数据加密-职业学院毕业论文

摘要 从 最 初 的 保 密 通 信 发 展 到 目 前 的 网 络 信 息 加 密 ,信 息 加 密 技 术 一 直 伴 随 着 信 息 技 术 的 发 展 而 发 展 。作 为 计 算 机 信 息 保 护 的 最 实 用 和 最 可 靠 的 方 法 ,信 息 加 密 技 术 被 广 泛 应 用 到 信 息 安 全 的 各 个 领 域 。 信 息 加 密 技 术 是 一 门 涉 及 数 学 、密 码 学 和 计 算 机 的 交 叉 学 科 。现 代 密 码 学 的 发 展 ,使 信 息 加 密 技 术 已 经 不 再 依 赖 于 对 加 密 算 法 本 身 的 保 密 ,而 是 通 过 在 统 计 学 意 义 上 提 高 破 解 的 成 本 来 提 供 高 加 密 算 法 的 安 全 性 。 密 码 学 是 一 门 古 老 而 又 年 轻 的 科 学 ,它 用 于 保 护 军 事 和 外 交 通信 , 可 追 溯 到 几 千 年 前 。 1976 年 Diffie 和 Hellman 的 “密 码 学 的 新 方 向 ” 一 文 引 发 的 密 码 学 的 一 场 革 命 ,开 创 了 公 钥 密 码 学 的 新 纪 元 。 随 着 计 算 机 互 联 网 的 骤 步 实 现 ,数 据 加 密 技 术 显 得 越 来 越 重 要 。 因 为 在 竞 争 激 烈 的 信 息 时 代 ,信 息 不 仅 给 我 们 带 来 很 大 的 方 便 ,同 样 ,信 息 也 可 以 用 来 对 他 们 构 成 威 胁 、 造 成 破 坏 。 因 此 ,在 客 观 上 就 需 要 一 种 强 有 力 的 安 全 措 施 来 保 护 机 密 数 据 不 被 窃 取 或 篡 改 ,数 据 加 密 技 术 就 应 运 而 生 。 所 谓 数 据 加 密 (Data Encryption)技 术 是 指 将 一 个 信 息 (或 称 明 文 ,plain text)经 过 加 密 钥 匙 (Encryption key)及 加 密 函 数 转 换 ,变 成 无 意 义 的 密 文 (cipher text),而 接 收 方 则 将 此 密 文 经 过 解 密 函 数 、 解 密 钥 匙 (Decryption key)还 原 成 明 文 。 加 密 技 术 是 网 络 安 全 技 术 的 基 石 。 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 2 关 键 词 ： 数 据 加 密 ， 明 文 ， 加 密 钥 匙 ， 密 文 ， 解 密 函 数 ， 解 密 钥 匙 ABSTRACT Anovelpublickeyencryptionschemewithmultiple privatekeysispresented.Thesecurityofthisencryption method depends on thedifficulty of the decoding problem for block codes over finite fields.Based on the encryption method,apiratetracingschemeisproposedforthe copyrightprotectionofdigitaldata.Inthistracing scheme,foreachlegalcopyofdigitaldatathereisa codeword buried in the corresponding decryption software or box.Theschemecanextractthecodewordefficiently,and uncover all authorized users involved in making the illegal copy by using a proper decoding algorithm if the number of such users is not more than the error-correcting capacity of agivencode.Comparedwithknowntracingschemes,this schemeisefficientinperformance,andeasyin implementation.Potential applicable areas of the encryption method include the protection of copyrights of various forms of digital data such as computer software and audio/video products. 