網(wǎng)絡(luò)工程師之網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與信息加密
1.引言
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，大大改變了人們的生活面貌，促進(jìn)了社會的發(fā)展。互聯(lián)網(wǎng)是一個面向大眾的開放系統(tǒng)，對于信息的保密合系統(tǒng)的安全性考慮得并不完備，由此引起得網(wǎng)絡(luò)安全問題日益嚴(yán)重。如何保護(hù)計算機信息的的內(nèi)容，也即信息內(nèi)容的保密問題顯得越來越重要。
2.網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)概述
本質(zhì)上講，網(wǎng)絡(luò)安全就是網(wǎng)絡(luò)上的信息安全。從廣義上來說，凡是涉及到網(wǎng)絡(luò)信息的保密性、完整性、可用性、真實性和可控性得相關(guān)技術(shù)和理論都是網(wǎng)絡(luò)安全的研究領(lǐng)域。
信息安全的技術(shù)主要包括監(jiān)控、掃描、檢測、加密、認(rèn)證、防攻擊、防病毒以及審計等幾個方面，其中加密技術(shù)是信息安全的核心技術(shù)，已經(jīng)滲透到大部分安全產(chǎn)品之中，并正向芯片化方向發(fā)展。
3.信息加密技術(shù)
在保障信息安全各種功能特性的諸多技術(shù)中，密碼技術(shù)是信息安全的核心和關(guān)鍵技術(shù)，通過數(shù)據(jù)加密技術(shù)，可以在一定程度上提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕ＷC傳輸數(shù)據(jù)的完整性。一個數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)包括加密算法、明文、密文以及密鑰，密鑰控制加密和解密過程，一個加密系統(tǒng)的全部安全性是基于密鑰的，而不是基于算法，所以加密系統(tǒng)的密鑰管理是一個非常重要的問題。
數(shù)據(jù)加密過程就是通過加密系統(tǒng)把原始的數(shù)字信息(明文)，按照加密算法變換成與明文完全不同得數(shù)字信息(密文)的過程。
假設(shè)E為加密算法，D為解密算法，則數(shù)據(jù)的加密解密數(shù)學(xué)表達(dá)式為：P=D(KD，E(KE，P))
3.1數(shù)據(jù)加密技術(shù)
數(shù)據(jù)加密技術(shù)主要分為數(shù)據(jù)傳輸加密和數(shù)據(jù)存儲加密。數(shù)據(jù)傳輸加密技術(shù)主要是對傳輸中的數(shù)據(jù)流進(jìn)行加密，常用的有鏈路加密、節(jié)點加密和端到端加密三種方式。
鏈路加密是傳輸數(shù)據(jù)僅在物理層前的數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行加密，不考慮信源和信宿，它用于保護(hù)通信節(jié)點間的數(shù)據(jù)，接收方是傳送路徑上的各臺節(jié)點機，信息在每臺節(jié)點機內(nèi)都要被解密和再加密，依次進(jìn)行，直至到達(dá)目的地。
與鏈路加密類似的節(jié)點加密方法，是在節(jié)點處采用一個與節(jié)點機相連的密碼裝置，密文在該裝置中被解密并被重新加密，明文不通過節(jié)點機，避免了鏈路加密節(jié)點處易受攻擊的缺點。
端到端加密是為數(shù)據(jù)從一端到另一端提供的加密方式。數(shù)據(jù)在發(fā)送端被加密，在接收端解密，中間節(jié)點處不以明文的形式出現(xiàn)。端到端加密是在應(yīng)用層完成的。在端到端加密中，除報頭外的的報文均以密文的形式貫穿于全部傳輸過程，只是在發(fā)送端和接收端才有加、解密設(shè)備，而在中間任何節(jié)點報文均不解密，因此，不需要有密碼設(shè)備，同鏈路加密相比，可減少密碼設(shè)備的數(shù)量。另一方面，信息是由報頭和報文組成的，報文為要傳送的信息，報頭為路由選擇信息，由于網(wǎng)絡(luò)傳輸中要涉及到路由選擇，在鏈路加密時，報文和報頭兩者均須加密。而在端到端加密時，由于通道上的每一個中間節(jié)點雖不對報文解密，但為將報文傳送到目的地，必須檢查路由選擇信息，因此，只能加密報文，而不能對報頭加密。這樣就容易被某些通信分析發(fā)覺，而從中獲取某些敏感信息。
鏈路加密對用戶來說比較容易，使用的密鑰較少，而端到端加密比較靈活，對用戶可見。在對鏈路加密中各節(jié)點安全狀況不放心的情況下也可使用端到端加密方式。
3.2數(shù)據(jù)加密算法
