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11.DES算法
DES（Data Encryption Standard）是一種經(jīng)典的對(duì)稱算法。其數(shù)據(jù)分組長度為64位，使用的密鑰為64位，有效密鑰長度為56位（有8位用于奇偶校驗(yàn)）。它由IBM公司在70年代開發(fā)，經(jīng)過政府的加密標(biāo)準(zhǔn)篩選后，于1976年11月被美國政府采用，隨后被美國國家標(biāo)準(zhǔn)局和美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(American National Standard Institute， ANSI) 承認(rèn)。
該技術(shù)算法公開，在各行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。DES算法從公布到現(xiàn)在已有20多年的歷史，隨著計(jì)算機(jī)能力的飛速發(fā)展，DES的56位密鑰長度顯得有些短了�，F(xiàn)在，已經(jīng)有可能通過窮舉的方法來對(duì)其進(jìn)行攻擊。但是除此以外，還沒有發(fā)現(xiàn)窮舉以外的能有效破譯DES的方法。
DES算法的數(shù)據(jù)流程圖如下圖所示：
12.三重DES
DES算法現(xiàn)在已經(jīng)不能提供足夠的安全性，因?yàn)槠溆行荑�只有56位。因此，后來又提出了三重DES（或稱3DES），該方法的強(qiáng)度大約和112比特的密鑰強(qiáng)度相當(dāng)。
這種方法用兩個(gè)密鑰對(duì)明文進(jìn)行三次運(yùn)算。設(shè)兩個(gè)密鑰是K1和K2，其算法的步驟如圖所示：
1. 用密鑰K1進(jìn)行DES加密。
2. 用K2對(duì)步驟1的結(jié)果進(jìn)行DES解密。
3. 用步驟2的結(jié)果使用密鑰K1進(jìn)行DES加密。
13.AES算法
1997年1月美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所（NIST）宣布征集新的加密算法。2000年10月2日，由比利時(shí)設(shè)計(jì)者Joan Daemen和Vincent Rijmen設(shè)計(jì)的Rijndael算法以其優(yōu)秀的性能和抗攻擊能力，最終贏得了勝利，成為新一代的加密標(biāo)準(zhǔn)AES(Advanced Encryption Standard)。
Rijndael加密：
Rijndael是一個(gè)密鑰迭代分組密碼，包含了輪變換對(duì)狀態(tài)的重復(fù)作用。輪數(shù)Nr 的值取決于分組和密鑰的長度。對(duì)于AES，當(dāng)密鑰長度為128比特時(shí)，Nr =10；當(dāng)密鑰長度為192比特時(shí)，Nr =12；當(dāng)密鑰長度為256比特時(shí)，Nr =14。
Rijndael算法的加密過程如圖1所示。它包括一個(gè)初始密鑰加法，記作AddRoundKey，接著進(jìn)行Nr-1次輪變換(Round)，最后再使用一個(gè)輪變換(FinalRound)。
輪變換由4個(gè)步驟組成：SubBytes，ShiftRows，MixColumns和AddRoundKey。最后一輪與前Nr -1次輪變換稍有不同，省掉了其中的MixColumns步驟。
步驟SubBytes是Rijndael算法中唯一的非線性變換。
步驟ShiftRows是一個(gè)字節(jié)換位，它將狀態(tài)中的行按照不同的偏移量進(jìn)行循環(huán)移位。使第i 行第j 位的字節(jié)移動(dòng)到位置（j -Ci）mod Nb，移動(dòng)偏移量Ci 的值依賴于Nb 的取值。其中Nb =分組長度/32，對(duì)于AES，Nb 取固定長度4
步驟MixColumns是作用在狀態(tài)各列的置換算法。
密鑰加法AddRoundKey將狀態(tài)與一個(gè)輪密鑰進(jìn)行異或。輪密鑰是由密碼密鑰通過密鑰編排方案[1]導(dǎo)出。輪密鑰的長度等于分組的長度。
Rijndael解密:
Rijndael解密算法有2種形式。一種是直接解密算法，即直接利用步驟InsubBytes，InvShiftRows，InvMixColumns和AddRoundKey的逆并倒置其次序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行解密。
