网络安全与信息加密
发布时间：2004年10月28日点击数：
作者：宋宜昌 余勇昌 来源：本站原创
网络技术的飞速发展，网络安全问题越发凸显重要。数据保密变换，或密码技术，是对计算机信息进行保护的最实用和最可靠的方法，它是网络安全技术中的核心技术。
信息技术的飞速发展，使人们的生活面貌发生了很大改变，同时信息技术也促进了社会的发展。互联网是一个面向大众的开放系统，对于信息的保密措施和系统的安全性考虑得并不完备，由此引起的网络安全问题也就日益严重。如何保护计算机信息的内容，也即信息内容的保密问题显得越来越重要。
网络安全技术概览
从本质上看，网络安全就是网络上的信息安全。从广义上来说，凡是涉及到网络信息的保密性、完整性、可用性、真实性和可控性的相关技术和理论都是网络安全的研究领域。
信息安全的技术主要包括监控、扫描、检测、加密、认证、防攻击、防病毒以及审计等几个方面，其中加密技术是信息安全的核心技术，已经渗透到大部分安全产品之中，并正向芯片化方向发展。
加密技术是一门古老而深奥的学科，它对一般人来说是陌生的，因为长期以来，它只在很少的范围内，如军事、外交、情报等部门使用。计算机加密技术是研究计算机信息加密、解密及其变换的科学，是数学和计算机的交叉学科，也是一门新兴的学科。在国外，它已成为计算机安全主要的研究方向，也是计算机安全课程教学中的主要内容。
密码是实现秘密通讯的主要手段，是隐蔽语言、文字、图像的特种符号。凡是用特种符号按照通讯双方约定的方法把电文的原形隐蔽起来，不为第三者所识别的通讯方式称为密码通讯。在计算机通讯中，采用密码技术将信息隐蔽起来，再将隐蔽后的信息传输出去，使信息在传输过程中即使被窃取或截获，窃取者也不能了解信息的内容，从而保证信息传输的安全。
任何一个加密系统至少包括下面四个组成部分：
◆ 未加密的报文，也称明文；
◆ 加密后的报文，也称密文；
◆ 加密解密设备或算法；
◆ 加密解密的密钥。
图1是信息安全技术的体系结构图。
数据加密技术
在保障信息安全各种功能特性的诸多技术中，密码技术是信息安全的核心和关键技术。通过数据加密技术，可以在一定程度上提高数据传输的安全性，保证传输数据的完整性。在数据加密系统中，密钥控制加密和解密过程，一个加密系统的全部安全性是基于密钥的，而不是基于算法，所以加密系统的密钥管理是一个非常重要的问题。
数据加密过程就是通过加密系统把原始的数字信息（明文），按照加密算法变换成与明文完全不同的数字信息（密文）的过程，如图2所示。
数据加密技术主要分为数据传输加密和数据存储加密。数据传输加密技术主要是对传输中的数据流进行加密，常用的有：
◆ 链路加密
链路加密是指传输数据仅在物理层前的数据链路层进行加密，不考虑信源和信宿，它用于保护通信节点间的数据，接收方是传送路径上的各台节点机，信息在每台节点机内都要被解密和再加密，依次进行，直至到达目的地。
◆ 节点加密
与链路加密类似的节点加密方法，是在节点处采用一个与节点机相连的密码装置，密文在该装置中被解密并被重新加密，明文不通过节点机，避免了链路加密节点处易受攻击的缺点。
◆ 端到端加密
端到端加密是为数据从一端到另一端提供的加密方式。数据在发送端被加密，在接收端解密，中间节点处不以明文的形式出现。端到端加密是在应用层完成的。
在端到端加密中，除报头外的报文均以密文的形式贯穿于全部传输过程，只是在发送端和接收端才有加、解密设备，而在中间任何节点报文均不解密，因此，不需要有密码设备。端到端加密同链路加密相比，可减少密码设备的数量。
信息是由报头和报文组成的，报文为要传送的信息，报头为路由选择信息，由于网络传输中要涉及到路由选择，在链路加密时，报文和报头两者均须加密。而在端到端加密时，由于通道上的每一个中间节点虽不对报文解密，但为将报文传送到目的地，必须检查路由选择信息，因此，只能加密报文，而不能对报头进行加密。这样就容易被某些恶意肇事者分析发觉，并从中获取某些敏感信息。
链路加密对用户来说比较容易，使用的密钥较少，而端到端加密比较灵活，对用户可见。在对链路加密中各节点安全状况不放心的情况下也可使用端到端加密方式。
数据加密算法
数据加密算法有很多种，密码算法标准化是信息化社会发展的必然趋势，是世界各国保密通信领域的一个重要课题。按照发展进程来看，密码经历了古典密码、对称密钥密码和公开密钥密码三个阶段。