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 3 KEYWORDS：data ,presented, implementation 目录 第 一 章加 密 的 概 念 及 理 由 8 1.1加 密 的 概 念 8 1.2加 密 的 理 由 8 第 二 章加 密 的 方 法 10 2.1 对 称 加 密 算 法 10 2.2 非 对 称 加 密 算 法 10 2.2.1 加 密 处 理 过 程 11 2.2.2 加 密 变 换 过 程 11 2.2.3 子 密 钥 生 成 过 程 12 2.2.4 解 密 处 理 过 程 12 2.3 基 于 单 钥 技 术 的 传 统 加 密 方 法 15 2.4 基 于 公 钥 的 加 密 算 法 16 2.5 改 进 的 传 统 加 密 方 法 17 第 三 章加 密 技 术 中 的 摘 要 函 数 21 第 四 章密 钥 的 管 理 22 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 4 4.1 密 钥 的 使 用 要 注 意 时 效 和 次 数 22 4.2 多 密 钥 的 管 理 22 第 五 章数 据 加 密 的 标 准 24 第 六 章加 密 技 术 的 应 用 26 6.1 在 电 子 商 务 方 面 的 应 用 26 6.2 加 密 技 术 在 VPN 中 的 应 用 27 6.3 数 据 加 密 在 银 行 系 统 中 的 应 用 27 6.4 数 据 加 密 在 Excel 中 的 应 用 28 6.4.1 基 于 Excel 自 身 的 加 密 28 6.4.2 基 于 Excel 文 件 的 加 密 29 6.4.3 基 于 单 元 格 的 加 密 30 结论 31 参 考 文 献 32 致谢 33 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 5 前言 随 着 网 络 技 术 的 发 展 ，网 络 安 全 也 就 成 为 当 今 网 络 社 会 的 焦 点 中 的 焦 点 ， 几 乎 没 有 人 不 在 谈 论 网 络 上 的 安 全 问 题 ， 病 毒 、 黑 客 程 序 、 邮 件 炸 弹 、远 程 侦 听 等 这 一 切 都 无 不 让 人 胆 战 心 惊 。病 毒 、黑 客 的 猖 獗 使 身 处 今 日 网 络 社 会 的 人 们 感 觉 到 谈 网 色 变 ， 无 所 适 从 。 但 我 们 必 需 清 楚 地 认 识 到 ， 这 一 切 一 切 的 安 全 问 题 我 们 不 可 一 下 全 部 找 到 解 决 方 案 ，况 且 有 的 是 根 本 无 法 找 到 彻 底 的 解 决 方 案 ，如 病 毒 程 序 ， 因 为 任 何 反 病 毒 程 序 都 只 能 在 新 病 毒 发 现 之 后 才 能 开 发 出 来 ，目 前 还 没 有 哪 能 一 家 反 病 毒 软 件 开 发 商 敢 承 诺 他 们 的 软 件 能 查 杀 所 有 已 知 的 和 未 知 的 病 毒 ，所 以 我 们 不 能 有 等 网 络 安 全 了 再 上 网 的 念 头 ， 因 为 或 许 网 络 不 能 有 这 么 一 日 ， 就 象 “矛 ”与 “盾 ”， 网 络 与 病 毒 、 黑 客 永 远 是 一 对 共 存 体 。 现 代 的 电 脑 加 密 技 术 就 是 适 应 了 网 络 安 全 的 需 要 而 应 运 产 生 的 ， 它 为 我 们 进 行 一 般 的 电 子 商 务 活 动 提 供 了 安 全 保 障 ，如 在 网 络 中 进 行 文 件 传 输 、电 子 邮 件 往 来 和 进 行 合 同 文 本 的 签 署 等 。其 实 加 密 技 术 也 不 是 什 么 新 生 事 物 ，只 不 过 应 用 在 当 今 电 子 商 务 、电 脑 网 络 中 还 是 近 几 年 的 历 史 。 