另一種是等價(jià)解密算法，其實(shí)現(xiàn)原理如圖2所示。等價(jià)解密算法有利于有效實(shí)現(xiàn)良好的運(yùn)算次序。
14.非對(duì)稱算法的概念
所謂非對(duì)稱算法就是指加密和解密用的不是同一個(gè)密鑰。
非對(duì)稱算法的密鑰分為二部分，通常稱為“公鑰”和“私鑰”（或者稱為“公開密鑰”和“秘密密鑰”）。公鑰和私鑰存在數(shù)學(xué)上的關(guān)系，使得用公鑰加密的數(shù)據(jù)只能用對(duì)應(yīng)的私鑰解密，用私鑰加密的數(shù)據(jù)只能用對(duì)應(yīng)的公鑰解密。但是從公鑰中推導(dǎo)出私鑰是很難的（理論上是可以推導(dǎo)出來的，但是實(shí)際上找不到這么強(qiáng)的計(jì)算能力）。
RSA,DSA等算法屬于非對(duì)稱算法。
15.RSA算法
RSA算法是第一個(gè)能同時(shí)用于加密和數(shù)字簽名的算法，也易于理解和操作。RSA是被研究得最廣泛的公鑰算法，從1978年提出到現(xiàn)在已近三十年，經(jīng)歷了各種攻擊的考驗(yàn)，逐漸為人們接受，普遍認(rèn)為是目前最優(yōu)秀的公鑰方案之一。通常認(rèn)為破譯RSA的難度與大數(shù)分解難度等價(jià)。算法以三個(gè)發(fā)明者的名字命名：Ron Rivest, Adi Shamir 和Leonard Adleman。
RSA算法的原理：
1、密鑰對(duì)的產(chǎn)生：
選擇兩個(gè)大素?cái)?shù)，p 和q 。計(jì)算：
n = p * q
然后隨機(jī)選擇加密密鑰e，要求 e 和 ( p - 1 ) * ( q - 1 ) 互質(zhì)。最后，利用
Euclid 算法計(jì)算解密密鑰d, 使其滿足
e * d = 1 ( mod ( p - 1 ) * ( q - 1 ) )
其中n和d要互質(zhì)。數(shù)e和n是公鑰，d是私鑰。兩個(gè)素?cái)?shù)p和q不再需要，應(yīng)該丟棄，不要讓任何人知道。
2、加密
加密信息 m（二進(jìn)制表示）時(shí)，首先把m分成等長數(shù)據(jù)塊 m1 ,m2,..., mi ，塊長s
，其中 2^s <= n, s 盡可能的大。加密的公式是：
ci = mi^e ( mod n )
3、解密
解密時(shí)作如下計(jì)算：
mi = ci^d ( mod n )
16.散列算法
散列算法，也稱為單向散列函數(shù)、雜湊函數(shù)、哈希算法、HASH算法或消息摘要算法。它通過把一個(gè)單向數(shù)學(xué)函數(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)，將任意長度的一塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)定長的、不可逆轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)。這段數(shù)據(jù)通常叫做消息摘要（比如，對(duì)一個(gè)幾兆字節(jié)的文件應(yīng)用散列算法，得到一個(gè)128位的消息摘要）。消息摘要代表了原始數(shù)據(jù)的特征，當(dāng)原始數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，重新生成的消息摘要也會(huì)隨之變化，即使原始數(shù)據(jù)的變化非常小，也可以引起消息摘要的很大變化。因此，消息摘要算法可以敏感地檢測到數(shù)據(jù)是否被篡改。消息摘要算法再結(jié)合其它的算法就可以用來保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性。
好的單向散列函數(shù)必須具有以下特性：
1) 計(jì)算的單向性：給定M和H，求h＝H(M)容易，但反過來給定h和H，求M＝H-1(h)在計(jì)算上是不可行的。
2) 弱碰撞自由：給定M，要尋找另一信息 M′，滿足 H(M′)＝H(M)在計(jì)算上不可行。
3) 強(qiáng)碰撞自由：，要尋找不同的信息M 和M′，滿足 H(M′)＝H(M)在計(jì)算上不可行。
