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传统加密算法使用的基本技术

keros@mark 2022-10-28 资讯中心

本文目录一览

传统的加密方法有哪些

本文只是概述几种简单的传统加密算法,没有DES,没有RSA,没有想象中的高端大气上档次的东东。。。但是都是很传统很经典的一些算法

首先,提到加密,比如加密一段文字,让其不可读,一般人首先会想到的是将其中的各个字符用其他一些特定的字符代替,比如,讲所有的A用C来表示,所有的C用E表示等等…其中早的代替算法就是由Julius Caesar发明的Caesar,它是用字母表中每个字母的之后的第三个字母来代替其本身的(C=E(3,p)=(p+3) mod 26),但是,这种加密方式,很容易可以用穷举算法来破解,毕竟只有25种可能的情况..

为了改进上诉算法,增加其破解的难度,我们不用简单的有序的替代方式,我们让替代无序化,用其中字母表的一个置换(置换:有限元素的集合S的置换就是S的所有元素的有序排列,且每个元素就出现一次,如S={a,b}其置换就只有两种:ab,ba),这样的话,就有26!种方式,大大的增加了破解的难度,但是这个世界聪明人太多,虽然26!很多,但是语言本身有一定的特性,每个字母在语言中出现的相对频率可以统计出来的,这样子,只要密文有了一定数量,就可以从统计学的角度,得到准确的字母匹配了。

上面的算法我们称之为单表代替,其实单表代替密码之所以较容易被攻破,因为它带有原始字母使用频率的一些统计学特征。有两种主要的方法可以减少代替密码里明文结构在密文中的残留度,一种是对明文中的多个字母一起加密,另一种是采用多表代替密码。

先说多字母代替吧,最著名的就是playfair密码,它把明文中的双字母音节作为一个单元并将其转换成密文的双字母音节,它是一个基于由密钥词构成的5*5的字母矩阵中的,一个例子,如密钥为monarchy,将其从左往右从上往下填入后,将剩余的字母依次填入剩下的空格,其中I/J填入同一个空格:

对明文加密规则如下:

1 若p1 p2在同一行,对应密文c1 c2分别是紧靠p1 p2 右端的字母。其中第一列被看做是最后一列的右方。

2 若p1 p2在同一列,对应密文c1 c2分别是紧靠p1 p2 下方的字母。其中第一行被看做是最后一行的下方。

3 若p1 p2不在同一行,不在同一列,则c1 c2是由p1 p2确定的矩形的其他两角的字母,并且c1和p1, c2和p2同行。

4 若p1 p2相同,则插入一个事先约定的字母,比如Q 。

5 若明文字母数为奇数时,则在明文的末端添加某个事先约定的字母作为填充。

虽然相对简单加密,安全性有所提高,但是还是保留了明文语言的大部分结构特征,依旧可以破解出来,另一个有意思的多表代替密码是Hill密码,由数学家Lester Hill提出来的,其实就是利用了线性代数中的可逆矩阵,一个矩阵乘以它的逆矩阵得到单位矩阵,那么假设我们对密文每m个字母进行加密,那么将这m个字母在字母表中的序号写成矩阵形式设为P(如abc,[1,2,3]),密钥就是一个m阶的矩阵K,则C=P*K mod26,,解密的时候只要将密文乘上K的逆矩阵模26就可以了。该方法大大的增加了安全性。

常用的加密算法有哪些?

对称密钥加密

对称密钥加密 Symmetric Key Algorithm 又称为对称加密、私钥加密、共享密钥加密:这类算法在加密和解密时使用相同的密钥,或是使用两个可以简单的相互推算的密钥,对称加密的速度一般都很快。

分组密码

分组密码 Block Cipher 又称为“分块加密”或“块加密”,将明文分成多个等长的模块,使用确定的算法和对称密钥对每组分别加密解密。这也就意味着分组密码的一个优点在于可以实现同步加密,因为各分组间可以相对独立。

与此相对应的是流密码:利用密钥由密钥流发生器产生密钥流,对明文串进行加密。与分组密码的不同之处在于加密输出的结果不仅与单独明文相关,而是与一组明文相关。

DES、3DES

数据加密标准 DES Data Encryption Standard 是由IBM在美国国家安全局NSA授权下研制的一种使用56位密钥的分组密码算法,并于1977年被美国国家标准局NBS公布成为美国商用加密标准。但是因为DES固定的密钥长度,渐渐不再符合在开放式网络中的安全要求,已经于1998年被移出商用加密标准,被更安全的aes标准替代。

