数据加密简介

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数据加密简介

老朱教授 2017-11-26 09:25:00 浏览803
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一、数据加密/编码算法列表

1.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

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。

2.常见加密算法

(1).对称加密算法

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;

RC2和 RC4:对称算法,用变长密钥对大量数据进行加密,比 DES 快;

(2).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。

(3).散列算法(加密性强的散列一定是不可逆的,这就意味着通过散列结果,无法推出任何部分的原始信息。)

MD5(Message Digest Algorithm 5):是RSA数据安全公司开发的一种单向散列算法。

SHA(Secure Hash Algorithm):可以对任意长度的数据运算生成一个160位的数值;

MAC(Message Authentication Code):消息认证代码,是一种使用密钥的单向函数,可以用它们在系统上或用户之间认证文件或消息。HMAC(用于消息认证的密钥散列法)就是这种函数的一个例子。

CRC(Cyclic Redundancy Check):循环冗余校验码,CRC校验由于实现简单,检错能力强,被广泛使用在各种数据校验应用中。占用系统资源少,用软硬件均能实现,是进行数据传输差错检测地一种很好的手段(CRC 并不是严格意义上的散列算法,但它的作用与散列算法大致相同,所以归于此类)。

(4).其它数据算法

包括一些常用编码算法及其与明文(ASCII、Unicode 等)转换等,如 Base 64、Quoted Printable、EBCDIC 等。

3. 对称与非对称算法比较
    以上综述了两种加密方法的原理,总体来说主要有下面几个方面的不同:

l         在管理方面:公钥密码算法只需要较少的资源就可以实现目的,在密钥的分配上,两者之间相差一个指数级别(一个是n一个是n2)。所以私钥密码算法不适应广域网的使用,而且更重要的一点是它不支持数字签名。

l         在安全方面:由于公钥密码算法基于未解决的数学难题,在破解上几乎不可能。对于私钥密码算法,到了AES虽说从理论来说是不可能破解的,但从计算机的发展角度来看。公钥更具有优越性。

l         从速度上来看:AES的软件实现速度已经达到了每秒数兆或数十兆比特。是公钥的100倍,如果用硬件来实现的话这个比值将扩大到1000倍。

4 各种加密算法的优缺点:

1)     不可逆加密,数字签名

MessageDigest是一个数据的数字指纹.即对一个任意长度的数据进行计算,产生一个唯一指纹号.

MessageDigest的特性:A) 两个不同的数据,难以生成相同的指纹号B) 对于指定的指纹号,难以逆向计算出原始数据

代表:MD5/SHA

2)    DES (对称加密)

单密钥算法,是信息的发送方采用密钥A进行数据加密,信息的接收方采用同一个密钥A进行数

据解密.

单密钥算法是一个对称算法.

缺点:由于采用同一个密钥进行加密解密,在多用户的情况下,密钥保管的安全性是一个问题.

代表:DES

3)   (非对称加密,数字签名)

所谓数字签名是指发送方从发送报文中抽取特征数据(称为数字指纹或摘要),然后用发送方

的私钥对数字指纹使用加密算法进行算法操作,接受方使用发送方已经公开的公钥解密并验

证报文.

数字签名用户验证发送方身份或者发送方信息的完整性

代表:DSA

4)   (非对称加密)

公钥密码体制:为了解决单密钥保管安全性的问题,提供了公钥密码体制的概念.在公钥体制

中,加密密钥不同于解密密钥,加密密钥公之于众,谁都可以使用;解密密钥只有解密人自

己知道。它们分别称为公开密钥(Public key)和秘密密钥(Private key)。

代表:RSA

 

 

二、算法的 .NET 实现

常见的加密和编码算法都已经在 .NET Framework中得到了实现,为编码人员提供了极大的便利性,实现这些算法的名称空间是:System.Security.Cryptography。

System.Security.Cryptography 命名空间提供加密服务,包括安全的数据编码和解码,以及许多其他操作,例如散列法、随机数字生成和消息身份验证。

System.Security.Cryptography 是按如下方式组织的:

1、私钥加密

私钥加密又称为对称加密,因为同一密钥既用于加密又用于解密。私钥加密算法非常快(与公钥算法相比),特别适用于对较大的数据流执行加密转换。

.NET Framework 提供以下实现私钥加密算法的类:

DES:DESCryptoServiceProvider

RC2:RC2CryptoServiceProvider

Rijndael(AES):RijndaelManaged

3DES:TripleDESCryptoServiceProvider

2、公钥加密和数字签名

 公钥加密使用一个必须对未经授权的用户保密的私钥和一个可以对任何人公开的公钥。用公钥加密的数据只能用私钥解密,而用私钥签名的数据只能用公钥验证。公钥可以被任何人使用;该密钥用于加密要发送到私钥持有者的数据。两个密钥对于通信会话都是唯一的。公钥加密算法也称为不对称算法,原因是需要用一个密钥加密数据而需要用另一个密钥来解密数据。

.NET Framework 提供以下实现公钥加密算法的类:

DSA:DSACryptoServiceProvider

RSA:RSACryptoServiceProvider 

3、哈希(Hash)值

哈希算法将任意长度的二进制值映射为固定长度的较小二进制值,这个小的二进制值称为哈希值。哈希值是一段数据唯一且极其紧凑的数值表示形式。如果散列一段明文而且哪怕只更改该段落的一个字母,随后的哈希都将产生不同的值。要找到散列为同一个值的两个不同的输入,在计算上是不可能的,所以数据的哈希值可以检验数据的完整性。

.NET Framework 提供以下实现数字签名算法的类:

