论文初稿 题目数据加密技术及其在网络中的应用.docx
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论文初稿题目数据加密技术及其在网络中的应用
湖南司法警官职业学院
毕业作业
作业题目:
数据加密技术及其在网络中的应用
姓名:
邓双全
学号:
200733060037
专业:
司法信息安全
区队:
07信管303
指导老师:
王松滨
论文字数:
二0一0年6月
目录
(二号黑体、单独一页)
一、××××××××××××…………………(页码)
(三号宋体)
1、××××××××××××……………………………(页码)
(四号宋体)
(1)××××××××××××……………………………(页码)
(四号宋体)
内容摘要
信息安全的核心就是数据的安全,也就是说数据加密是信息安全的核心问题。
数据数据的安全问题越来越受到重视,数据加密技术的应用极大的解决了数据库中数据的安全问题。
由于网络技术发展,影响着人们生活的方方面面,人们的网络活动越来越频繁,随之而来的安全性的要求也就越来越高,对自己在网络活动的保密性要求也越来越高,应用信息加密技术,保证了人们在网络活动中对自己的信息和一些相关资料的保密的要求,保证了网络的安全性和保密性。
尤其是在当今像电子商务、电子现金、数字货币、网络银行等各种网络业务的快速的兴起。
使得如何保护信息安全使之不被窃取、不被篡改或破坏等问题越来越受到人们的重视。
解决这问题的关键就是信息加密技术。
所谓加密,就是把称为“明文”的可读信息转换成“密文”的过程;而解密则是把“密文”恢复为“明文”的过程。
加密和解密都要使用密码算法来实现。
密码算法是指用于隐藏和显露信息的可计算过程,通常算法越复杂,结果密文越安全。
在加密技术中,密钥是必不可少的,密钥是使密码算法按照一种特定方式运行并产生特定密文的值。
使用加密算法就能够保护信息安全使之不被窃取、不被篡改或破坏。
关键词:
数据加密网络安全信息安全数据加密技术
数据加密技术及其在网络中的应用
一、数据加密基本概念
1.加密的由来
2.有米网-杭州大学生网络首席媒体Ume(?
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(t_Wf_C]4f'IF]加密作为保障数据安全的一种方式,它不是现在才有的,它产生的历史相当久远,它是起源于要追溯于公元前2000年(几个世纪了),虽然它不是现在我们所讲的加密技术(甚至不叫加密),但作为一种加密的概念,确实早在几个世纪前就诞生了。
当时埃及人是最先使用特别的象形文字作为信息编码的,随着时间推移,巴比伦、美索不达米亚和希腊文明都开始使用一些方法来保护他们的书面信息。
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有米网-杭州大学生网络首席媒体Ume_t0L_A:
ac近期加密技术主要应用于军事领域,如美国独立战争、美国内战和两次世界大战。
最广为人知的编码机器是GermanEnigma机,在第二次世界大战中德国人利用它创建了加密信息。
此后,由于AlanTuring和Ultra计划以及其他人的努力,终于对德国人的密码进行了破解。
当初,计算机的研究就是为了破解德国人的密码,人们并没有想到计算机给今天带来的信息革命。
随着计算机的发展,运算能力的增强,过去的密码都变得十分简单了,于是人们又不断地研究出了新的数据加密方式,如利用ROSA算法产生的私钥和公钥就是在这个基础上产生的。
2、加密的概念
所谓数据加密(DataEncryption)技术是指将一个信息(或称明文,plaintext)经过加密钥匙(Encryptionkey)及加密函数转换,变成无意义的密文(ciphertext),而接收方则将此密文经过解密函数、解密钥匙(Decryptionkey)还原成明文。
加密技术是网络安全技术的基石。