古典密码算法有替代加密、置换加密；对称加密算法包括DES和AES；非对称加密算法包括RSA 、背包密码、McEliece密码、Rabin、椭圆曲线等。目前在数据通信中使用最普遍的算法有DES算法、RSA算法等。
◆ DES加密算法（Data Encryption Standard数据加密标准）
数据加密标准（DES）是美国经长时间征集和筛选后，于1977年由美国国家标准局颁布的一种加密算法。它主要用于民用敏感信息的加密，后来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加密。它用56位密钥对64位二进制数据块进行加密，每次加密可对64位的输入数据进行16轮编码，经一系列替换和移位后，输入的64位原始数据转换成完全不同的64位输出数据。
DES算法仅使用最大为64位的标准算术和逻辑运算，运算速度快，密钥生产容易，适合于在当前大多数计算机上用软件方法实现，同时也适合于在专用芯片上实现。
DES算法的弱点是不能提供足够的安全性，因为其密钥容量只有56位。由于这个原因，后来又提出了三重DES或3DES系统，使用3个不同的密钥对数据块进行（两次或）三次加密，该方法比进行普通加密的三次快。其强度大约和112比特的密钥强度相当。
◆ RSA算法
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）适用于数字签名和密钥交换。RSA加密算法是目前应用最广泛的公钥加密算法，特别适用于通过 Internet 传送的数据。这种算法以它的三位发明者的名字命名：Ron Rivest、Adi Shamir和 Leonard Adleman。
RSA算法的安全性基于分解大数字时的困难（就计算机处理能力和处理时间而言）。在常用的公钥算法中，RSA与众不同，它能够进行数字签名和密钥交换运算。
RSA算法既能用于数据加密，也能用于数字签名，RSA的理论依据为：寻找两个大素数比较简单，而将它们的乘积分解开则异常困难。在RSA算法中，包含两个密钥，加密密钥和解密密钥，加密密钥是公开的。
RSA算法的优点是密钥空间大，缺点是加密速度慢，如果RSA和DES结合使用，则正好弥补RSA的缺点。即DES用于明文加密，RSA用于DES密钥的加密。由于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。
加密技术的发展
◆ 密码专用芯片集成
密码技术是信息安全的核心技术，无处不在，目前已经渗透到大部分安全产品之中，正向芯片化方向发展。在芯片设计制造方面，目前微电子水平已经发展到0.1微米工艺以下，芯片设计的水平很高。
我国在密码专用芯片领域的研究起步落后于国外，近年来我国集成电路产业技术的创新和自我开发能力得到了提高，微电子工业得到了发展，从而推动了密码专用芯片的发展。加快密码专用芯片的研制将会推动我国信息安全系统的完善。
◆ 量子加密技术的研究
量子技术在密码学上的应用分为两类：一是利用量子计算机对传统密码体制的分析；二是利用单光子的测不准原理在光纤级实现密钥管理和信息加密，即量子密码学。量子计算机是一种传统意义上的超大规模并行计算系统，利用量子计算机可以在几秒钟内分解RSA129的公钥。
信息安全问题涉及到国家安全、社会公共安全，世界各国已经认识到信息安全涉及重大国家利益，是互联网经济的制高点，也是推动互联网发展、电子政务和电子商务的关键，发展信息安全技术是目前面临的迫切要求。
除了上述内容以外，网络与信息安全还涉及到其它很多方面的技术与知识，例如：防火墙技术、入侵检测技术、病毒防护技术、信息隐藏技术等。一个完善的信息安全保障系统，应该根据具体需求对上述安全技术进行取舍。
链接1
密码的分类
一、按应用技术或历史发展阶段划分
1、手工密码。以手工完成加密作业，或者以简单器具辅助操作的密码，叫做手工密码。第一次世界大战前主要是这种作业形式。
2、机械密码。以机械密码机或电动密码机来完成加解密作业的密码，叫做机械密码。这种密码从第一次世界大战出现到第二次世界大战中得到普遍应用。