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 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 6 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 。 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 German Enigma 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 Alan Turing 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 。 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 7 第 一 章加 密 的 概 念 及 理 由 1.1加 密 的 概 念 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 。 1.2加 密 的 理 由 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 。 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 。 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 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 8 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 。 还 有 如 果 你 公 司 在 进 行 着 某 个 招 标 项 目 的 投 标 工 作 ， 工 作 人 员 通 过 电 子 邮 件 的 方 式 把 他 们 单 位 的 标 书 发 给 招 标 单 位 ，如 果 此 时 有 另 一 位 竞 争 对 手 从 网 络 上 窃 取 到 你 公 司 的 标 书 ，从 中 知 道 你 公 司 投 标 的 标 的 ， 那 后 果 将 是 怎 样 ， 相 信 不 用 多 说 聪 明 的 你 也 明 白 。 这 样 的 例 子 实 在 是 太 多 了 ， 解 决 上 述 难 题 的 方 案 就 是 加 密 ， 加 密 后 的 口 令 即 使 被 黑 客 获 得 也 是 不 可 读 的 ，加 密 后 的 标 书 没 有 收 件 人 的 私 钥 也 就 无 法 解 开 ，标 书 成 为 一 大 堆 无 任 何 实 际 意 义 的 乱 码 。总 之 无 论 是 单 位 还 是 个 人 在 某 种 意 义 上 来 说 加 密 也 成 为 当 今 网 络 社 会 进 行 文 件 或 邮 件 安 全 传 输 的 时 代 象 征 ！ 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 。 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 。 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 。 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 9 第 二 章加 密 的 方 法 2.1 对 称 加 密 算 法 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。 对 称 加 密 算 法 有 时 又 叫 做 传 统 密 码 算 法 ,加 密 密 钥 可 以 从 解 密 密 钥 中 推 导 出 来 ,解 密 密 钥 也 可 以 从 加 密 密 钥 中 推 导 出 来 。 在 大 多 数 的 对 称 算 法 中 ,加 密 密 钥 和 解 密 密 钥 是 相 同 的 ,因 此 也 成 为 秘 密 密 钥 算 法 或 者 单 密 钥 算 法 。它 要 求 发 送 发 和 接 收 方 在 安 全 通 信 之 前 先 商 定 一 个 密 钥 。 对 称 算 法 的 安 全 性 依 赖 于 密 钥 ,所 以 密 钥 的 保 密 性 对 通 信 至 关 重 要 。