DES使用的Feistel Network网络属于对称的密码结构,对信息的加密和解密的过程极为相似或趋同,使得相应的编码量和线路传输的要求也减半。

DES是块加密算法,将消息分成64位,即16个十六进制数为一组进行加密,加密后返回相同大小的密码块,这样,从数学上来说,64位0或1组合,就有2^64种可能排列。DES密钥的长度同样为64位,但在加密算法中,每逢第8位,相应位会被用于奇偶校验而被算法丢弃,所以DES的密钥强度实为56位。

3DES Triple DES,使用不同Key重复三次DES加密,加密强度更高,当然速度也就相应的降低。

aes

高级加密标准 aes Advanced Encryption Standard 为新一代数据加密标准,速度快,安全级别高。由美国国家标准技术研究所NIST选取Rijndael于2000年成为新一代的数据加密标准。

aes的区块长度固定为128位,密钥长度可以是128位、192位或256位。aes算法基于Substitution Permutation Network代换置列网络,将明文块和密钥块作为输入,并通过交错的若干轮代换"Substitution"和置换"Permutation"操作产生密文块。

aes加密过程是在一个4*4的字节矩阵(或称为体State)上运作,初始值为一个明文区块,其中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte,加密时,基本上各轮加密循环均包含这四个步骤:

合并(AddRoundKey):矩阵中的每个字节与该回合密钥做XOR异或运算,其中回合密钥由主密钥通过Rijndael密钥生成方案生成,这个密钥大小跟原矩阵一致。

替换(SubBytes):矩阵中的每个字节通过一个8位查找表对应的特定字节所替换。这里的8位查找表为S-box(Substitution-box, 置换盒),用来模糊密钥与密文之间的关系,实现输入输出的非线性特征。

行混淆(ShiftRows):矩阵中的每一行的各个字节循环向左方位移,位移量随行数递增。列混淆(MixColumns):每一列的四个字节通过线性变换互相结合,即与一个固定的多项式做乘法。

安全性

已知的针对aes唯一的成功攻击是旁道攻击,2005年时使用缓存时序攻击法,破解了一个装载OpenSSL aes加密系统的客户服务器。

针对区块加密系统最常见的方式,是通过对加密循环次数较少的版本尝试攻击,然后改进算法后继续攻击高级版本,目前这个破解方法还不太实用。

另外由于aes的数据结构具有井然有序的代数结构,有一个担心就是相关的代数攻击,目前基于此的有效攻击方法也暂时没有出现。

非对称密钥加密

非对称密钥加密 Asymmetric Key Cryptography 也可称为 Public Key Cryptography 公开密钥加密:需要两个密钥,分为公钥和私钥,一个用作加密而另外一个只能用于解密,而加密的密钥并不能用来解密。

根据此特性,除了加解密的应用外,还可以确保数字签名的功能:某用户用私钥加密明文,任何人都可以用该用户的公钥解密密文,以此判定身份。

对称密钥需要一个安全的渠道可以交换共用的密钥,而非对称密钥可以将加密公钥公开发布;不过公钥加密在计算上相当复杂,性能远比不上对称加密,所以一般会利用公钥加密来交换对称密钥,然后依靠对称密钥来传输具体的信息。

RSA

RSA是由三个人的名字组成 Ron Rivest、Adi Shamir、Leonard Adleman于1977年在MIT提出,并于1987年公布,是目前最常用的公钥加密算法。

RSA算法的核心是极大整数的因式分解,理论基础在于由两个大质数算出乘积很容易,但是要从一个极大整数因式分解得出两个质数却很难。

ECC

ECC即 Elliptic Curve Cryptography 椭圆曲线密码学,是基于椭圆曲线数学建立公开密钥加密的算法。ECC的主要优势是在提供相当的安全等级情况下,密钥长度更小。

ECC的原理是根据有限域上的椭圆曲线上的点群中的离散对数问题ECDLP,而ECDLP是比因式分解问题更难的问题,是指数级的难度。而ECDLP定义为:给定素数p和椭圆曲线E,对Q=kP,在已知P,Q 的情况下求出小于p的正整数k。可以证明由k和P计算Q比较容易,而由Q和P计算k则比较困难。

数字签名

数字签名 Digital Signature 又称公钥数字签名是一种用来确保数字消息或文档真实性的数学方案。一个有效的数字签名需要给接收者充足的理由来信任消息的可靠来源,而发送者也无法否认这个签名,并且这个消息在传输过程中确保没有发生变动。

数字签名的原理在于利用公钥加密技术,签名者将消息用私钥加密,然后公布公钥,验证者就使用这个公钥将加密信息解密并对比消息。一般而言,会使用消息的散列值来作为签名对象。