3、电子机内乱密码。通过电子电路，以严格的程序进行逻辑运算，以少量制乱元素生产大量的加密乱数，因为其制乱是在加解密过程中完成的而不需预先制作，所以称为电子机内乱密码。从五十年代末期出现到七十年代广泛应用。
4、计算机密码。以计算机软件编程进行算法加密为特点，适用于计算机数据保护和网络通讯等广泛用途的密码。
二、按保密程度划分
1、理论上保密的密码。不管获取多少密文和有多大的计算能力，对明文始终不能得到惟一解的密码，叫作理论上保密的密码。也叫理论不可破的密码。如客观随机一次一密的密码就属于这种。
2、实际上保密的密码。在理论上可破，但在现有客观条件下，无法通过计算来确定惟一解的密码，叫作实际上保密的密码。
3、不保密的密码。在获取一定数量的密文后可以得到惟一解的密码，叫作不保密密码。如早期单表代替密码，后来的多表代替密码，以及明文加少量密钥等密码，现在都成为不保密的密码。
三、按密钥方式划分
1、对称式密码。收发双方使用相同密钥的密码，叫作对称式密码。传统的密码都属此类。
2、非对称式密码。收发双方使用不同密钥的密码，叫作非对称式密码。如现代密码中的公共密钥密码就属此类。
四、按明文形态划分
1、模拟型密码。用以加密模拟信息。如对动态范围之内，连续变化的语音信号加密的密码，叫作模拟式密码。
2、数字型密码。用于加密数字信息。对两个离散电平构成0、1二进制关系的电报信息加密的密码叫作数字型密码。
五、按编制原理划分
可分为移位、代替和置换三种以及它们的组合形式。古今中外的密码，不论其形态多么繁杂，变化多么巧妙，都是按照这三种基本原理编制出来的。移位、代替和置换这三种原理在密码编制和使用中相互结合，灵活应用。
链接2
PKI技术的发展
PKI是“Public Key Infrastructure”的缩写，意为“公钥基础设施”。简单地说，PKI技术就是利用公钥理论和技术建立的提供信息安全服务的基础设施。
公钥体制是目前应用最广泛的一种加密体制，在这一体制中，加密密钥与解密密钥各不相同，发送信息的人利用接收者的公钥发送加密信息，接收者再利用自己专有的私钥进行解密。这种方式既保证了信息的机密性，又能保证信息具有不可抵赖性。
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信息技术的飞速发展，使人们的生活面貌发生了很大改变，同时信息技术也促进了社会的发展。互联网是一个面向大众的开放系统，对于信息的保密措施和系统的安全性考虑得并不完备，由此引起的网络安全问题也就日益严重。如何保护计算机信息的内容，也即信息内容的保密问题显得越来越重要。
网络安全技术概览
从本质上看，网络安全就是网络上的信息安全。从广义上来说，凡是涉及到网络信息的保密性、完整性、可用性、真实性和可控性的相关技术和理论都是网络安全的研究领域。
信息安全的技术主要包括监控、扫描、检测、加密、认证、防攻击、防病毒以及审计等几个方面，其中加密技术是信息安全的核心技术，已经渗透到大部分安全产品之中，并正向芯片化方向发展。
加密技术是一门古老而深奥的学科，它对一般人来说是陌生的，因为长期以来，它只在很少的范围内，如军事、外交、情报等部门使用。计算机加密技术是研究计算机信息加密、解密及其变换的科学，是数学和计算机的交叉学科，也是一门新兴的学科。在国外，它已成为计算机安全主要的研究方向，也是计算机安全课程教学中的主要内容。
密码是实现秘密通讯的主要手段，是隐蔽语言、文字、图像的特种符号。凡是用特种符号按照通讯双方约定的方法把电文的原形隐蔽起来，不为第三者所识别的通讯方式称为密码通讯。在计算机通讯中，采用密码技术将信息隐蔽起来，再将隐蔽后的信息传输出去，使信息在传输过程中即使被窃取或截获，窃取者也不能了解信息的内容，从而保证信息传输的安全。
任何一个加密系统至少包括下面四个组成部分：
◆ 未加密的报文，也称明文；
◆ 加密后的报文，也称密文；
◆ 加密解密设备或算法；
◆ 加密解密的密钥。
图1是信息安全技术的体系结构图。
数据加密技术
在保障信息安全各种功能特性的诸多技术中，密码技术是信息安全的核心和关键技术。通过数据加密技术，可以在一定程度上提高数据传输的安全性，保证传输数据的完整性。在数据加密系统中，密钥控制加密和解密过程，一个加密系统的全部安全性是基于密钥的，而不是基于算法，所以加密系统的密钥管理是一个非常重要的问题。