数据加密的基本过程就是对原来为明文的文件或数据按某种算法进行处理,使其成为不可读的一段代码,通常称为“密文”,使其只能在输入相应的密钥之后才能显示出本来内容,通过这样的途径来达到保护数据不被非法人窃取、阅读的目的。
该过程的逆过程为解密,即将该编码信息转化为其原来数据的过程。
数据加密技术要求只有在指定的用户或网络下,才能解除密码而获得原来的数据,这就需要给数据发送方和接受方以一些特殊的信息用于加解密,这就是所谓的密钥。
其密钥的值是从大量的随机数中选取的。
按加密算法分为专用密钥和公开密钥两种。
专用密钥,又称为对称密钥或单密钥,加密和解密时使用同一个密钥,即同一个算法。
如DES和MIT的Kerberos算法。
单密钥是最简单方式,通信双方必须交换彼此密钥,当需给对方发信息时,用自己的加密密钥进行加密,而在接收方收到数据后,用对方所给的密钥进行解密。
当一个文本要加密传送时,该文本用密钥加密构成密文,密文在信道上传送,收到密文后用同一个密钥将密文解出来,形成普通文体供阅读。
在对称密钥中,密钥的管理极为重要,一旦密钥丢失,密文将无密可保。
这种方式在与多方通信时因为需要保存很多密钥而变得很复杂,而且密钥本身的安全就是一个问题。
对称密钥是最古老的,一般说“密电码”采用的就是对称密钥。
由于对称密钥运算量小、速度快、安全强度高,因而目前仍广泛被采用。
3、加密的理由
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Gr当今网络社会选择加密已是我们别无选择,其一是我们知道在互联网上进行文件传输、电子邮件商务往来存在许多不安全因素,特别是对于一些大公司和一些机密文件在网络上传输。
而且这种不安全性是互联网存在基础——TCP/IP协议所固有的,包括一些基于TCP/IP的服务;另一方面,互联网给众多的商家带来了无限的商机,互联网把全世界连在了一起,走向互联网就意味着走向了世界,这对于无数商家无疑是梦寐以求的好事,特别是对于中小企业。
为了解决这一对矛盾、为了能在安全的基础上大开这通向世界之门,我们只好选择了数据加密和基于加密技术的数字签名。
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加密在网络上的作用就是防止有用或私有化信息在网络上被拦截和窃取。
一个简单的例子就是密码的传输,计算机密码极为重要,许多安全防护体系是基于密码的,密码的泄露在某种意义上来讲意味着其安全体系的全面崩溃。
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tr通过网络进行登录时,所键入的密码以明文的形式被传输到服务器,而网络上的窃听是一件极为容易的事情,所以很有可能黑客会窃取得用户的密码,如果用户是Root用户或Administrator用户,那后果将是极为严重的。
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o;_K有米网-杭州大学生网络首席媒体Umez(~E_jau.l%数字签名就是基于加密技术的,它的作用就是用来确定用户是否是真实的。
应用最多的还是电子邮件,如当用户收到一封电子邮件时,邮件上面标有发信人的姓名和信箱地址,很多人可能会简单地认为发信人就是信上说明的那个人,但实际上伪造一封电子邮件对于一个通常人来说是极为容易的事。
在这种情况下,就要用到加密技术基础上的数字签名,用它来确认发信人身份的真实性。
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类似数字签名技术的还有一种身份认证技术,有些站点提供入站FTP和WWW服务,当然用户通常接触的这类服务是匿名服务,用户的权力要受到限制,但也有的这类服务不是匿名的,如某公司为了信息交流提供用户的合作伙伴非匿名的FTP服务,或开发小组把他们的Web网页上载到用户的WWW服务器上,现在的问题就是,用户如何确定正在访问用户的服务器的人就是用户认为的那个人,身份认证技术就是一个好的解决方案。