加密技术分为哪两类

加密技术分为:

1、对称加密

对称加密采用了对称密码编码技术,它的特点是文件加密和解密使用相同的密钥,即加密密钥也可以用作解密密钥,这种方法在密码学中叫做对称加密算法,对称加密算法使用起来简单快捷,密钥较短,且破译困难

2、非对称

1976年,美国学者Dime和Henman为解决信息公开传送和密钥管理问题,提出一种新的密钥交换协议,允许在不安全的媒体上的通讯双方交换信息,安全地达成一致的密钥,这就是“公开密钥系统”。

加密技术的功能:

原有的单密钥加密技术采用特定加密密钥加密数据,而解密时用于解密的密钥与加密密钥相同,这称之为对称型加密算法。采用此加密技术的理论基础的加密方法如果用于网络传输数据加密,则不可避免地出现安全漏洞。

区别于原有的单密钥加密技术,PKI采用非对称的加密算法,即由原文加密成密文的密钥不同于由密文解密为原文的密钥,以避免第三方获取密钥后将密文解密。

以上内容参考:百度百科—加密技术

数据加密技术有哪些

加密技术通常分为两大类:“对称式”和“非对称式”。

对称式加密就是加密和解密使用同一个密钥,通常称之为“Session Key ”这种加密技术目前被广泛采用,如美国政府所采用的DES加密标准就是一种典型的“对称式”加密法,它的Session Key长度为56Bits。

非对称式加密就是加密和解密所使用的不是同一个密钥,通常有两个密钥,称为“公钥”和“私钥”,它们两个必需配对使用,否则不能打开加密文件。这里的“公钥”是指可以对外公布的,“私钥”则不能,只能由持有人一个人知道。它的优越性就在这里,因为对称式的加密方法如果是在网络上传输加密文件就很难把密钥告诉对方,不管用什么方法都有可能被别窃听到。而非对称式的加密方法有两个密钥,且其中的“公钥”是可以公开的,也就不怕别人知道,收件人解密时只要用自己的私钥即可以,这样就很好地避免了密钥的传输安全性问题。

一般的数据加密可以在通信的三个层次来实现:链路加密、节点加密和端到端加密。(3)

链路加密

对于在两个网络节点间的某一次通信链路,链路加密能为网上传输的数据提供安全证。对于链路加密(又称在线加密),所有消息在被传输之前进行加密,在每一个节点对接收到消息进行解密,然后先使用下一个链路的密钥对消息进行加密,再进行传输。在到达目的地之前,一条消息可能要经过许多通信链路的传输。

由于在每一个中间传输节点消息均被解密后重新进行加密,因此,包括路由信息在内的链路上的所有数据均以密文形式出现。这样,链路加密就掩盖了被传输消息的源点与终点。由于填充技术的使用以及填充字符在不需要传输数据的情况下就可以进行加密,这使得消息的频率和长度特性得以掩盖,从而可以防止对通信业务进行分析。

尽管链路加密在计算机网络环境中使用得相当普遍,但它并非没有问题。链路加密通常用在点对点的同步或异步线路上,它要求先对在链路两端的加密设备进行同步,然后使用一种链模式对链路上传输的数据进行加密。这就给网络的性能和可管理性带来了副作用。

在线路/信号经常不通的海外或卫星网络中,链路上的加密设备需要频繁地进行同步,带来的后果是数据丢失或重传。另一方面,即使仅一小部分数据需要进行加密,也会使得所有传输数据被加密。

在一个网络节点,链路加密仅在通信链路上提供安全性,消息以明文形式存在,因此所有节点在物理上必须是安全的,否则就会泄漏明文内容。然而保证每一个节点的安全性需要较高的费用,为每一个节点提供加密硬件设备和一个安全的物理环境所需要的费用由以下几部分组成:保护节点物理安全的雇员开销,为确保安全策略和程序的正确执行而进行审计时的费用,以及为防止安全性被破坏时带来损失而参加保险的费用。

在传统的加密算法中,用于解密消息的密钥与用于加密的密钥是相同的,该密钥必须被秘密保存,并按一定规则进行变化。这样,密钥分配在链路加密系统中就成了一个问题,因为每一个节点必须存储与其相连接的所有链路的加密密钥,这就需要对密钥进行物理传送或者建立专用网络设施。而网络节点地理分布的广阔性使得这一过程变得复杂,同时增加了密钥连续分配时的费用。

