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第4章 密碼技術(shù)與應(yīng)用 本章內(nèi)容 引導(dǎo)案例： 某企業(yè)在全國(guó)各地?fù)碛卸嗉曳种�機(jī)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的文檔 和數(shù)據(jù)傳輸，需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)文件傳輸�？紤]到部分文件具有一定的保密性，需要對(duì)一些文件進(jìn)行加密處理，防止文件被其他人看到并閱讀，同時(shí)還要保證接受方很容易地獲得文件并實(shí)現(xiàn)解密。如何實(shí)現(xiàn)文件的加密，同時(shí)實(shí)現(xiàn)加密過(guò)程在保密的前提下更加方便快捷，有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密和解密是網(wǎng)絡(luò)管理者必須考慮的問(wèn)題。 在信息安全領(lǐng)域，如何保護(hù)信息的有效性和保密性是非常重要的，密碼技術(shù)是保障信息安全的核心技術(shù)。通過(guò)密碼技術(shù)可以在一定程度上提高數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)的安全性，保證數(shù)據(jù)的完整性。目前，密碼技術(shù)在數(shù)據(jù)加密、安全通信以及數(shù)字簽名等方面都有廣泛的應(yīng)用。 4.1.1 密碼技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展 1、密碼學(xué)的發(fā)展和起源（P76-77） 近代的加密技術(shù)主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，如美國(guó)獨(dú)立戰(zhàn)爭(zhēng)、內(nèi)戰(zhàn)和兩次世界大戰(zhàn)。特別是世界大戰(zhàn)。德國(guó)Enigma密碼機(jī)，英國(guó)“”炸彈“密碼破譯機(jī)。 中國(guó)古代也發(fā)明了秘密通信的手段。如宋代曾公亮、丁度等。 2、計(jì)算機(jī)密碼技術(shù)（P77） 3、密碼技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域（P77） （1）數(shù)據(jù)保密。（2）認(rèn)證。（3）完整性保護(hù)。 （4）數(shù)字簽名和抗抵賴(lài) 密碼技術(shù)主要用于軍事、情報(bào)系統(tǒng)，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)安全的要求越來(lái)越高，一些相關(guān)密碼技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)民用化。 P77圖4-2是一款普通的文件加密軟件界面。圖4-3是一種采用密碼技術(shù)的移動(dòng)硬盤(pán)產(chǎn)品。 4.1.2 密碼技術(shù)基本概念 這個(gè)過(guò)程寫(xiě)成數(shù)學(xué)表示就是： 明文記為P且P為字符序列，則P=[P1，P2，…，Pn]；密文記為C，則C=[C1，C2，…，Cn]； 明文和密文之間的變換記為C=E（P）及P=D（C）。 其中C表示密文，E為加密算法，P為明文，D為解密算法，要求密碼系統(tǒng)滿(mǎn)足P=D（E（P））。 加密/解密算法和密鑰構(gòu)成密碼體制的兩個(gè)基本要素。密碼算法是穩(wěn)定的，難以做到絕對(duì)保密，可以公開(kāi)，可視為一個(gè)常量。密鑰則是一個(gè)變量，一般不可公開(kāi)，又通信雙方掌握。密鑰分別稱(chēng)為加密密鑰和解密密鑰，二者可以相同也可以不同。加密和解密算法的操作通常都是在一組密鑰的控制下進(jìn)行的。 P79 4.1.3 密碼的分類(lèi)與算法 4.1.4 現(xiàn)代高級(jí)密碼體系 在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，密碼學(xué)的算法主要是通過(guò)字符之間代替或易位實(shí)現(xiàn)的，一般稱(chēng)這些密碼體制為古典密碼或者傳統(tǒng)加密技術(shù)。其中包括：移位密碼、單表替換密碼、多表替換密碼等。 古典密碼的主要應(yīng)用對(duì)象是對(duì)文字信息進(jìn)行加密解密。以英文為例，文字由字母中的一個(gè)個(gè)字母組成，字母表可以按照排列組合順序進(jìn)行一定的編碼，把字母從前到后都用數(shù)字表示。此時(shí)，大多數(shù)加密算法都有數(shù)學(xué)屬性，這種表示方法可以對(duì)字母進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，字母的加減法將形成對(duì)應(yīng)的代數(shù)碼。 古典密碼有著悠久的歷史（見(jiàn)P81） 現(xiàn)代密碼算法不再依賴(lài)算法的保密，而是把把算法和密鑰分開(kāi)。其中，密碼算法可以公開(kāi)，但是密鑰是保密的，密碼系統(tǒng)的安全性在于保持密鑰的保密性。如果加密密鑰和解密密鑰相同，或?qū)嵸|(zhì)上等同（即從一個(gè)可以推出另外一個(gè)），我們稱(chēng)其為對(duì)稱(chēng)密鑰、私鑰或單鑰密碼體制。 對(duì)稱(chēng)密碼技術(shù)又可分為序列密碼和分組密碼兩大類(lèi)。序列密碼每次加密一位或一字節(jié)的明文，也稱(chēng)為流密碼。序列密碼是手工和機(jī)械密碼時(shí)代的主流方式。