数据加密过程就是通过加密系统把原始的数字信息（明文），按照加密算法变换成与明文完全不同的数字信息（密文）的过程，如图2所示。
数据加密技术主要分为数据传输加密和数据存储加密。数据传输加密技术主要是对传输中的数据流进行加密，常用的有：
◆ 链路加密
链路加密是指传输数据仅在物理层前的数据链路层进行加密，不考虑信源和信宿，它用于保护通信节点间的数据，接收方是传送路径上的各台节点机，信息在每台节点机内都要被解密和再加密，依次进行，直至到达目的地。
◆ 节点加密
与链路加密类似的节点加密方法，是在节点处采用一个与节点机相连的密码装置，密文在该装置中被解密并被重新加密，明文不通过节点机，避免了链路加密节点处易受攻击的缺点。
◆ 端到端加密
端到端加密是为数据从一端到另一端提供的加密方式。数据在发送端被加密，在接收端解密，中间节点处不以明文的形式出现。端到端加密是在应用层完成的。
在端到端加密中，除报头外的报文均以密文的形式贯穿于全部传输过程，只是在发送端和接收端才有加、解密设备，而在中间任何节点报文均不解密，因此，不需要有密码设备。端到端加密同链路加密相比，可减少密码设备的数量。
信息是由报头和报文组成的，报文为要传送的信息，报头为路由选择信息，由于网络传输中要涉及到路由选择，在链路加密时，报文和报头两者均须加密。而在端到端加密时，由于通道上的每一个中间节点虽不对报文解密，但为将报文传送到目的地，必须检查路由选择信息，因此，只能加密报文，而不能对报头进行加密。这样就容易被某些恶意肇事者分析发觉，并从中获取某些敏感信息。
链路加密对用户来说比较容易，使用的密钥较少，而端到端加密比较灵活，对用户可见。在对链路加密中各节点安全状况不放心的情况下也可使用端到端加密方式。
数据加密算法
数据加密算法有很多种，密码算法标准化是信息化社会发展的必然趋势，是世界各国保密通信领域的一个重要课题。按照发展进程来看，密码经历了古典密码、对称密钥密码和公开密钥密码三个阶段。
古典密码算法有替代加密、置换加密；对称加密算法包括DES和AES；非对称加密算法包括RSA 、背包密码、McEliece密码、Rabin、椭圆曲线等。目前在数据通信中使用最普遍的算法有DES算法、RSA算法等。
◆ DES加密算法（Data Encryption Standard数据加密标准）
数据加密标准（DES）是美国经长时间征集和筛选后，于1977年由美国国家标准局颁布的一种加密算法。它主要用于民用敏感信息的加密，后来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加密。它用56位密钥对64位二进制数据块进行加密，每次加密可对64位的输入数据进行16轮编码，经一系列替换和移位后，输入的64位原始数据转换成完全不同的64位输出数据。
DES算法仅使用最大为64位的标准算术和逻辑运算，运算速度快，密钥生产容易，适合于在当前大多数计算机上用软件方法实现，同时也适合于在专用芯片上实现。
DES算法的弱点是不能提供足够的安全性，因为其密钥容量只有56位。由于这个原因，后来又提出了三重DES或3DES系统，使用3个不同的密钥对数据块进行（两次或）三次加密，该方法比进行普通加密的三次快。其强度大约和112比特的密钥强度相当。
◆ RSA算法
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）适用于数字签名和密钥交换。RSA加密算法是目前应用最广泛的公钥加密算法，特别适用于通过 Internet 传送的数据。这种算法以它的三位发明者的名字命名：Ron Rivest、Adi Shamir和 Leonard Adleman。
RSA算法的安全性基于分解大数字时的困难（就计算机处理能力和处理时间而言）。在常用的公钥算法中，RSA与众不同，它能够进行数字签名和密钥交换运算。
RSA算法既能用于数据加密，也能用于数字签名，RSA的理论依据为：寻找两个大素数比较简单，而将它们的乘积分解开则异常困难。在RSA算法中，包含两个密钥，加密密钥和解密密钥，加密密钥是公开的。
