现代密码技术分为哪两类（现代密码学技术主要包括哪些技术?）
现代密码技术分为哪两类（现代密码学技术主要包括哪些技术?）
密码体制分为私用密钥加密技术(对称加密)和公开密钥加密技术(非对称加密)。
1、对称密码体制
对称密码体制是一种传统密码体制，也称为私钥密码体制。在对称加密系统中，加密和解密采用相同的密钥。因为加解密密钥相同，需要通信的双方必须选择和保存他们共同的密钥，各方必须信任对方不会将密钥泄密出去，这样就可以实现数据的机密性和完整性。对于具有n个用户的网络，需要n(n-1)/2个密钥，在用户群不是很大的情况下，对称加密系统是有效的。但是对于大型网络，当用户群很大，分布很广时，密钥的分配和保存就成了问题
2、非对称密码体制
非对称密码体制也叫公钥加密技术，该技术就是针对私钥密码体制的缺陷被提出来的。在公钥加密系统中，加密和解密是相对独立的，加密和解密会使用两把不同的密钥，加密密钥(公开密钥)向公众公开，谁都可以使用，解密密钥(秘密密钥)只有解密人自己知道，非法使用者根据公开的加密密钥无法推算出解密密钥，顾其可称为公钥密码体制。
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。
部分航空物探项目是带有一定密级的,其项目所取得的成果资料属于保密数据,这部分数据也存储在本系统的数据库中。因此,需防止保密数据被窃走或蓄意破坏,如越权提取数据库保密数据或在通信线路上进行窃听等。对这样的威胁最有效的解决方法就是对数据进行加密处理,把可读的保密数据转化为密码数据,以加密格式存储和传输,在使用时再解密。
航空物探保密项目的密级分机密、秘密、绝密3个密级。本系统仅对保密项目数据进行加密处理,机密和秘密项目资料采用64位密钥进行加密,绝密项目资料采用128位密钥进行加密,非保密项目数据不做任何加密处理。进入资料采集库中的数据通过正确性检查后,归档入库进入资料库时,系统根据设置的项目密级进行自动加密。用户也可以通过加密-解密功能对资料库中的数据进行加密或解密。相同类型的加密数据与未加密数据均存储在资料库同一张表的同一字段中,但在数据加密-解密记录表数据库(表3-8)中,记录了加密数据库表代码和字段代码。当用户获得授权访问保密数据时,系统根据该表中的记录自动对数据进行解密。
表3-8 数据加密-解密记录表数据库结构
一、数据加密与解密
根据密钥类型不同将现代密码技术分为两类:对称加密算法(秘密钥匙加密)和非对称加密算法(公开密钥加密)。对称钥匙加密系统是加密和解密均采用同一把秘密钥匙,而且通信双方都必须获得这把钥匙,并保持钥匙的秘密。非对称密钥加密系统采用的加密钥匙(公钥)和解密钥匙(私钥)是不同的。
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 En-cryption 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,速度快,安全级别高。常见的非对称加密算法有:RSA,由RSA公司发明,是一个支持变长密钥的公共密钥算法,需要加密的文件快的长度也是可变的;DSA(Digital Signature Algorithm),数字签名算法,是一种标准的DSS(数字签名标准)。
本系统采用AES和DES加密算法对数据库数据进行加算或解密(图3-4)。
图3-4 数据库数据加密-解密过程
AES加密算法是美国国家标准和技术协会(NIST)2000年10月宣布通过从15种候选加密算法中选出的一项新的密钥加密标准,于2002年5月26日制定了新的高级加密标准(AES)规范。