分組密碼將明文分成固定長(zhǎng)度的組，用同一密鑰和算法對(duì)每一塊加密，輸出也是固定長(zhǎng)度的密文。最典型的就是1977年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局頒布的DES算法。 4.3.1 對(duì)稱(chēng)密碼技術(shù)原理 4.3.2 DES對(duì)稱(chēng)加密算法 4.3.3 IDEA算法 4.3.4 高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES 若加密密鑰和解密密鑰不相同，從其中一個(gè)難以推出另一個(gè)，則稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)密碼技術(shù)或雙鑰密碼技術(shù)。不對(duì)稱(chēng)密碼算法使用兩把完全不同但又是完全匹配的一對(duì)鑰匙—公鑰和私鑰。在使用不對(duì)稱(chēng)密碼算法加密文件時(shí)，只有使用匹配的一對(duì)公鑰和私鑰，才能完成對(duì)明文的加密和解密過(guò)程。 用戶(hù)可以把密鑰（公鑰）公開(kāi)地分發(fā)給任何人，合適保密通信，但是也存在算法復(fù)雜、加密速度慢等問(wèn)題。 4.4.1 非對(duì)稱(chēng)密碼算法基本原理 4.4.2 RSA算法的原理 4.4.3 ECC算法與Diffie-Hellman算法 散列（Hash）函數(shù)可驗(yàn)證的完整性，如密鑰等，它對(duì)不同長(zhǎng)度的輸入消息，產(chǎn)生固定長(zhǎng)度的輸出。這個(gè)固定長(zhǎng)度的輸出稱(chēng)為原輸入消息的“散列”或“消息摘要”（Message digest）。散列是信息的提煉，通常其長(zhǎng)度要比信息小得多，且為一個(gè)固定長(zhǎng)度。加密性強(qiáng)的散列一定是不可逆的，這就意味著通過(guò)散列結(jié)果，無(wú)法推出任何部分的原始信息。同時(shí)，一般也不能找出具有相同散列結(jié)果的兩條信息。具有這些特性的散列結(jié)果就可以用于驗(yàn)證信息是否被修改。 4.5.1 散列算法基本原理 散列算法也被稱(chēng)為散列函數(shù)，是用來(lái)產(chǎn)生一些數(shù)據(jù)片段（例如消息或會(huì)話(huà)項(xiàng)）的散列值的算法。散列算法具有在輸入數(shù)據(jù)中的更改可以更改結(jié)果散列值中每個(gè)比特的特性，因此，散列對(duì)于檢測(cè)在諸如消息或者密鑰等信息對(duì)象中的任何微小變化很有用。典型的散列算法包括 MD2、MD4、MD5 和 SHA-1。簡(jiǎn)單說(shuō)就是后向函數(shù)，只能計(jì)算以后的值，不能計(jì)算以前的值。 一個(gè)安全的哈希函數(shù)H必須具有以下屬性：   對(duì)于不定長(zhǎng)度的輸入有一個(gè)固定的輸出。 對(duì)干任意給定的x，H（x）的計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單。 對(duì)于任意給定的代碼h，要發(fā)現(xiàn)滿(mǎn)足H（x）=h的x在計(jì)算上是不可行的。對(duì)于任意給定的x，要發(fā)現(xiàn)滿(mǎn)足H（y）=H（x）而y=x在計(jì)算上是不可行的。滿(mǎn)足H（x）=H（y）的（x，y）在計(jì)算上是不可行的。 當(dāng)前的hash算法都具有一個(gè)一般的模式。其主要計(jì)算步驟有： （1）添加數(shù)據(jù)，使得輸入數(shù)組的長(zhǎng)度是某個(gè)數(shù)（一般為512）的倍數(shù)； （2）對(duì)添加的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組； （3）初始化輸出值，根據(jù)輸出值和分組進(jìn)行計(jì)算，得到一個(gè)新的輸出值； （4）繼續(xù)步驟1，直到所有分組都計(jì)算完畢； （5）輸出結(jié)果值。 4.5.2 常見(jiàn)散列算法 （1）MD2算法。 （2）MD4算法。 （3）MD5算法。 （4）SHA/SHA-1算法。 為便于理解，先介紹一個(gè)基于MD5的三列生成軟件WINMD5，這是一中對(duì)文件進(jìn)行MD5值檢測(cè)的軟件。詳見(jiàn)P94-95。 假設(shè)在某機(jī)構(gòu)中有100個(gè)人，如果他們?nèi)我鈨扇酥�間可以進(jìn)行秘密對(duì)話(huà)，那么總共需要多少密鑰呢？如果任何兩人之間要使用不同的密鑰，則總共需要4950個(gè)密鑰，而且每個(gè)人應(yīng)記住99個(gè)密鑰。如果機(jī)構(gòu)人數(shù)是1000或更多，這種方法就不行了，管理密鑰是非常復(fù)雜的事情。 密鑰管理主要涉及“密鑰的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、分發(fā)、刪除”等，密鑰管理不好，密鑰同樣可能被無(wú)意識(shí)地泄露，并不是有了密鑰就高枕無(wú)憂(yōu)，任何保密也只是相對(duì)的，是有時(shí)效的。 要管理好密鑰還要注意密鑰的時(shí)效性，一個(gè)好的密鑰管理系統(tǒng)應(yīng)該做到： 密鑰在存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中難以被竊取。 在一定條件下竊取了密鑰也沒(méi)有用，密鑰有使用范圍和時(shí)間的限制。 密鑰的分配和更換過(guò)程對(duì)用戶(hù)透明，用戶(hù)不一定要親自掌管密鑰。 4.6.1 密鑰的管理分配策略 4.6.2 密鑰的分發(fā)wH8紅軟基地

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