密过的消息中，并把它发送给Carol。为了恢复这个数字封装的消息，Carol必须执行逆过程：第一步，Carol从加密过的消息中分离经过加密的密钥。第二步，Carol使用她的RSA私钥对IDEA对称密钥进行解密。最后，Carol使用IDEA密钥来解密Bob的消息。PGP技术创造性地把RSA不对称加密算法的方便性和传统加密体系结合起来，在数字签名和密钥认证管理机制方面采用了无缝结合的巧妙设计，使其几乎成为最为流行的公钥加密软件包。4 密码技术的未来发展趋势尽管非对称密码体制比对称密码体制更为可靠，但由于计算过于复杂，对称密码体制在进行大信息量通信时，加密速率仅为对称体制的1/100，甚至是1/1000。正是由于不同体制的加密算法各有所长，所以在今后相当长的一段时期内，各类加密体制将会共同发展。而在由IBM等公司于 1996年联合推出的用于电子商务的协议标准SET（SecureElectronicTransaction） 中和1992年由多国联合开发的PGP技术中，均采用了包含单钥密码、双钥密码、单向杂凑算法和随机数生成算法在内的混合密码系统的动向来看，这似乎从一个侧面展示了今后密码技术应用的未来。在单钥密码领域由于流密码体制中的密钥流生成器在算法上未能突破有限循环，故一直未被广泛应用。如果找到一个在算法上接近无限循环的密钥流生成器，该体制将会有一个质的飞跃。近年来，混沌学理论的研究给在这一方向产生突破带来了曙光。此外，充满生气的量子密码被认为是一个潜在的发展方向，因为它是基于光学和量子力学理论的。该理论对于在光纤通信中加强信息安全、对付拥有量子计算能力的破译无疑是一种理想的解决方法。由于电子商务等民用系统的应用需求，认证加密算法也将有较大发展。在传统密码体制中，还将会产生类似于IDEA这样的新成员，而不仅仅是对传统算法进行修正或改进。密码学是一个正在不断发展的年轻学科，任何未被认识的加/解密机制都有可能在其中占有一席之地。作者简介：姚恺荣，1974年生，女，湖北荆州人，讲师，主要从事计算机应用研究。252