AES算法基于排列(对数据重新进行安排)和置换(将一个数据单元替换为另一个)运算,采用几种不同的方法来执行排列和置换运算。它是一个迭代的、对称密钥分组的密码,可以使用128、192和256位密钥,并且用128位(16字节)分组加密和解密,数据通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。迭代加密使用一个循环结构,在该循环中重复置换和替换输入数据。
DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块,它所使用的密钥也是64位。首先,DES把输入的64位数据块按位重新组合,并把输出分为L0、R0两部分,每部分各长32位,并进行前后置换(输入的第58位换到第一位,第50位换到第2位,依此类推,最后一位是原来的第7位),最终由L0输出左32位,R0输出右32位。根据这个法则经过16次迭代运算后,得到L16、R16,将此作为输入,进行与初始置换相反的逆置换,即得到密文输出。
二、日志跟踪
为了有效地监控航空物探保密数据的访问,确保保密数据安全,本系统针对保密数据开发了保密数据访问日志跟踪功能。该功能类似于“摄像机”,把访问数据库中保密数据的时间、用户、IP地址等信息记录在数据库的日志库表中,以备侦查。
首先,对保密数据进行日志跟踪定义,即对用户的哪些操作进行跟踪。系统提供了对用户的查询、新增、修改、删除4种操作进行跟踪功能,可以根据需要进行选择其一或多个(图3-5)。
日志跟踪定义生效后,系统自动对用户实施跟踪,并记录用户登录名、登录和退出时间(年/月/日,时/分/秒)、登录计算机的IP地址,用户对数据库数据所进行的查询、新增、修改、删除操作。系统还提供了跟踪日志记录查询、打印、导出Excel表格文件等功能,便于数据库管理人员使用。
图3-5 数据库日志跟踪设置
三、数据提取安全机制
数据提取是航空物探信息系统向地质、地球物理等领域的科研人员提供数据服务的重要内容之一。防止越权提取数据,保证数据安全,是本系统提供优质、高效服务的前提。
越权提取数据是两个方面的问题。一是用户在没有获得授权情况窃取数据,此问题属系统使用安全。二是获得授权的用户擅自扩大提取数据的范围,“顺手牵羊”多提取数据。针对该问题,本系统采用以下机制(图3-6)。
图3-6 数据库数据提取安全机制模型
首先由用户(需要数据的单位或个人)提出使用数据申请,填写使用数据审批表。该表包含申请号、申请人、使用数据的范围(经纬度坐标)、审批人、审批日期、使用数据目的等信息。
用户申请获批准后,与中心签订资料使用保密协议。系统管理员授予用户“数据提取权”,根据批准的申请设置提取数据的范围,和数据提取权的有效期限。
在有效期限内,用户可以提取设定范围内的数据。同时,系统自动在数据提取记录表中记录用户数据提取日志(记录提取数据的范围、数据测量比例尺、数据来源的库表、数据提取人和提取日期等),以备查系统数据安全。
１ 数据加密原理
１．１数据加密
在计算机上实现的数据加密，其加密或解密变换是由密钥控制实现的。密钥（Ｋｅｙｗｏｒｄ）是用户按照一种密码体制随机选取，它通常是一随机字符串，是控制明文和密文变换的唯一参数。
例：明文为字符串：
ＡＳ ＫＩＮＧＦＩＳＨＥＲＳ ＣＡＴＣＨ ＦＩＲＥ
（为简便起见，假定所处理的数据字符仅为大写字母和空格符）。
假定密钥为字符串： ＥＬＩＯＴ
加密算法为：
（１）将明文划分成多个密钥字符串长度大小的块（空格符以″＋″表示）
ＡＳ＋ＫＩ ＮＧＦＩＳ ＨＥＲＳ＋ ＣＡＴＣＨ ＋ＦＩＲＥ
（２）用００～２６范围的整数取代明文的每个字符，空格符＝００，Ａ＝０１，．．．，Ｚ＝２６：
０１１９００１１０９ １４０７０６０９１９ ０８０５１８１９００ ０３０１２００３０８ ０００６０９１８０５
（３） 与步骤２一样对密钥的每个字符进行取代：
０５１２０９１５２０