节点加密

尽管节点加密能给网络数据提供较高的安全性,但它在操作方式上与链路加密是类似的:两者均在通信链路上为传输的消息提供安全性;都在中间节点先对消息进行解密,然后进行加密。因为要对所有传输的数据进行加密,所以加密过程对用户是透明的。

然而,与链路加密不同,节点加密不允许消息在网络节点以明文形式存在,它先把收到的消息进行解密,然后采用另一个不同的密钥进行加密,这一过程是在节点上的一个安全模块中进行。

节点加密要求报头和路由信息以明文形式传输,以便中间节点能得到如何处理消息的信息。因此这种方法对于防止攻击者分析通信业务是脆弱的。

端到端加密

端到端加密允许数据在从源点到终点的传输过程中始终以密文形式存在。采用端到端加密,消息在被传输时到达终点之前不进行解密,因为消息在整个传输过程中均受到保护,所以即使有节点被损坏也不会使消息泄露。

端到端加密系统的价格便宜些,并且与链路加密和节点加密相比更可靠,更容易设计、实现和维护。端到端加密还避免了其它加密系统所固有的同步问题,因为每个报文包均是独立被加密的,所以一个报文包所发生的传输错误不会影响后续的报文包。此外,从用户对安全需求的直觉上讲,端到端加密更自然些。单个用户可能会选用这种加密方法,以便不影响网络上的其他用户,此方法只需要源和目的节点是保密的即可。

端到端加密系统通常不允许对消息的目的地址进行加密,这是因为每一个消息所经过的节点都要用此地址来确定如何传输消息。由于这种加密方法不能掩盖被传输消息的源点与终点,因此它对于防止攻击者分析通信业务是脆弱的。

简述加密技术的基本原理,并指出有哪些常用的加密体制及其代表算法

1、对称加密算法

对称加密算法用来对敏感数据等信息进行加密,常用的算法包括:

DES(Data Encryption Standard):数据加密标准,速度较快,适用于加密大量数据的场合。

3DES(Triple DES):是基于DES,对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密,强度更高。

aes(Advanced Encryption Standard):高级加密标准,是下一代的加密算法标准,速度快,安全级别高;

算法原理

aes 算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排,置换是将一个数据单元替换为另一个。aes 使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。

2、非对称算法

常见的非对称加密算法如下:

RSA:由 RSA 公司发明,是一个支持变长密钥的公共密钥算法,需要加密的文件块的长度也是可变的;

DSA(Digital Signature Algorithm):数字签名算法,是一种标准的 DSS(数字签名标准);

ECC(Elliptic Curves Cryptography):椭圆曲线密码编码学。

算法原理——椭圆曲线上的难题

椭圆曲线上离散对数问题ECDLP定义如下:给定素数p和椭圆曲线E,对Q=kP,在已知P,Q 的情况下求出小于p的正整数k。可以证明由k和P计算Q比较容易,而由Q和P计算k则比较困难。

将椭圆曲线中的加法运算与离散对数中的模乘运算相对应,将椭圆曲线中的乘法运算与离散对数中的模幂运算相对应,我们就可以建立基于椭圆曲线的对应的密码体制。

数据加密技术分哪两类

加密技术分为:

1、对称加密

对称加密采用了对称密码编码技术,它的特点是文件加密和解密使用相同的密钥,即加密密钥也可以用作解密密钥,这种方法在密码学中叫做对称加密算法,对称加密算法使用起来简单快捷,密钥较短,且破译困难

2、非对称

1976年,美国学者Dime和Henman为解决信息公开传送和密钥管理问题,提出一种新的密钥交换协议,允许在不安全的媒体上的通讯双方交换信息,安全地达成一致的密钥,这就是“公开密钥系统”。

相关信息:

目前主流的加密技术有对称加密例如DES,3DES和aes,然后还有非对称加密技术:例如RSA和椭圆加密算法。对称加密的话,就是用来加密和解密的密钥是一样的,非对称加密的话,加密的密钥和解密的密钥是不一样的,用加密的密钥加密以后,只有配对的另外一个密钥才能解开。

另外我们还可以常常看到MD5,SHA,SHA1之类的算法,其实他们不是加密算法,因为他们的结算结果不可逆,你没法从结果得到输入的数据是什么,他们的用途主要是为了防止泄密和修改数据,因为对于这些算法来说,每一个输入只能有一个输出,修改了输入就会使得输出变化很大,所以被人修改了数据的话通过这个算法就能知道了。

另外我校验密码的时候,如果只是通过这个计算结果来对比的话,其他人如果不知道我的密码,即使他能解码我的程序也不行,因为程序里面只有结果,没有输入的密码。

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