加密与数字签名

加密与数字签名

一、加密
　
　　数据加密技术从技术上的实现分为在软件和硬件两方面。按作用不同，数据加密技术主要分为数据传输、数据存储、数据完整性的鉴别以及密钥管理技术这四种。
　
　　在网络应用中一般采取两种加密形式：对称密钥和公开密钥，采用何种加密算法则要结合具体应用环境和系统，而不能简单地根据其加密强度来作出判断。因为除了加密算法本身之外，密钥合理分配、加密效率与现有系统的结合性，以及投入产出分析都应在实际环境中具体考虑。
　
　　对于对称密钥加密。其常见加密标准为DES等，当使用DES时，用户和接受方采用64位密钥对报文加密和解密，当对安全性有特殊要求时，则要采取IDEA和三重DES等。作为传统企业网络广泛应用的加密技术，秘密密钥效率高，它采用KDC来集中管理和分发密钥并以此为基础验证身份，但是并不适合Internet环境。
　
　　在Internet中使用更多的是公钥系统。即公开密钥加密，它的加密密钥和解密密钥是不同的。一般对于每个用户生成一对密钥后，将其中一个作为公钥公开，另外一个则作为私钥由属主保存。常用的公钥加密算法是RSA算法，加密强度很高。具体作法是将数字签名和数据加密结合起来。发送方在发送数据时必须加上数据签名，做法是用自己的私钥加密一段与发送数据相关的数据作为数字签名，然后与发送数据一起用接收方密钥加密。当这些密文被接收方收到后，接收方用自己的私钥将密文解密得到发送的数据和发送方的数字签名，然后，用发布方公布的公钥对数字签名进行解密，如果成功，则确定是由发送方发出的。数字签名每次还与被传送的数据和时间等因素有关。由于加密强度高，而且并不要求通信双方事先要建立某种信任关系或共享某种秘密，因此十分适合Internet网上使用。
　
　　下面介绍几种最常见的加密体制的技术实现：
　
　　1．常规密钥密码体制
　
　　所谓常规密钥密码体制，即加密密钥与解密密钥是相同的。
　
　　在早期的常规密钥密码体制中，典型的有代替密码，其原理可以用一个例子来说明：
　
　　将字母a，b，c，d，…，w，x，y，z的自然顺序保持不变，但使之与D，E，F，G，…，Z，A，B，C分别对应（即相差3个字符）。若明文为student则对应的密文为VWXGHQW（此时密钥为3）。
　
　　由于英文字母中各字母出现的频度早已有人进行过统计，所以根据字母频度表可以很容易对这种代替密码进行破译。
　
　　2．数据加密标准DES
　
　　DES算法原是IBM公司为保护产品的机密于1971年至1972年研制成功的，后被美国国家标准局和国家安全局选为数据加密标准，并于1977年颁布使用。ISO也已将DES作为数据加密标准。
　
　　DES对64位二进制数据加密，产生64位密文数据。使用的密钥为64位，实际密钥长度为56位（有8位用于奇偶校验）。解密时的过程和加密时相似，但密钥的顺序正好相反。
　　
　　DES的保密性仅取决于对密钥的保密，而算法是公开的。DES内部的复杂结构是至今没有找到捷径破译方法的根本原因。现在DES可由软件和硬件实现。美国AT＆T首先用LSI芯片实现了DES的全部工作模式，该产品称为数据加密处理机DEP。
　
　　3．公开密钥密码体制
　
　　公开密钥（public key）密码体制出现于1976年。它最主要的特点就是加密和解密使用不同的密钥，每个用户保存着一对密钥 ? 公开密钥PK和秘密密钥SK，因此，这种体制又称为双钥或非对称密钥密码体制。
　
　　在这种体制中，PK是公开信息，用作加密密钥，而SK需要由用户自己保密，用作解密密钥。加密算法E和解密算法D也都是公开的。虽然SK与PK是成对出现，但却不能根据PK计算出SK。公开密钥算法的特点如下：
　
　　1、用加密密钥PK对明文X加密后，再用解密密钥SK解密，即可恢复出明文，或写为：DSK（EPK（X））=X 　
　　2、加密密钥不能用来解密，即DPK（EPK（X））≠X
　
　　3、在计算机上可以容易地产生成对的PK和SK。
　
　　4、从已知的PK实际上不可能推导出SK。
　
　　5、加密和解密的运算可以对调，即：EPK（DSK（X））=X
　
　　在公开密钥密码体制中，最有名的一种是RSA体制。它已被ISO/TC97的数据加密技术分委员会SC20推荐为公开密钥数据加密标准。
　
二、数字签名
　
　　数字签名技术是实现交易安全的核心技术之一，它的实现基础就是加密技术。在这里，我们介绍数字签名的基本原理。
　
　　以往的书信或文件是根据亲笔签名或印章来证明其真实性的。但在计算机网络中传送的报文又如何盖章呢？这就是数字签名所要解决的问题。数字签名必须保证以下几点：
　
　　接收者能够核实发送者对报文的签名；发送者事后不能抵赖对报文的签名；接收者不能伪造对报文的签名。
　　
　　现在已有多种实现各种数字签名的方法，但采用公开密钥算法要比常规算法更容易实现。下面就来介绍这种数字签名。
　
　　发送者A用其秘密解密密钥SKA对报文X进行运算，将结果DSKA（X）传送给接收者B。B用已知的A的公开加密密钥得出EPKA（DSKA（X））=X。因为除A外没有别人能具有A的解密密钥SKA，所以除A外没有别人能产生密文DSKA（X）。这样，报文X就被签名了。
　
　　假若A要抵赖曾发送报文给B。B可将X及DSKA（X）出示给第三者。第三者很容易用PKA去证实A确实发送消息X给B。反之，如果是B将X伪造成X'，则B不能在第三者面前出示DSKA（X'）。这样就证明B伪造了报文。可以看出，实现数字签名也同时实现了对报文来源的鉴别。
　　
　　但是上述过程只是对报文进行了签名。对传送的报文X本身却未保密。因为截到密文DSKA（X）并知道发送者身份的任何人，通过查问手册即可获得发送者的公开密钥PKA，因而能够理解报文内容。则可同时实现秘密通信和数字签名。SKA和SKB分别为A和B的秘密密钥，而PKA和PKB分别为A和B的公开密钥。
　
三、密钥的管理
　
　　对称密钥加密方法致命的一个弱点就是它的密钥管理十分困难，因此它很难在电子商务的实践中得到广泛的应用。在这一点上，公开密钥加密方法占有绝对的优势。不过，无论实施哪种方案，密钥的管理都是要考虑的问题。当网络扩得更大、用户增加更多时尤其如此。一家专门从事安全性咨询的公司Cypress Consulting的总裁CyArdoin说：“在所有加密方案中，都必须有人来管理密钥。”
　
　　目前，公认的有效方法是通过密钥分配中心KDC来管理和分配公开密钥。每个用户只保存自己的秘密密钥和KDC的公开密钥PKAS。用户可以通过KDC获得任何其他用户的公开密钥。
　
　　首先，A向KDC申请公开密钥，将信息（A，B）发给KDC。KDC返回给A的信息为（CA，CB），其中，CA=DSKAS（A，PKA，T1），CB=DSKAS（B，PKB，T2）。CA和CB称为证书（Certificate），分别含有A和B的公开密钥。KDC使用其解密密钥SKAS对CA和CB进行了签名，以防止伪造。时间戳T1和T2的作用是防止重放攻击。
　
　　最后，A将证书CA和CB传送给B。B获得了A的公开密钥PKA，同时也可检验他自己的公开密钥PKB。