RSA算法的优点是密钥空间大，缺点是加密速度慢，如果RSA和DES结合使用，则正好弥补RSA的缺点。即DES用于明文加密，RSA用于DES密钥的加密。由于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。
加密技术的发展
◆ 密码专用芯片集成
密码技术是信息安全的核心技术，无处不在，目前已经渗透到大部分安全产品之中，正向芯片化方向发展。在芯片设计制造方面，目前微电子水平已经发展到0.1微米工艺以下，芯片设计的水平很高。
我国在密码专用芯片领域的研究起步落后于国外，近年来我国集成电路产业技术的创新和自我开发能力得到了提高，微电子工业得到了发展，从而推动了密码专用芯片的发展。加快密码专用芯片的研制将会推动我国信息安全系统的完善。
◆ 量子加密技术的研究
量子技术在密码学上的应用分为两类：一是利用量子计算机对传统密码体制的分析；二是利用单光子的测不准原理在光纤级实现密钥管理和信息加密，即量子密码学。量子计算机是一种传统意义上的超大规模并行计算系统，利用量子计算机可以在几秒钟内分解RSA129的公钥。
信息安全问题涉及到国家安全、社会公共安全，世界各国已经认识到信息安全涉及重大国家利益，是互联网经济的制高点，也是推动互联网发展、电子政务和电子商务的关键，发展信息安全技术是目前面临的迫切要求。
除了上述内容以外，网络与信息安全还涉及到其它很多方面的技术与知识，例如：防火墙技术、入侵检测技术、病毒防护技术、信息隐藏技术等。一个完善的信息安全保障系统，应该根据具体需求对上述安全技术进行取舍。
链接1
密码的分类
一、按应用技术或历史发展阶段划分
1、手工密码。以手工完成加密作业，或者以简单器具辅助操作的密码，叫做手工密码。第一次世界大战前主要是这种作业形式。
2、机械密码。以机械密码机或电动密码机来完成加解密作业的密码，叫做机械密码。这种密码从第一次世界大战出现到第二次世界大战中得到普遍应用。
3、电子机内乱密码。通过电子电路，以严格的程序进行逻辑运算，以少量制乱元素生产大量的加密乱数，因为其制乱是在加解密过程中完成的而不需预先制作，所以称为电子机内乱密码。从五十年代末期出现到七十年代广泛应用。
4、计算机密码。以计算机软件编程进行算法加密为特点，适用于计算机数据保护和网络通讯等广泛用途的密码。
二、按保密程度划分
1、理论上保密的密码。不管获取多少密文和有多大的计算能力，对明文始终不能得到惟一解的密码，叫作理论上保密的密码。也叫理论不可破的密码。如客观随机一次一密的密码就属于这种。
2、实际上保密的密码。在理论上可破，但在现有客观条件下，无法通过计算来确定惟一解的密码，叫作实际上保密的密码。
3、不保密的密码。在获取一定数量的密文后可以得到惟一解的密码，叫作不保密密码。如早期单表代替密码，后来的多表代替密码，以及明文加少量密钥等密码，现在都成为不保密的密码。
三、按密钥方式划分
1、对称式密码。收发双方使用相同密钥的密码，叫作对称式密码。传统的密码都属此类。
2、非对称式密码。收发双方使用不同密钥的密码，叫作非对称式密码。如现代密码中的公共密钥密码就属此类。
四、按明文形态划分
1、模拟型密码。用以加密模拟信息。如对动态范围之内，连续变化的语音信号加密的密码，叫作模拟式密码。
2、数字型密码。用于加密数字信息。对两个离散电平构成0、1二进制关系的电报信息加密的密码叫作数字型密码。
五、按编制原理划分
可分为移位、代替和置换三种以及它们的组合形式。古今中外的密码，不论其形态多么繁杂，变化多么巧妙，都是按照这三种基本原理编制出来的。移位、代替和置换这三种原理在密码编制和使用中相互结合，灵活应用。
链接2
PKI技术的发展
PKI是“Public Key Infrastructure”的缩写，意为“公钥基础设施”。简单地说，PKI技术就是利用公钥理论和技术建立的提供信息安全服务的基础设施。
公钥体制是目前应用最广泛的一种加密体制，在这一体制中，加密密钥与解密密钥各不相同，发送信息的人利用接收者的公钥发送加密信息，接收者再利用自己专有的私钥进行解密。这种方式既保证了信息的机密性，又能保证信息具有不可抵赖性。
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