对 称 加 密 算 法 主 要 有 分 组 加 密 和 流 加 密 两 类 。分 组 加 密 是 指 将 明 文 分 成 固 定 商 都 的 组 ,用 同 一 密 钥 分 别 对 每 一 组 加 密 ,输 出 固 定 长 度 的 密 文 ,典 型 代 表 :DES、 3DES、 IDEA。 2.2 非 对 称 加 密 算 法 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 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 10 题 。 非 对 称 加 密 算 法 有 时 又 叫 做 公 开 密 钥 算 法 。其 中 用 到 两 个 密 钥 。一 个 是 公 共 的 ,一 个 事 私 有 的 。 一 个 密 钥 用 于 加 密 ,另 一 个 密 钥 用 于 解 密 。 两 个 密 钥 不 能 够 互 相 推 导 。常 用 的 非 对 称 加 密 算 法 有 RSA 公 钥 算 法 、 Diffie-Hellman 算 法 和 ECC 椭 圆 曲 线 密 码 。 我 们 详 细 分 析 一 下 DES 加 密 算 法 的 处 理 过 程 。 DES 加 密 算 法 是 分 组 加 密 算 法 ,明 文 以 64 位 为 单 位 分 成 块 。64 位 数 据 在 64 位 密 钥 的 控 制 下 ,经 过 初 始 变 换 后 ,进 行 16 轮 加 密 迭 代 :64 位 数 据 被 分 成 左 右 两 半 部 分 ,每 部 分 32 位 ,密 钥 与 右 半 部 分 相 结 合 ,然 后 再 与 左 半 部 分 相 结 合 ,结 果 作 为 新 的 右 半 部 分 ;结 合 前 的 右 半 部 分 作 为 新 的 左 半 部 分 。 这 一 系 列 步 骤 组 成 一 轮 。 这 种 轮 换 要 重 复 16 次 。 最 后 一 轮 之 后 ,再 进 行 初 始 置 换 的 逆 置 换 ,就 得 到 了 64 位 的 密 文 。 DES 的 加 密 过 程 可 分 为 加 密 处 理 ,加 密 变 换 和 子 密 钥 生 成 几 个 部 分 组 成 。 2.2.1 加 密 处 理 过 程 (1)初 始 变 换 。 加 密 处 理 首 先 要 对 64 位 的 明 文 按 表 1 所 示 的 初 始 换 位 表 IP 进 行 变 换 。 表 中 的 数 值 表 示 输 入 位 被 置 换 后 的 新 位 置 。 例 如 输 入 的 第 58 位 ,在 输 出 的 时 候 被 置 换 到 第 1 位 ;输 入 的 是 第 7 位 ,在 输 出 时 被 置 换 到 第 64 位 。 (2)加 密 处 理 。上 述 换 位 处 理 的 输 出 ,中 间 要 经 过 16 轮 加 密 变 换 。初 始 换 位 的 64 位 的 输 出 作 为 下 一 次 的 输 入 ,将 64 位 分 为 左 、右 两 个 32 位 , 分 别 记 为 L0 和 R0,从 L0、R0 到 L16、R16,共 进 行 16 轮 加 密 变 换 。其 中 ,经 过 n 轮 处 理 后 的 点 左 右 32 位 分 别 为 Ln 和 Rn,则 可 做 如 下 定 义 : Ln=Rn-1 Rn=Ln-1 其 中 ,kn 是 向 第 n 轮 输 入 的 48 位 的 子 密 钥 ,Ln-1 和 Rn-1 分 别 是 第 n-1 轮 的 输 出 ,f 是 Mangler 函 数 。 (3)最 后 换 位 。 进 行 16 轮 的 加 密 变 换 之 后 ,将 L16 和 R16 合 成 64 位 的 数 据 ,再 按 照 表 2 所 示 的 最 后 换 位 表 进 行 IP-1 的 换 位 ,得 到 64 位 的 密 文 ,这 就 是 DES 算 法 加 密 的 结 果 。 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 11 2.2.2 加 密 变 换 过 程 通 过 重 复 某 些 位 将 32 位 的 右 半 部 分 按 照 扩 展 表 3 扩 展 换 位 表 扩 展 为 48 位 ,而 56 位 的 密 钥 先 移 位 然 后 通 过 选 择 其 中 的 某 些 位 减 少 至 48 位 ,48 位 的 右 半 部 分 通 过 异 或 操 作 和 48 位 的 密 钥 结 合 ,并 分 成 6 位 的 8 个 分 组 ,通 过 8 个 S-盒 将 这 48 位 替 代 成 新 的 32 位 数 据 ,再 将 其 置 换 一 次 。 