單向散列函數(shù)的使用方法為：用散列函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)生成散列值并保存，以后每次使用時(shí)都對(duì)數(shù)據(jù)使用相同的散列函數(shù)進(jìn)行散列，如果得到的值與保存的散列值相等，則認(rèn)為數(shù)據(jù)未被修改(數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證)或兩次所散列的原始數(shù)據(jù)相同(口令驗(yàn)證)。
典型的散列函數(shù)有：MD5，SHA-1，HMAC，GOST等。單向散列函數(shù)主要用在一些只需加密不需解密的場合：如驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性、口令表的加密、數(shù)字簽名、身份認(rèn)證等。
17.關(guān)于MD5和SHA-1等
2004年，山東大學(xué)王小云教授攻破了MD5算法，引起密碼學(xué)界的軒然大波。
MD5的全稱是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），在90年代初由MIT Laboratory for Computer Science和RSA Data Security Inc的Ronald L. Rivest開發(fā)出來，經(jīng)MD2、MD3和MD4發(fā)展而來。
2004年8月17日的美國加州圣巴巴拉召開的國際密碼學(xué)會(huì)議（Crypto’2004）安排了三場關(guān)于雜湊函數(shù)的特別報(bào)告。在國際著名密碼學(xué)家Eli Biham和Antoine Joux相繼做了對(duì)SHA-1的分析與給出SHA-0的一個(gè)碰撞之后，來自山東大學(xué)的王小云教授做了破譯MD5、HAVAL-128、 MD4和RIPEMD算法的報(bào)告。王小云教授的報(bào)告轟動(dòng)了全場，得到了與會(huì)專家的贊嘆。
不久，密碼學(xué)家Lenstra利用王小云提供的MD5碰撞，偽造了符合X.509標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字證書，這就說明了MD5的破譯已經(jīng)不僅僅是理論破譯結(jié)果，而是可以導(dǎo)致實(shí)際的攻擊，MD5的撤出迫在眉睫。
安全散列算法1(SHA-1）是由NSA設(shè)計(jì)的，并由NIST將其收錄到 FIPS 中，作為散列數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。它可產(chǎn)生一個(gè) 160 位的散列值。SHA-1是流行的用于創(chuàng)建數(shù)字簽名的單向散列算法。
在MD5被王小云為代表的中國專家破譯之后，世界密碼學(xué)界仍然認(rèn)為SHA－1是安全的。2005年2月7日，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院發(fā)表申明，SHA－1沒有被攻破，并且沒有足夠的理由懷疑它會(huì)很快被攻破。而僅僅在一周之后，王小云就發(fā)布了消息，說明了SHA-1算法尋找一對(duì)碰撞的復(fù)雜度是2^69，而不是密碼學(xué)家以前認(rèn)為的2^80。
如何理解這個(gè)結(jié)果呢？在很多報(bào)道中，包括山東大學(xué)的網(wǎng)站上，都說SHA1被攻破了，被破解了，云云。作者對(duì)這類說法持保留態(tài)度。引用王小云教授論文中的說法：
“對(duì)于SHA0，這種攻擊很有效，我們能夠在不超過2^39次Hash操作中找到實(shí)際的碰撞。我們也對(duì)弱化到58步的SHA1進(jìn)行了攻擊，并在不超過2^33次Hash操作中找到了實(shí)際的碰撞�！�
“SHA0和58步的SHA1是作為80步完整SHA1的簡化版，用來驗(yàn)證我們的新方法的效率的。此外，我們的分析表明，減弱到70步的SHA1的碰撞復(fù)雜度是2^50次Hash操作�；谶@個(gè)估計(jì)，我們期望在現(xiàn)在的超級(jí)計(jì)算機(jī)上能找到70步SHA1的真實(shí)碰撞。”
所以，嚴(yán)格說來應(yīng)該這樣理解：這個(gè)結(jié)果把攻破SHA1的計(jì)算量降低了2000倍。在某些情況下，SHA1似乎走到了不安全的邊緣。