（４） 对明文的每个块，将其每个字符用对应的整数编码与密钥中相应位置的字符的整数编码的和模２７后的值取代：
（５） 将步骤４的结果中的整数编码再用其等价字符替换：
ＦＤＩＺＢ ＳＳＯＸＬ ＭＱ＋ＧＴ ＨＭＢＲＡ ＥＲＲＦＹ
理想的情况是采用的加密模式使得攻击者为了破解所付出的代价应远远超过其所获得的利益。实际上，该目的适用于所有的安全性措施。这种加密模式的可接受的最终目标是：即使是该模式的发明者也无法通过相匹配的明文和密文获得密钥，从而也无法破解密文。
１．２数字签名
密码技术除了提供信息的加密解密外，还提供对信息来源的鉴别、保证信息的完整和不可否认等功能，而这三种功能都是通过数字签名实现。
数字签名是涉及签名信息和签名人私匙的计算结果。首先，签名人的软件对发送信息进行散列函数运算后，生成信息摘要（ｍｅｓｓａｇｅ ｄｉｇｅｓｔ）－－这段信息所特有的长度固定的信息表示，然后，软件使用签名人的私匙对摘要进行解密，将结果连同信息和签名人的数字证书一同传送给预定的接收者。而接收者的软件会对收到的信息生成信息摘要（使用同样的散列函数），并使用签名人的公匙对签名人生成的摘要进行解密。接收者的软件也可以加以配置，验证签名人证书的真伪，确保证书是由可信赖的ＣＡ颁发，而且没有被ＣＡ吊销。如两个摘要一样，就表明接收者成功核实了数字签名。
２ 加密体制及比较
根据密钥类型不同将现代密码技术分为两类：一类是对称加密（秘密钥匙加密）系统，另一类是公开密钥加密（非对称加密）系统。
２．１对称密码加密系统
对称钥匙加密系统是加密和解密均采用同一把秘密钥匙，而且通信双方都必须获得这把钥匙，保持钥匙的秘密。
对称密码系统的安全性依赖于以下两个因素。第一，加密算法必须是足够强的，仅仅基于密文本身去解密信息在实践上是不可能的；第二，加密方法的安全性依赖于密钥的秘密性，而不是算法的秘密性。因为算法不需要保密，所以制造商可以开发出低成本的芯片以实现数据加密。这些芯片有着广泛的应用，适合于大规模生产。
对称加密系统最大的问题是密钥的分发和管理非常复杂、代价高昂。比如对于具有ｎ个用户的网络，需要ｎ（ｎ－１）／２个密钥，在用户群不是很大的情况下，对称加密系统是有效的。但是对于大型网络，当用户群很大，分布很广时，密钥的分配和保存就成了大问题。对称加密算法另一个缺点是不能实现数字签名。
对称加密系统最著名的是美国数据加密标准ＤＥＳ、ＡＥＳ（高级加密标准）和欧洲数据加密标准ＩＤＥＡ。１９７７年美国国家标准局正式公布实施了美国的数据加密标准ＤＥＳ，公开它的加密算法，并批准用于非机密单位和商业上的保密通信。ＤＥＳ成为全世界使用最广泛的加密标准。
但是，经过２０多年的使用，已经发现ＤＥＳ很多不足之处，对ＤＥＳ的破解方法也日趋有效。ＡＥＳ将会替代ＤＥＳ成为新一代加密标准。ＤＥＳ具有这样的特性，其解密算法与加密算法相同，除了密钥Ｋｅｙ的施加顺序相反以外。
２．２ 公钥密码加密系统
公开密钥加密系统采用的加密钥匙（公钥）和解密钥匙（私钥）是不同的。由于加密钥匙是公开的，密钥的分配和管理就很简单，比如对于具有ｎ个用户的网络，仅需要２ｎ个密钥。公开密钥加密系统还能够很容易地实现数字签名。因此，最适合于电子商务应用需要。在实际应用中，公开密钥加密系统并没有完全取代对称密钥加密系统，这是因为公开密钥加密系统是基于尖端的数学难题，计算非常复杂，它的安全性更高，但它实现速度却远赶不上对称密钥加密系统。在实际应用中可利用二者的各自优点，采用对称加密系统加密文件，采用公开密钥加密系统加密″加密文件″的密钥（会话密钥），这就是混合加密系统，它较好地解决了运算速度问题和密钥分配管理问题。
根据所基于的数学难题来分类，有以下三类系统目前被认为是安全和有效的：大整数因子分解系统（代表性的有ＲＳＡ）、椭圆曲线离散对数系统（ＥＣＣ）和离散对数系统（代表性的有ＤＳＡ）。