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x*R|7dE在这里需要强调一点的就是,文件加密其实不只用于电子邮件或网络上的文件传输,其实也可应用静态的文件保护,如PIP软件就可以对磁盘、硬盘中的文件或文件夹进行加密,以防他人窃取其中的信息。
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4、数据加密方法
据不完全统计,到目前为止,已经公开发表的各种加密算法多达数百种。
下面我们将分别介绍简单加密方法、对称算法、公钥算法和PGP的应用。
(1)、简单的加密方法:
换位和置换
换位和置换(transpositionandsubstitutionciphers)是两种主要的编码方法,是组成最简单的密码基础。
换位很像是一种字母游戏,打乱字母的顺序,并设法用这些打乱的字母组成一个单词。
在换位密码中,数据本身并没有改变,它只是被安排成另一种不同的格式,有许多种不同的置换密码,有一种是用凯撒大帝的名字JuliasCaesar命名的,即凯撒密码。
它的原理是每一个字母都用其前面的第三个字母代替,如果到了最后那个字母,则又从头开始算。
字母可以被在它前面的第n个字母所代替,在凯撒的密码中n就是3。
(2)、基于密钥的密码算法
这种算法通常有两类:
对称算法和公开密钥算法。
1.对称算法
对称算法,就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来,反过来也成立。
大多数对称算法中,加、解密的密钥是相同的,这些算法也称为秘密密钥算法或单密钥算法。
它要求发送者和接收者在安全通信之前,商定一个密钥。
算法的安全性依赖于密钥,只要通信需要保密,密钥就必须保密。
对称算法又分为两类:
分组算法和序列算法,两者区别在于分组算法是对一个大的明文数据块(分组)进行运算;序列算法是对明文中单个位(或字节)进行运算。
对称算法体制的发展趋势将以分组密码为重点,著名的对称密码算法有:
2.DES(DataEncryptionStandard)数据加密标准
最著名的保密密钥或对称密钥加密算法DES(DataEncryptionStandard)是由IBM公司在70年代发展起来的,该标准于1977年由美国国家标准局颁布,主要用于民用敏感信息的保护,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,使用56位密钥每次处理64位数据,运算速度快,易于用软件实现,也适合在专用芯片上实现。
DES是一种世界公认的好的加密算法,自它问世以来经受住了许多科学家的研究和破译,曾为全球贸易、金融等部门提供了可靠的通信安全保障。
但它也有明显的缺点,密钥太短,有56位。
目前已有许多DES被破译的报道,因此为了提高安全性,DES又有了新的发展。
比如:
三重DES使用双密钥加密的方法,即使用两个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的长度增加到112位。
还有三重DES的变形算法,使用三个独立密钥,相当于密钥长度增加到168位等。
IDEA(InternationalDataEncryptionAlgorithm)国际数据加密算法
IDEA由瑞士的XuejiaLai和JamesMassey于1990年正式公布,并在以后得到增强。
这种算法是在DES算法的基础上发展起来的,类似于三重DES。
发展IDEA也是因为感到DES使用的密钥太短。
IDEA的密钥为128位,这么长的密钥在未来若干年内应该是安全的。
IDEA算法也基于分组,它采用软件和硬件实现都同样快速,目前软件实现的IDEA比DES快两倍。
由于IDEA是在美国之外提出并发展起来的,避开了美国法律上对加密技术的诸多限制。
因此,有关IDEA算法和实现技术的资料可以自由出版和交流,可极大地促进IDEA的发展和完善。
但由于该算法是一个相对较新的算法,针对它的攻击也还不多,还未经过较长时间的考验。
