据不完全统计,到目前为止,已经公开发表的各种加密算法多达数百种。下面我们将分别介绍简单加密方法、对称算法、公钥算法和PGP的应用。
1.简单的加密方法:换位和置换
换位和置换(transposition and substitution ciphers)是两种主要的编码方法,是组成最简单的密码基础。换位很像是一种字母游戏,打乱字母的顺序,并设法用这些打乱的字母组成一个单词。在换位密码中,数据本身并没有改变,它只是被安排成另一种不同的格式,有许多种不同的置换密码,有一种是用凯撒大帝的名字Julias Caesar命名的,即凯撒密码。它的原理是每一个字母都用其前面的第三个字母代替,如果到了最后那个字母,则又从头开始算。字母可以被在它前面的第n个字母所代替,在凯撒的密码中n就是3。
2.基于密钥的密码算法
这种算法通常有两类:对称算法和公开密钥算法。
(1) 对称算法
对称算法,就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来,反过来也成立。大多数对称算法中,加、解密的密钥是相同的,这些算法也称为秘密密钥算法或单密钥算法。它要求发送者和接收者在安全通信之前,商定一个密钥。算法的安全性依赖于密钥,只要通信需要保密,密钥就必须保密。
对称算法又分为两类:分组算法和序列算法,两者区别在于分组算法是对一个大的明文数据块(分组)进行运算;序列算法是对明文中单个位(或字节)进行运算。对称算法体制的发展趋势将以分组密码为重点,着名的对称密码算法有:
1) DES(Data Encryption Standard)数据加密标准
最着名的保密密钥或对称密钥加密算法DES(Data Encryption Standard)是由IBM公司在70年代发展起来的,该标准于 1977年由美国国家标准局颁布,主要用于民用敏感信息的保护,后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,使用56位密钥每次处理64位数据,运算速度快,易于用软件实现,也适合在专用芯片上实现。DES是一种世界公认的好的加密算法,自它问世以来经受住了许多科学家的研究和破译,曾为全球贸易、金融等部门提供了可靠的通信安全保障。但它也有明显的缺点,密钥太短, 有56位。目前已有许多DES被破译的报道,因此为了提高安全性,DES又有了新的发展。比如:三重 DES 使用双密钥加密的方法,即使用两个 56 位的密钥 k1、k2,发送方用 k1 加密,k2 解密,再使用 k1加密。接收方则使用k1解密,k2加密,再使用k1解密,其效果相当于将密钥的长度增加到112位。还有三重DES的变形算法,使用三个独立密钥,相当于密钥长度增加到168位等。
2) IDEA(International Data Encryption Algorithm)国际数据加密算法
IDEA由瑞士的Xuejia Lai和James Massey于1990年正式公布,并在以后得到增强。这种算法是在DES算法的基础上发展起来的,类似于三重DES。发展IDEA也是因为感到DES使用的密钥太短。IDEA的密钥为 128 位,这么长的密钥在未来若干年内应该是安全的。IDEA 算法也基于分组,它采用软件和硬件实现都同样快速,目前软件实现的IDEA比DES快两倍。由于IDEA是在美国之外提出并发展起来的,避开了美国法律上对加密技术的诸多限制。因此,有关IDEA算法和实现技术的资料可以自由出版和交流,可极大地促进IDEA的发展和完善。但由于该算法是一个相对较新的算法,针对它的攻击也还不多,还未经过较长时间的考验。因此,尚不能判断出它的问题和缺陷。
这一类算法的优点是有很强的保密强度,且经受住时间的检验和攻击,但其密钥必须通过安全的途径传送。因此,其密钥管理成为系统安全的重要因素。
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