当前最著名、应用最广泛的公钥系统ＲＳＡ是由Ｒｉｖｅｔ、Ｓｈａｍｉｒ、Ａｄｅｌｍａｎ提出的（简称为ＲＳＡ系统），它加密算法使用了两个非常大的素数来产生公钥和私钥。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。
ＲＳＡ方法的优点主要在于原理简单，易于使用。随着分解大整数方法的进步及完善、计算机速度的提高以及计算机网络的发展（可以使用成千上万台机器同时进行大整数分解），作为ＲＳＡ加解密安全保障的大整数要求越来越大。为了保证ＲＳＡ使用的安全性，其密钥的位数一直在增加，比如，目前一般认为ＲＳＡ需要１０２４位以上的字长才有安全保障。但是，密钥长度的增加导致了其加解密的速度大为降低，硬件实现也变得越来越难以忍受，这对使用ＲＳＡ的应用带来了很重的负担，对进行大量安全交易的电子商务更是如此，从而使得其应用范围越来越受到制约。
ＤＳＡ（Ｄａｔａ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）是基于离散对数问题的数字签名标准，它仅提供数字签名，不提供数据加密功能。它也是一个″非确定性的″数字签名算法，对于一个报文Ｍ，它的签名依赖于随机数ｒ ?熏 这样，相同的报文就可能会具有不同的签名。另外，在使用相同的模数时，ＤＳＡ比ＲＳＡ更慢（两者产生签名的速度相同，但验证签名时ＤＳＡ比ＲＳＡ慢１０到４０倍）。
２．３ 椭圆曲线加密算法ＥＣＣ技术优势
安全性更高、算法实现性能更好的公钥系统椭圆曲线加密算法ＥＣＣ（Ｅｌｌｉｐｔｉｃ Ｃｕｒｖｅ Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ）基于离散对数的计算困难性。
一、加密算法常见分类
根据密钥类型不同将现代密码技术分为两类：对称加密算法（秘密钥匙加密）和非对称加密算法（公开密钥加密）。
对称钥匙加密系统是加密和解密均采用同一把秘密钥匙，而且通信双方都必须获得这把钥匙，并保持钥匙的秘密。
非对称密钥加密系统采用的加密钥匙（公钥）和解密钥匙（私钥）是不同的。
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；
2)非对称加密算法
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)单向加密算法
BASE64 严格地说，属于编码格式，而非加密算法
MD5(Message Digest algorithm 5，信息摘要算法)
SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法)
HMAC(Hash Message Authentication Code，散列消息鉴别码)
二 .特点
DES，3DES,AES 加密数据，只有一个密码，密钥长度不同。
PBE Password-based encryption 对称加密中基于密码加密，口令用户掌管不借助任何物理媒介，采用随机数杂凑多重加密保证数据安全。
RSA 即能用户数据加密也能用于数字签名，同时有公钥和私钥。数字签名的意义在于，对传输过来的数据进行校验确保传输过程中不被修改。
单向加密中MD5,SHA,HMAC为非可逆加密，单向散列一般用于产生信息摘要。通常作为加密的基础。单向加密主要用途为校验传输过程中是否被修改过。
三.算法比较
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。
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。
-从速度上：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。
四、参考