因此,尚不能判断出它的问题和缺陷。
这一类算法的优点是有很强的保密强度,且经受住时间的检验和攻击,但其密钥必须通过安全的途径传送。
因此,其密钥管理成为系统安全的重要因素。
(3)、公开密钥算法
公开密钥算法是指使用一对密钥加解密信息,加密的密钥不同于解密的密钥,而且解密的密钥不能根据密钥在合理的时间和财力内计算出来。
之所以叫公开密钥算法(以下简称公钥算法),是因为加密密钥能够公开,谁都可以使用加密密钥加密信息,但只有用相应的解密密钥才能解密信息。
著名的公钥算法有:
RSA算法
RSA由美国的Rivest、Shamir和Adleman于1978年提出。
该算法基于大数分解的难度,即已知合数n,求pq,使n=pq。
所以随着大整数分解算法和计算能力的不断提高,对RSA的破译能力也在增强。
有报道482位的RSA已被利用数域筛NFS分解出来,512位也可以在数月时间被分解,1024位的RSA目前仍是比较安全的。
与DES相比,RSA拥有更高的安全。
与DES相比,RSA拥有更高的安全性,但执行速度慢,因些两者经常结合起来使用,DES加密速度快,适合加密较长的报文;而RSA可解决DES密钥分配的问题。
比如:
若A要与B通信,首先A产生一个与B通信的DES密钥,用B的公钥对通信密钥加密后传给B,B用其私有密钥(只有B拥有)解密,获得双方的一次性通信DES密钥。
然后双方采用此DES通信进行保密通信。
Diffe-Hellman算法
该算法是第一个公钥算法,由美国的Diffe和Hellman于1976年提出。
其安全性源于在有限域上计算离散对数比计算指数更困难,该算法主要用于密钥交换。
协议如下:
首先A与B协商一个大的素数n和g,g是模n的本原元;A选取一个大的随机数x并且发送给B:
X=gxmodn;B选取一个大的随机数y并且发送给A:
Y=gymodn;A计算k2=Yxmodn;B计算k2=Xymodn,k1和k2都等于gxymodn,偷听者即使知道n,g,X和Y,也无法计算出k,除非他们计算离散对数,因此k是A与B的秘密密钥。
椭圆曲线
椭圆曲线已研究了许多年,Koblitz和Miller于1985年分别提出将它用于公钥密码体制。
椭圆曲线的吸引人之处在于提供了由元素和组合规则来组成群的构造方法,即利用椭圆曲线上的点构成Abelian加法群构造离散对数问题。
基于有限域GF(2n)的椭圆曲线算术运算器很容易构造,并且n在130位至200位之间的实现相当简单,它提供了一个更快的具有更小密钥长度的公钥算法。
公钥密码的优点是可以适应网络的开放性要求,且密钥管理问题也较为简单,尤其可方便的实现数字签名和验证。
但其算法复杂,加密数据的速率较低,尽管如此,随着现代电子技术和密码技术的发展,公钥密码算法将是一种很有前途的网络安全加密体制。
当然在实际应用中人们通常将常规密码和公钥密码结合在一起使用,比如:
利用DES或者IDEA来加密信息,而采用RSA来传递会话密钥。
如果按照每次加密所处理的比特来分类,可以将加密算法分为序列密码和分组密码。
前者每次只加密一个比特而后者则先将信息序列分组,每次处理一个组。
(4)、广泛运用的PGP
PGP(PrettyGoodPrivacy)是一个基于RSA公钥加密体系的邮件加密软件,它的创始人是美国的PhilZimmermann。
其创造性在于把RSA公钥体系的方便和传统加密体系的高速度结合起来,可以用它对邮件保密以的邮件加上数字签名,从而使收信人可以确信邮件是用户发来的。
它让用户可以安全地和从未见过的人们通信,事先并不需要任何保密的传递密钥。
它采用了以下技术:
审慎的密钥合算法、用于数字签名的邮件往往不加密前压缩等,还有一个良好的人机工程设计。
它功能强大、速度很快,而且其源代码是免费的。
实际上PGP的功能还不止上面说的,PGP可以用来加密文件,还可以用PGP代替UUencode生成RADIX64格式(就是MIME的BASE64格式)的编码文件。
为什么说PGP用的是RSA和传统加密的杂合算法呢?