这 些 S-盒 输 入 6 位 ,输 出 4 位 。 S 盒 如 表 5 所 示 。 一 个 S 盒 中 具 有 4 种 替 换 表 (行 号 用 0、 1、 2、 3 表 示 ),通 过 输 入 的 6 位 的 开 头 和 末 尾 两 位 选 定 行 ,然 后 按 选 定 的 替 换 表 将 输 入 的 6 位 的 中 间 4 位 进 行 替 代 ,例 如 :当 向 S1 输 入 01101 时 ,开 头 和 结 尾 的 组 合 是 01,所 以 选 中 编 号 为 1 的 替 代 表 ,根 据 中 间 4 位 1101,选 定 第 13 列 , 查 找 表 中 第 1 行 第 13 列 所 示 的 值 为 5,即 输 出 0101,这 4 位 就 是 经 过 替 代 后 的 值 。 按 此 进 行 ,输 出 32 位 ,再 按 照 表 4 单 纯 换 位 表 P 进 行 变 换 , 这 样 就 完 成 了 f(R,K)的 变 换 ,如 图 2 所 示 。 2.2.3 子 密 钥 生 成 过 程 钥 通 常 表 示 为 64 位 的自 然数 ,首 先 通 过 压 缩 换 位 PC-1 去 掉 每 个 字 节 的 第 8 位 ,用 作 奇 偶 校 验 ,因 此 ,密 钥 去 掉 第 8、 16、 2464 位 减 至 56 位 ,所 以 实 际 密 钥 长 度 为 56 位 ,而 每 轮 要 生 成 48 位 的 子 密 钥 。 输 入 的 64 位 密 钥 ,首 先 通 过 压 缩 换 位 得 到 56 位 的 密 钥 ,每 层 分 成 两 部 分 ,上 部 分 28 位 为 C0,下 部 分 为 D0。C0 和 D0 依 次 进 行 循 环 左 移 操 作 生 成 了 C1 和 D1,将 C1 和 D1 合 成 56 位 ,再 通 过 压 缩 换 位 PC-2 输 出 48 位 的 子 密 钥 K1,再 将 C1 和 D1 进 行 循 环 左 移 和 PC-2 压 缩 换 位 ,得 到 子 密 钥 K2.以 此 类 推 ,得 到 16 个 子 密 钥 。 密 钥 压 缩 换 位 表 如 表 6 所 示 。 在 产 生 子 密 钥 的 过 程 中 ,L1、 L2、 L9、 L16 是 循 环 左 移 1 位 ,其 余 都 是 左 移 2 位 ,左 移 次 数 如 表 7 所 示 。 2.2.4 解 密 处 理 过 程 从 密 文 到 明 文 的 解 密 过 程 可 采 用 与 加 密 完 全 相 同 的 算 法 。不 过 解 密 要 用 加 密 的 逆 变 换 ,就 是 把 上 面 的 最 后 换 位 表 和 初 始 换 位 表 完 全 倒 过 来 变 换 。 这 里 不 再 赘 述 。 下 面 这 个 例 子 中 演 示 了 如 何 使 用 c#中 的 加 密 包 进 行 DES 算 法 加 密 ,大 家 可 以 借 助 这 个 例 子 一 窥 DES 加 密 的 用 法 。 des_demo.cs 代 码 如 下 : 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 12 using System; using System.Security.Cryptography; using System.IO; using System.Text; public class EncryptStringDES public static void Main(String args) if (args.Length , args0); return; / 使 用 UTF8 函 数 加 密 输 入 参 数 UTF8Encoding utf8Encoding = new UTF8Encoding(); byte inputByteArray = utf8Encoding.GetBytes(args 0.ToCharArray(); / 方 式 一 :调 用 默 认 的 DES 实 现 方 法 DES_CSP. DES des = DES.Create(); / 方 式 二 :直 接 使 用 DES_CSP()实 现 DES 的 实 体 转 贴 于中 国 /DES_CSP DES = new