MD5被攻破了，SHA1也不那么安全了，怎么辦呢？現(xiàn)在看來，還有SHA-256和SHA-512等算法可用。密碼學(xué)家也在研究新的散列算法。
18.數(shù)字鑒名
密碼技術(shù)除了提供信息的加密解密外，還提供對(duì)信息來源的鑒別、保證信息的完整和不可否認(rèn)等功能，而這三種功能都是結(jié)合數(shù)字簽名技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。
簡單地說，數(shù)字簽名的原理可以這樣理解：用非對(duì)稱算法的私鑰加密的內(nèi)容只能用對(duì)應(yīng)的公鑰來解密。而私鑰是不公開的。因此，如果一段信息能用某個(gè)人的公鑰解密，那么它一定是用此人的私鑰加密的。它和物理的簽名一樣，是很難偽造的。
在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字簽名的過程通常是這樣實(shí)現(xiàn)：
將要傳送的明文通過一種函數(shù)運(yùn)算（Hash）轉(zhuǎn)換成報(bào)文摘要（不同的明文對(duì)應(yīng)不同的報(bào)文摘要），報(bào)文摘要用私鑰加密后與明文一起傳送給接受方，接受方用發(fā)送方的公鑰來解密報(bào)文摘要，再將接受的明文產(chǎn)生新的報(bào)文摘要與發(fā)送方的報(bào)文摘要比較，比較結(jié)果一致表示明文確實(shí)來自期望的發(fā)送方，并且未被改動(dòng)。如果不一致表示明文已被篡改或不是來自期望的發(fā)送方。
19.數(shù)字證書
為了保證互聯(lián)網(wǎng)上電子交易及支付的安全性，防范交易及支付過程中的欺詐行為，必須在網(wǎng)上建立一種信任機(jī)制。這就要求參加電子商務(wù)的買方和賣方都必須擁有合法的身份，并且在網(wǎng)上能夠有效無誤的被進(jìn)行驗(yàn)證。數(shù)字證書是一種權(quán)威性的電子文檔。它提供了一種在Internet上驗(yàn)證您身份的方式，其作用類似于司機(jī)的駕駛執(zhí)照或日常生活中的身份證。它是由一個(gè)由權(quán)威機(jī)構(gòu)----CA證書授權(quán)(Certificate Authority)中心發(fā)行的，人們可以在互聯(lián)網(wǎng)交往中用它來識(shí)別對(duì)方的身份。當(dāng)然在數(shù)字證書認(rèn)證的過程中，證書認(rèn)證中心（CA）作為權(quán)威的、公正的、可信賴的第三方，其作用是至關(guān)重要的。
數(shù)字證書頒發(fā)過程一般為：用戶首先產(chǎn)生自己的密鑰對(duì)，并將公共密鑰及部分個(gè)人身份信息傳送給認(rèn)證中心。認(rèn)證中心在核實(shí)身份后，將執(zhí)行一些必要的步驟，以確信請(qǐng)求確實(shí)由用戶發(fā)送而來，然后，認(rèn)證中心將發(fā)給用戶一個(gè)數(shù)字證書，該證書內(nèi)包含用戶的個(gè)人信息和他的公鑰信息，同時(shí)還附有認(rèn)證中心的簽名信息。用戶就可以使用自己的數(shù)字證書進(jìn)行相關(guān)的各種活動(dòng)。數(shù)字證書由獨(dú)立的證書發(fā)行機(jī)構(gòu)發(fā)布。數(shù)字證書各不相同，每種證書可提供不同級(jí)別的可信度�？梢詮淖C書發(fā)行機(jī)構(gòu)獲得您自己的數(shù)字證書。
隨著Internet的普及、各種電子商務(wù)活動(dòng)和電子政務(wù)活動(dòng)的飛速發(fā)展，數(shù)字證書開始廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域之中，目前主要包括：發(fā)送安全電子郵件、訪問安全站點(diǎn)、網(wǎng)上招標(biāo)投標(biāo)、網(wǎng)上簽約、網(wǎng)上訂購、安全網(wǎng)上公文傳送、網(wǎng)上繳費(fèi)、網(wǎng)上繳稅、網(wǎng)上炒股、網(wǎng)上購物和網(wǎng)上報(bào)關(guān)等。
出處：藍(lán)色理想
責(zé)任編輯：moby
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