對稱加密系統

數據加密就是按照確定的密碼算法將敏感的明文數據變換成難以識別的密文數據,通過使用不同的密鑰,可用同一加密算法將同一明文加密成不同的密文。當需要時,可使用密鑰將密文數據還原成明文數據,稱為解密。這樣就可以實現數據的保密性。數據加密被公認為是保護數據傳輸安全惟一實用的方法和保護存儲數據安全的有效方法,它是數據保護在技術上最重要的防線。

隨著大型企業管理軟體的發展,其套用越來越廣泛,企業數據平台涉及區域網路、廣域網、Internet等,在各類系統中保存的企業關鍵數據量也越來越大,許多數據需要保存數十年以上,甚至是永久性保存。於是關鍵業務數據成了企業生存的命脈和寶貴的資源,數據安全性問題越來越突出。如何增強企業軟體系統的安全性、保密性、真實性、完整性,成為每一位軟體開發人員關注的焦點。
為了解決關鍵業務的數據安全問題,首先對數據系統進行全面、可靠、安全和多層次的備份是必不可少的,除此以外,各種安全產品,無論防火牆防病毒、防黑客、防入侵等等,都或多或少地肩負著一些保護數據的責任。從保護數據的角度講,對數據安全這個廣義概念,可以細分為三部分:數據加密、數據傳輸安全和身份認證管理。
數據傳輸安全是指數據在傳輸過程中必須要確保數據的安全性完整性和不可篡改性。
身份認證的目的是確定系統和網路的訪問者是否是合法用戶。主要採用登錄密碼、代表用戶身份的物品(如智慧卡、IC卡等)或反映用戶生理特徵的標識鑑別訪問者的身份。
數據加密
數據加密技術是最基本的安全技術,被譽為信息安全的核心,最初主要用於保證數據在存儲和傳輸過程中的保密性。它通過變換和置換等各種方法將被保護信息置換成密文,然後再進行信息的存儲或傳輸,即使加密信息在存儲或者傳輸過程為非授權人員所獲得,也可以保證這些信息不為其認知,從而達到保護信息的目的。該方法的保密性直接取決於所採用的密碼算法密鑰長度。
根據密鑰類型不同可以將現代密碼技術分為兩類:對稱加密算法私鑰密碼體系)和非對稱加密算法(公鑰密碼體系)。在對稱加密算法中,數據加密和解密採用的都是同一個密鑰,因而其安全性依賴於所持有密鑰的安全性。對稱加密算法的主要優點是加密和解密速度快,加密強度高,且算法公開,但其最大的缺點是實現密鑰的秘密分發困難,在大量用戶的情況下密鑰管理複雜,而且無法完成身份認證等功能,不便於套用在網路開放的環境中。目前最著名的對稱加密算法數據加密標準DES和歐洲數據加密標準IDEA等,目前加密強度最高的對稱加密算法高級加密標準AES。
對稱加密算法
 對稱加密算法是套用較早的加密算法,技術成熟。在對稱加密算法中,數據發信方將明文(原始數據)和加密密鑰一起經過特殊加密算法處理後,使其變成複雜的加密密文傳送出去。收信方收到密文後,若想解讀原文,則需要使用加密用過的密鑰及相同算法的逆算法對密文進行解密,才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密算法中,使用的密鑰只有一個,發收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密,這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。對稱加密算法的特點是算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。不足之處是,交易雙方都使用同樣鑰匙,安全性得不到保證。此外,每對用戶每次使用對稱加密算法時,都需要使用其他人不知道的惟一鑰匙,這會使得發收信雙方所擁有的鑰匙數量成幾何級數增長,密鑰管理成為用戶的負擔。對稱加密算法在分散式網路系統上使用較為困難,主要是因為密鑰管理困難,使用成本較高。在計算機專網系統中廣泛使用的對稱加密算法DESIDEAAES
傳統的DES由於只有56位的密鑰,因此已經不適應當今分散式開放網路對數據加密安全性的要求。1997年RSA數據安全公司發起了一項“DES挑戰賽”的活動,志願者四次分別用四個月、41天、56個小時和22個小時破解了其用56位密鑰DES算法加密的密文。即DES加密算法在計算機速度提升後的今天被認為是不安全的。
AES是美國聯邦政府採用的商業及政府數據加密標準,預計將在未來幾十年里代替DES在各個領域中得到廣泛套用。AES提供128位密鑰,因此,128位AES的加密強度是56位DES加密強度的1021倍還多。假設可以製造一部可以在1秒內破解DES密碼的機器,那么使用這台機器破解一個128位AES密碼需要大約149億萬年的時間。(更深一步比較而言,宇宙一般被認為存在了還不到200億年)因此可以預計,美國國家標準局倡導的AES即將作為新標準取代DES。
 不對稱加密算法使用兩把完全不同但又是完全匹配的一對鑰匙—公鑰私鑰。在使用不對稱加密算法加密檔案時,只有使用匹配的一對公鑰私鑰,才能完成對明文的加密和解密過程。加密明文時採用公鑰加密,解密密文時使用私鑰才能完成,而且發信方(加密者)知道收信方的公鑰,只有收信方(解密者)才是唯一知道自己私鑰的人。不對稱加密算法的基本原理是,如果發信方想傳送只有收信方才能解讀的加密信息,發信方必須首先知道收信方的公鑰,然後利用收信方的公鑰來加密原文;收信方收到加密密文後,使用自己的私鑰才能解密密文。顯然,採用不對稱加密算法,收發信雙方在通信之前,收信方必須將自己早已隨機生成的公鑰送給發信方,而自己保留私鑰。由於不對稱算法擁有兩個密鑰,因而特別適用於分散式系統中的數據加密。廣泛套用的不對稱加密算法有RSA算法和美國國家標準局提出的DSA。以不對稱加密算法為基礎的加密技術套用非常廣泛。
非對稱加密系統使用對方的公開密鑰進行加密,只有對應的私密密鑰才能夠破解加密後的密文。下圖是非對稱加密系統的一個簡單示意過程:非對稱加密系統能夠達到秘密性和完整性:
對稱加密系統
u 只有指定的接收者才能解開密文
u 經過加密解密的過程中,不會改變明文
u 每個人都能傳送密文,但是不知道是誰傳送的

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