DES_CSP(); / 初 始 化 DES 加 密 的 密 钥 和 一 个 随 机 的 、 8 比 特 的 初 始 化 向 量 (IV) Byte key = 0 x01, 0 x23, 0 x45, 0 x67, 0 x89, 0 xab, 0 xcd, 0 xef; Byte IV = 0 x12, 0 x34, 0 x56, 0 x78, 0 x90, 0 xab, 0 xcd, 0 xef; des.Key = key; des.IV = IV; / 建 立 加 密 流 SymmetricStreamEncryptor sse = des.CreateEncryptor(); / 使 用 CryptoMemoryStream 方 法 获 取 加 密 过 程 的 输 出 CryptoMemoryStream cms = new CryptoMemoryStream(); 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 13 / 将 SymmetricStreamEncryptor 流 中 的 加 密 数 据 输 出 到 CryptoMemoryStream 中 sse.SetSink(cms); / 加 密 完 毕 ,将 结 果 输 出 到 控 制 台 sse.Write(inputByteArray); sse.CloseStream(); / 获 取 加 密 数 据 byte encryptedData = cms.Data; / 输 出 加 密 后 结 果 Console.WriteLine(加 密 结 果 :); for (int i = 0; i csc des_demo.cs Microsoft (R) C# Compiler Version 7.00.8905 NGWS runtime 2000.14.1812.10 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 14 Copyright (C) Microsoft Corp 2000. All rights reserved. 运 行 实 例 : D:csharpdes_demo.exe 使 用 C#编 写 DES 加 密 程 序 的 framework 加 密 结 果 : 3D 22 64 C6 57 D1 C4 C3 CF 77 CE 2F D0 E1 78 2A 4D ED 7A A8 83 F9 0E 14 E1 BA 38 7B 06 41 8D B5 E9 3F 00 0D C3 28 D1 F9 6D 17 4B 6E A7 41 68 40 解 密 后 数 据 : 使 用 C#编 写 DES 加 密 程 序 的 framework DES 算 法 具 有 极 高 的 安 全 性 ,到 目 前 为 止 ,除 了 用 穷 举 搜 索 法 对 DES 算 法 进 行 攻 击 外 ,还 没 有 发 现 更 有 效 的 办 法 。 通 过 穷 尽 搜 索 空 间 , 可 获 得 总 共 256(大 约 7.21016)个 可 能 的 密 钥 。 如 果 每 秒 能 检 测 一 百 万 个 的 话 ,需 要 2000 年 完 成 检 测 。 可 见 ,这 是 很 难 实 现 的 。 当 然 ,随 着科 学技 术 的发 展,当 出 现 超 高 速计 算机 后 ,可 以 考 虑 把 DES 密 钥 的 长 度 再 增 长 一 些 ,以 此 来 达 到 更 高 的 保 密 程 度 。 随 着 信 息 化 和 数 字 化 社 会 的 发 展 ,随 着 计 算 机 和 Inte rnet 的 普 及 ,密 码 学 必 将 在 国 家 安 全 、 经 济交 流 、网 络安 全 及 人 民 生 活 等 方 面 发 挥 更 大 作 用 。 2.3 基 于 单 钥 技 术 的 传 统 加 密 方 法 这 类 方 法 的 特 点 是 采 用 单 钥 技 术 2,即 加 密 和 解 密 过 程 中 使 用 同 一 密 钥 ,所 以 它 也 称 为 对 称 式 加 密 方 法 ;这 类 方 法 主 要 包 括 代 码 加 密 法 、 替 换 加 密 法 、 变 位 加 密 法 和 一 次 性 密 码 簿 加 密 法 等 。 (1)代 码 加 密 法 。 通 信 双 方 使 用 预 先 设 定 的 一 组 代 码 表 达 特 定 的 意 义 而 实 现 的 一 种 最 简 单 的 加 密 方 法 。 (2)替 换 加 密 法 。 这 种 方 法 是 制 定 一 种 规 则 ,将 明 文 中 的 每 个 字 母 或 每 组 字 母 替 换 成 另 一 个 或 一 组 字 母 。 (3)变 位 加 密 法 。 变 位 加 密 法 不 隐 藏 原 来 明 文 的 字 符 ,而 是 将 字 符 重 新 排 序 。 比 如 ,加 密 方 首 先 选 择 一 个 用 数 字 表 示 的 密 钥 ,写 成 一 行 , 然 后 把 明 文 逐 行 写 在 数 字 下 。 按 照 密 钥 中 数 字 指 示 的 顺 序 ,将 原 文 重 新 抄 写 ,就 形 成 密 文 。 (4)一 次 性 密 码 簿 加 密 法 。 这 种 方 法 要 先 制 定 出 一 个 密 码 薄 ,该 薄 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 15 每 一 页 都 是 不 同 的 代 码 表 。 加 密 时 ,使 用 一 页 上 的 代 码 加 密 一 些 词 ,用 后 撕 掉 或 烧 毁 该 页 ;然 后 再 用 另 一 页 上 的 代 码 加 密 另 一 些 词 ,直 到 全 部 的 明 文 都 加 密 成 为 密 文 。破 译 密 文 的 唯 一 办 法 就 是 获 得 一 份 相 同 的 密 码 簿 。 又 因 为 传 统 的 加 密 方 法 在 许 多 方 面 有 一 定 的 局 限 性 ,于 是 人 们 又 想 出 了 很 多 算 法 来 加 强 和 改 进 这 些 方 法。 2.4 基 于 公 钥 的 加 密 算 法 一 个 好 的 加 密 算 法 的 重 要 特 点 之 一 是 具 有 这 种 能 力 ：可 以 指 定 一 个 密 码 或 密 钥 ，并 用 它 来 加 密 明 文 ，不 同 的 密 码 或 密 钥 产 生 不 同 的 密 文 。这 又 分 为 两 种 方 式 ：对 称 密 钥 算 法 和 非 对 称 密 钥 算 法 。所 谓 对 称 密 钥 算 法 就 是 加 密 解 密 都 使 用 相 同 的 密 钥 ，非 对 称 密 钥 算 法 就 是 加 密 解 密 使 用 不 同 的 密 钥 。 非 常 著 名 的 pgp 公 钥 加 密 以 及 rsa 加 密 方 法 都 是 非 对 称 加 密 算 法 。 加 密 密 钥 ， 即 公 钥 ， 与 解 密 密 钥 ， 即 私 钥 ， 是 非 常 的 不 同 的 。从 数 学 理 论 上 讲 ，几 乎 没 有 真 正 不 可 逆 的 算 法 存 在 。例 如 ， 对 于 一 个 输 入 a执 行 一 个 操 作 得 到 结 果 b,那 么 我 们 可 以 基 于 b， 做 一 个 相 对 应 的 操 作 ， 导 出 输 入 a。 在 一 些 情 况 下 ， 对 于 每 一 种 操 作 ， 我 们 可 以 得 到 一 个 确 定 的 值 ， 或 者 该 操 作 没 有 定 义 （ 比 如 ， 除 数 为 0） 。对 于 一 个 没 有 定 义 的 操 作 来 讲 ，基 于 加 密 算 法 ，可 以 成 功 地 防 止 把 一 个 公 钥 变 换 成 为 私 钥 。 因 此 ， 要 想 破 译 非 对 称 加 密 算 法 ， 找 到 那 个 唯 一 的 密 钥 ，唯 一 的 方 法 只 能 是 反 复 的 试 验 ，而 这 需 要 大 量 的 处 理 时 间 。 rsa 加 密 算 法 使 用 了 两 个 非 常 大 的 素 数 来 产 生 公 钥 和 私 钥 。即 使 从 一 个 公 钥 中 通 过 因 数 分 解 可 以 得 到 私 钥 ， 但 这 个 运 算 所 包 含 的计 算量 是 非 常 巨 大 的 ， 以 至 于 在 现 实 上 是 不 可 行 的 。 加 密 算 法 本 身 也 是 很 慢 的 ， 这 使 得 使 用 rsa 算 法 加 密 大 量 的 数 据 变 的 有 些 不 可 行 。 这 就 使 得 一 些 现 实 中 加 密 算 法 都 基 于 rsa 加 密 算 法 。 pgp 算 法 (以 及 大 多 数 基 于 rsa 算 法 的 加 密 方 法 )使 用 公 钥 来 加 密 一 个 对 称 加 密 算 法 的 密 钥 ，然 后 再 利 用 一 个 快 速 的 对 称 加 密 算 法 来 加 密 数 据 。