因为RSA算法计算量很大而且在速度上也不适合加密大量数据,所以PGP实际上用来加密的不是RSA本身,而是采用了一种叫IDEA的传统加密算法,首先解释一下什么叫传统加密,简单地说就是用一个密钥加密明文,然后用同样的密钥解密。
这种方法的代表是DES(USFederalDataEncryptionStandard),也就是乘法加密,主要缺点就是传递渠道解决不了安全性问题,不适合网络环境邮件加密需要。
IDEA是一个有专利的算法,专利持有者是ETH和一个瑞士公司Ascom-TechAG,非商业用途的IDEA实现不用向他们交纳费用。
IDEA的加(解)密速度比RSA快得多,所以实际上PGP是以一个随机生成的密钥用IDEA算法对明文加密,然后用RSA算法对该密钥加密,这样收件人同样是用RSA解出这个随机密钥,再用IDEA解密邮件本身,这样的链式加密就做到了既有RSA体系的链式加密就做到了既有RSA体系的保密性,又有IDEA算法的快捷性。
关于公钥的产生问题是PGP安全的核心,在这里就不细说了。
和传统单密钥体系一样,私钥保密是决定性的。
相对公钥而言,私钥不存在被篡改的问题,但存在泄露的问题。
RSA的私钥是很长的一个数字,用户不能将它记住,PGP的办法是让用户为随机生成的RSA私钥指定一个口令。
只有通过给出口令才能将私钥释放出来使用,用口令加密私钥的方法保密程度和PGP本身是一样的,用穷举法可试探出用户的口令,虽说很困难但毕竟是损失了安全性。
这里只要简单地记住一点,要像其他隐私一样保藏自己的私钥,认证有机会接触到它,最好只在大脑中保存它,不要写在纸上。
二、数据加密技术与网络安全的关系
三、数据加密技术在网络中的应用
1、数据加密的网络应用
数据加密可以使人们在因特网上进行安全的会话,而不必担心会被人偷听。
随处可见的虚拟私用网和最新的加密和鉴别技术都是很好的数据加密技术的应用。
(1)身份认证
网络身份认证技术的代表是Kerberos网络用户认证系统,该系统基于对称密钥(通常采用DES),采用可信任的第三方密钥分配中心(KDC)保存与所有密钥持有者通信的密钥,其认证过程可以简化如下:
客户方(C)向KDC申请访问服务器(S)的许可证;KDC确认C合法后,临时生成一个C与S通信的密钥Kc,s,并用C的密钥Kc加密Kc,s后发给C,附上用S的密钥Ks加密的访问S的许可证Ts(内含Kc,s);C收到信息后,解密得到Kc,s,再把Ts照原样传给S,并附上用Kc,s加密的C的身份和时间;当S收到信息后,解密Ts得到Kc,s,再用Kc,s解密附件,得到C的身份和时间;之后,C和S用Kc,s加密通信信息。
其他的认证技术还有一次性口令、数字凭证等。
数字凭证就像个人信用卡,由认证机构发放管理。
一张数字凭证包括持有者的名字、公钥、发行者的数字签名等,其标准在ITU制定的X.509中。
(2)数字签名
数字签名既是一种信息接收者对信息发送者进行身份认证的手段,也是一种反抵赖的手段。
签名是由一
方发出的,事后不但发方不能否认,而且收方也不能伪造、篡改签名或信息内容,同时这一切均可由可信任的第三方仲裁。
常使用公钥算法,也可用Hash签名。
简单的签名是,发送者(A)使用其私钥加密消息进行签名,接收方用A的公钥解密,从而验证A的签名,但为了防范重播攻击,签名中应包含日期和时间。
可信任的第三方拥有A的私钥,为更好地发挥数字签名的作用,可以把数字签名与消息摘要MD结合起来,来证明发送者的信息和保证信息的完整性。
(3)PGP加密系统
PGP(PrettyGoodPrivacy)即免费保密电子邮件程序,采用IDEA进行数据加密,采用RSA进行密钥管理和数字签名,采用MD5作为单向散列函数。
PGP最令人感兴趣的是密钥管理中的分发方法,它没有密钥
证书管理机构,所有用户产生并分发他们自己的公钥。
用户可通过相互对公钥签名以创建一个所有PGP的用户互连组,用户可以自由决定信任谁。
2、加密技术在电子商务中的应用
(1)_VaE+~f+M5C@%c-P\&D()在电子商务方面的应用有米网-杭州大学生网络首席媒体Ume_fB8\f_B_x^A(g_}8c有米网-杭州大学生网络首席媒体Ume'SS7xP']'o)`K&A9[