HMAC:HMACSHA1 (HMAC 为一种使用密钥的 Hash 算法)

MAC:MACTripleDES

MD5:MD5CryptoServiceProvider

SHA1:SHA1Managed、SHA256Managed、SHA384Managed、SHA512Managed

4、随机数生成

加密密钥需要尽可能地随机,以便使生成的密钥很难再现,所以随机数生成是许多加密操作不可分割的组成部分。

在 .NET Framework 中,RNGCryptoServiceProvider 是随机数生成器算法的实现,对于数据算法,.NET Framework 则在其它命名空间中实现,如 Convert 类实现 Base 64 编码,System.Text 来实现编码方式的转换等。

 

三.加密算法的选择

前面的章节已经介绍了对称解密算法和非对称加密算法,有很多人疑惑:那我们在实际使用的过程中究竟该使用哪一种比较好呢?

我们应该根据自己的使用特点来确定,由于非对称加密算法的运行速度比对称加密算法的速度慢很多,当我们需要加密大量的数据时,建议采用对称加密算法,提高加解密速度。

对称加密算法不能实现签名,因此签名只能非对称算法。

由于对称加密算法的密钥管理是一个复杂的过程,密钥的管理直接决定着他的安全性,因此当数据量很小时,我们可以考虑采用非对称加密算法。

在实际的操作过程中,我们通常采用的方式是:采用非对称加密算法管理对称算法的密钥,然后用对称加密算法加密数据,这样我们就集成了两类加密算法的优点,既实现了加密速度快的优点,又实现了安全方便管理密钥的优点。

如果在选定了加密算法后,那采用多少位的密钥呢?一般来说,密钥越长,运行的速度就越慢,应该根据的我们实际需要的安全级别来选择,一般来说,RSA建议采用1024位的数字,ECC建议采用160位,AES采用128为即可。

 

四.          密码学在现代的应用

随着密码学商业应用的普及,公钥密码学受到前所未有的重视。除传统的密码应用系统外,PKI系统以公钥密码技术为主,提供加密、签名、认证、密钥管理、分配等功能。

保密通信:保密通信是密码学产生的动因。使用公私钥密码体制进行保密通信时,信息接收者只有知道对应的密钥才可以解密该信息。

数字签名:数字签名技术可以代替传统的手写签名,而且从安全的角度考虑,数字签名具有很好的防伪造功能。在政府机关、军事领域、商业领域有广泛的应用环境。

秘密共享:秘密共享技术是指将一个秘密信息利用密码技术分拆成n个称为共享因子的信息,分发给n个成员,只有k(k≤n)个合法成员的共享因子才可以恢复该秘密信息,其中任何一个或m(m≤k)个成员合作都不知道该秘密信息。利用秘密共享技术可以控制任何需要多个人共同控制的秘密信息、命令等。

认证功能:在公开的信道上进行敏感信息的传输,采用签名技术实现对消息的真实性、完整性进行验证,通过验证公钥证书实现对通信主体的身份验证。

密钥管理:密钥是保密系统中更为脆弱而重要的环节,公钥密码体制是解决密钥管理工作的有力工具;利用公钥密码体制进行密钥协商和产生,保密通信双方不需要事先共享秘密信息;利用公钥密码体制进行密钥分发、保护、密钥托管、密钥恢复等。

基于公钥密码体制可以实现以上通用功能以外,还可以设计实现以下的系统:安全电子商务系统、电子现金系统、电子选举系统、电子招投标系统、电子彩票系统等。

公钥密码体制的产生是密码学由传统的政府、军事等应用领域走向商用、民用的基础,同时互联网、电子商务的发展为密码学的发展开辟了更为广阔的前景。

 

五.          加密算法的未来

随着计算方法的改进,计算机运行速度的加快,网络的发展,越来越多的算法被破解。

在2004年国际密码学会议(Crypto’2004)上,来自中国山东大学的王小云教授做的破译MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD算法的报告,令在场的国际顶尖密码学专家都为之震惊,意味着这些算法将从应用中淘汰。随后,SHA-1也被宣告被破解。

历史上有三次对DES有影响的攻击实验。1997年,利用当时各国 7万台计算机,历时96天破解了DES的密钥。1998年,电子边境基金会(EFF)用25万美元制造的专用计算机,用56小时破解了DES的密钥。1999年,EFF用22小时15分完成了破解工作。因此。曾经有过卓越贡献的DES也不能满足我们日益增长的需求了。

最近,一组研究人员成功的把一个512位的整数分解因子,宣告了RSA的破解。

我们说数据的安全是相对的,可以说在一定时期一定条件下是安全的,随着硬件和网络的发展,或者是另一个王小云的出现,目前的常用加密算法都有可能在短时间内被破解,那时我们不得不使用更长的密钥或更加先进的算法,才能保证数据的安全,因此加密算法依然需要不断发展和完善,提供更高的加密安全强度和运算速度。

纵观这两种算法一个从DES到3DES再到AES,一个从RSA到ECC。其发展角度无不是从密钥的简单性,成本的低廉性,管理的简易性,算法的复杂性,保密的安全性以及计算的快速性这几个方面去考虑。因此,未来算法的发展也必定是从这几个角度出发的,而且在实际操作中往往把这两种算法结合起来,也需将来一种集两种算法优点于一身的新型算法将会出现,到那个时候,电子商务的实现必将更加的快捷和安全。




本文转自94cool博客园博客,原文链接:http://www.cnblogs.com/94cool/archive/2011/06/12/2078859.html,如需转载请自行联系原作者


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