这 个 对 称 算 法 的 密 钥 是 随 机 产 生 的 ，是 保 密 的 ，因 此 ，得 到 这 个 密 钥 的 唯 一 方 法 就 是 使 用 私 钥 来 解 密 。 我 们 举 一 个 例 子 ：假 定 现 在 要 加 密 一 些 数 据 使 用 密 钥 12345。利 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 16 用 rsa 公 钥 ， 使 用 rsa 算 法 加 密 这 个 密 钥 12345， 并 把 它 放 在 要 加 密 的 数 据 的 前 面（ 可 能 后 面 跟 着 一 个 分 割 符 或 文 件 长 度 ，以 区 分 数 据 和 密 钥 ） ，然 后 ，使 用 对 称 加 密 算 法 加 密 正 文 ，使 用 的 密 钥 就 是 12345。 当 对 方 收 到 时 ， 解 密 程 序 找 到 加 密 过 的 密 钥 ， 并 利 用 rsa 私 钥 解 密 出 来 ，然 后 再 确 定 出 数 据 的 开 始 位 置 ，利 用 密 钥 12345来 解 密 数 据 。这 样 就 使 得 一 个 可 靠 的 经 过 高 效 加 密 的 数 据 安 全 地 传 输 和 解 密 。 2.5 改 进 的 传 统 加 密 方 法 此 类 加 密 方 法 的 共 同 特 点 是 采 用 双 钥 技 术 ,也 就 是 加 密 和 解 密 过 程 中 使 用 两 个 不 同 的 密 钥 ,它 也 称 为 非 对 称 式 加 密 方 法 。 这 类 方 法 主 要 包 括 数 据 加 密 标 准 DES、三 层 DES、RC2 和 RC4、数 字 摘 要 、国 际 数 据 加 密 算 法 IDEA 和 基 于 硬 件 的 加 密 方 法 3。 (1)数 据 加 密 标 准 DES。 DES(Data Encryption Standard)是 一 个 对 称 密 钥 系 统 ,加 密 和 解 密 使 用 相 同 的 密 钥 。 它 通 常 选 取 一 个 64 位 (bit) 的 数 据 块 ,使 用 56 位 的 密 钥 ,在 内 部 实 现 多 次 替 换 和 变 位 操 作 来 达 到 加 密 的 目 的 。 DES 有 ECB,CBC 和 CFB 三 种 工 作 模 式 ,其 中 ECB 采 用 的 是 数 据 块 加 密 模 式 ,CBC 与 CFB 采 用 的 是 数 据 流 加 密 模 式 。 (2)三 层 DES(Triple-DES)。这 种 方 法 是 DES 的 改 进 加 密 算 法 ,它 使 用 两 把 密 钥 对 报 文 作 三 次 DES 加 密 ,效 果 相 当 于 将 DES 密 钥 的 长 度 加 倍 。 三 层 DES 克 服 了 DES 的 显 著 缺 点 ,即 其 56 位 的 短 密 钥 。 3)RC2 和 RC4。RC 指 Rivest Code,它 是 以 发 明 人 美 国 麻 省 理 工 学 院 的 Ron Rivest 教 授 的 姓 氏 命 名 的 ,由 RSADSI 公 司 发 行 ,是 不 公 开 的 专 有 算 法 。 RC2 采 用 的 是 数 据 块 加 密 算 法 ,RC4 采 用 的 是 数 据 流 加 密 算 法 。 (4)数 字 摘 要 (Digital Digest)。 该 加 密 方 法 也 是 由 Ron Rivest 设 计 的 , 也 被 称 为 安 全Hash 编 码 法SHA(SecureHash Algorithm) 或 MD5(MD Standards for Message Digest)。 SHA 其 实 就 是 RC 方 法 的 一 种 实 现 。 (5) 国 际 数 据 加 密 算 法IDEA4 。 IDEA(InternationalData Encryption Algorithm)是 1990 年 瑞 士 的 James Massey,Xuejia Lai 等 人 发 表 的 一 个 数 据 块 加 密 算 法 。 该 算 法 使 用 128 位 的 密 钥 ,能 够 有 效 地 消 除 试 图 穷 尽 搜 索 密 钥 的 可 能 攻 击 。 (6)基 于 硬 件 的 加 密 算 法 。 为 克 服 软 件 加 密 算 法 在 容 易 复 制 、 容 三门峡职业技术学院毕业论文(设计) 17 易 尝 试 方 面 的 不