电子商务(E-business)要求顾客可以在网上进行各种商务活动,不必担心自己的信用卡会被人盗用。
在过去,用户为了防止信用卡的号码被窃取到,一般是通过电话订货,然后使用用户的信用卡进行付款。
现在人们开始用RSA(一种公开/私有密钥)的加密技术,提高信用卡交易的安全性,从而使电子商务走向实用成为可能。
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t5O有米网-杭州大学生网络首席媒体Umet_v(l7R5A].{J许多人都知道NETSCAPE公司是Internet商业中领先技术的提供者,该公司提供了一种基于RSA和保密密钥的应用于因特网的技术,被称为安全插座层(SecureSocketsLayer,SSL)。
#CJ_t~_q
a7Ub_A4VC_Y也许很多人知道Socket,它是一个编程界面,并不提供任何安全措施,而SSL不但提供编程界面,而且向上提供一种安全的服务,SSL3.0现在已经应用到了服务器和浏览器上,SSL2.0则只能应用于服务器端。
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x_ybS有米网-杭州大学生网络首席媒体Ume_U\_h[6[9N_
SSL3.0用一种电子证书(electriccertificate)来实行身份进行验证后,双方就可以用保密密钥进行安全的会话了。
它同时使用“对称”和“非对称”加密方法,在客户与电子商务的服务器进行沟通的过程中,客户会产生一个SessionKey,然后客户用服务器端的公钥将SessionKey进行加密,再传给服务器端,在双方都知道SessionKey后,传输的数据都是以SessionKey进行加密与解密的,但服务器端发给用户的公钥必需先向有关发证机关申请,以得到公证。
有米网-杭州大学生网络首席媒体Ume3F:
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基于SSL3.0提供的安全保障,用户就可以自由订购商品并且给出信用卡号了,也可以在网上和合作伙伴交流商业信息并且让供应商把订单和收货单从网上发过来,这样可以节省大量的纸张,为公司节省大量的电话、传真费用。
在过去,电子信息交换(ElectricDataInterchange,EDI)、信息交易(informationtransaction)和金融交易(financialtransaction)都是在专用网络上完成的,使用专用网的费用大大高于互联网。
正是这样巨大的诱惑,才使人们开始发展因特网上的电子商务,但不要忘记数据加密。
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(2)加密技术在VPN中的应用有米网-杭州大学生网络首席媒体Ume._+E-tH8t_sG_r,^
有米网-杭州大学生网络首席媒体UmeI_uA,M%T_k*`2F2i现在,越多越多的公司走向国际化,一个公司可能在多个国家都有办事机构或销售中心,每一个机构都有自己的局域网LAN(LocalAreaNetwork),但在当今的网络社会人们的要求不仅如此,用户希望将这些LAN连结在一起组成一个公司的广域网,这个在现在已不是什么难事了。
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Q`)r0k3t事实上,很多公司都已经这样做了,但他们一般使用租用专用线路来连结这些局域网,他们考虑的就是网络的安全问题。
现在具有加密/解密功能的路由器已到处都是,这就使人们通过互联网连接这些局域网成为可能,这就是我们通常所说的虚拟专用网(VirtualPrivateNetwork,VPN)。
当数据离开发送者所在的局域网时,该数据首先被用户湍连接到互联网上的路由器进行硬件加密,数据在互联网上是以加密的形式传送的,当达到目的LAN的路由器时,该路由器就
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