數(shù)據(jù)加密算法有很多種[3-4]，密碼算法標(biāo)準(zhǔn)化是信息化社會發(fā)展得必然趨勢，是世界各國保密通信領(lǐng)域得一個重要課題。按照發(fā)展進(jìn)程來分，經(jīng)歷了古典密碼、對稱密鑰密碼和公開密鑰密碼階段，古典密碼算法有替代加密、置換加密;對稱加密算法包括DES和AES;非對稱加密算法包括RSA、背包密碼、McEliece密碼、Rabin、橢圓曲線、EIGamalD_H等。目前在數(shù)據(jù)通信中使用最普遍的算法有DES算法、RSA算法和PGP算法等。
(1)DES加密算法(數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn))。
DES是一種對二元數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的算法，數(shù)據(jù)分組長度為64位，密文分組長度也是64位，使用的密鑰為64位，有效密鑰長度為56位，有8位用于奇偶校驗，解密時的過程和加密時相似，但密鑰的順序正好相反。
DES算法的弱點是不能提供足夠的安全性，因為其密鑰容量只有56位。由于這個原因，后來又提出了三重DES或3DES系統(tǒng)，使用3個不同的密鑰對數(shù)據(jù)塊進(jìn)行(兩次或)三次加密，該方法比進(jìn)行普通加密的三次塊。其強度大約和112比特的密鑰強度相當(dāng)。
(2)RSA算法
RSA算法既能用于數(shù)據(jù)加密，也能用于數(shù)字簽名，RSA的理論依據(jù)為：尋找兩個大素數(shù)比較簡單，而將它們的乘積分解開則異常困難。在RSA算法中，包含兩個密鑰，加密密鑰PK，和解密密鑰SK，加密密鑰是公開的，其加密與解密方程為：
其中n=p×q，P∈[0，n-1]，p和q均為大于10100的素數(shù)，這兩個素數(shù)是保密的。
RSA算法的優(yōu)點是密鑰空間大，缺點是加密速度慢，如果RSA和DES結(jié)合使用，則正好彌補RSA的缺點。即DES用于明文加密，RSA用于DES密鑰的加密。由于DES加密速度快，適合加密較長的報文;而RSA可解決DES密鑰分配的問題。
4.加密技術(shù)的發(fā)展
4.1密碼專用芯片集成
密碼技術(shù)是信息安全的核心技術(shù)，無處不在，目前已經(jīng)滲透到大部分安全產(chǎn)品之中，正向芯片化方向發(fā)展。在芯片設(shè)計制造方面，目前微電子水平已經(jīng)發(fā)展到0.1微米工藝以下，芯片設(shè)計的水平很高。我國在密碼專用芯片領(lǐng)域的研究起步落后于國外，近年來我國集成電路產(chǎn)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新和自我開發(fā)能力得到了提高，微電子工業(yè)得到了發(fā)展，從而推動了密碼專用芯片的發(fā)展。加快密碼專用芯片的研制將會推動我國信息安全系統(tǒng)的完善。
4.2量子加密技術(shù)的研究
量子技術(shù)在密碼學(xué)上的應(yīng)用分為兩類：一是利用量子計算機對傳統(tǒng)密碼體制的分析;二是利用單光子的測不準(zhǔn)原理在光纖一級實現(xiàn)密鑰管理和信息加密，即量子密碼學(xué)。量子計算機是一種傳統(tǒng)意義上的超大規(guī)模并行計算系統(tǒng)，利用量子計算機可以在幾秒鐘內(nèi)分解RSA129的公鑰。根據(jù)internet的發(fā)展，全光網(wǎng)絡(luò)將是今后網(wǎng)絡(luò)連接的發(fā)展方向，利用量子技術(shù)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的密碼體制，在光纖一級完成密鑰交換和信息加密，其安全性是建立在Heisenberg的測不準(zhǔn)原理上的，如果攻擊者企圖接收并檢測信息發(fā)送方的信息(偏振)，則將造成量子狀態(tài)的改變，這種改變對攻擊者而言是不可恢復(fù)的，而對收發(fā)方則可很容易地檢測出信息是否受到攻擊。目前量子加密技術(shù)仍然處于研究階段，其量子密鑰分配QKD在光纖上的有效距離還達(dá)不到遠(yuǎn)距離光纖通信的要求。
5.結(jié)束語
信息安全問題涉及到國家安全、社會公共安全，世界各國已經(jīng)認(rèn)識到信息安全涉及重大國家利益，是互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的制高點，也是推動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展、電子政務(wù)和電子商務(wù)的關(guān)鍵，發(fā)展信息安全技術(shù)是目前面臨的迫切要求，除了上述內(nèi)容以外，網(wǎng)絡(luò)與信息安全還涉及到其他很多方面的技術(shù)與知識，例如：黒客技術(shù)、防火墻技術(shù)、入侵檢測技術(shù)、病毒防護(hù)技術(shù)、信息隱藏技術(shù)等。一個完善的信息安全保障系統(tǒng)，應(yīng)該根據(jù)具體需求對上述安全技術(shù)進(jìn)行取舍。
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