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1、常见加密算法分,用途,原理以及比较密码学简介据记载，公元前400年，古希腊人发明了置换密码。1881年世界上的第一个电话保密专利出现。在第二次世界大战期间，德国军方启用“恩尼格玛”密码机，密码学在战争中起着非常重要的作用。随着信息化和数字化社会的发展，人们对信息安全和保密的重要性认识不断提高，于是在1997年，美国国家标准局公布实施了“美国数据加密标准（DES）”，民间力量开始全面介入密码学的研究和应用中，采用的加密算法有DES、RSA、SHA等。随着对加密强度需求的不断提高，近期又出现了AES、ECC等。使用密码学可以达到以下目的：保密性：防止用户的标识或数据被读取。数据完整性：防止数据被更
2、改。身份验证：确保数据发自特定的一方。二.加密算法介绍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 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
3、。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；AES2000年10月，NIST（美国国家标准和技术协会）宣布通过从15种侯选算法中选出的一项新的密匙加密标准。Rijndael被选中成为将来的AES。Rijndael是在1999年下半年，由研究员Joan Daemen和Vincent Rijmen创建的。AES正日益成为加密各种形式的电子数据的实际标准。美国标准与技术研究院(NIST)于2002年5月26日制定了新的高级加密标准(AES)规范。算法原理AES算法基于排列和置换运算。排列是对数据重新进行安排，置换是将
4、一个数据单元替换为另一个。AES使用几种不同的方法来执行排列和置换运算。AES是一个迭代的、对称密钥分组的密码，它可以使用128、192和256位密钥，并且用128位（16字节）分组加密和解密数据。与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。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AES与3DES的比较算法名称算法类型密钥长度速度解密时间（建设机器每秒尝试255个密钥）资源消耗AES对称block密码128、192、256位高1490000亿年低3DES对称feistel密码112位或168位低46亿
5、年中非对称算法常见的非对称加密算法如下：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。ECC在1976年，由于对称加密算法已经不能满足需要，Diffie和Hellman发表了一篇叫密码学新动向的文章，介绍了公匙加密的概念，由Rivet、Shamir、Adelman提出了RSA算法。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
6、展，为了保障数据的安全，RSA的密钥需要不断增加，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，因此需要一种新的算法来代替RSA。1985年N.Koblitz和Miller提出将椭圆曲线用于密码算法，根据是有限域上的椭圆曲线上的点群中的离散对数问题ECDLP。ECDLP是比因子分解问题更难的问题，它是指数级的难度。算法原理椭圆曲线上的难题椭圆曲线上离散对数问题ECDLP定义如下：给定素数p和椭圆曲线E，对QkP，在已知P，Q的情况下求出小于p的正整数k。可以证明由k和P计算Q比较容易，而由Q和P计算k则比较困难。将椭圆曲线
7、中的加法运算与离散对数中的模乘运算相对应，将椭圆曲线中的乘法运算与离散对数中的模幂运算相对应，我们就可以建立基于椭圆曲线的对应的密码体制。例如，对应Diffie-Hellman公钥系统，我们可以通过如下方式在椭圆曲线上予以实现：在E上选取生成元P，要求由P产生的群元素足够多，通信双方A和B分别选取a和b，a和b予以保密，但将aP和bP公开，A和B间通信用的密钥为abP，这是第三者无法得知的。对应ELGamal密码系统可以采用如下的方式在椭圆曲线上予以实现：将明文m嵌入到E上Pm点，选一点BE，每一用户都选一整数a，0aN，N为阶数已知，a保密，aB公开。欲向A送m，可送去下面一对数偶：kB，P
8、m+k(aAB)，k是随机产生的整数。A可以从kB求得k(aAB)。通过：Pm+k(aAB)- k(aAB)=Pm恢复Pm。同样对应DSA，考虑如下等式：K=kG 其中K，G为Ep(a,b)上的点，k为小于n（n是点G的阶）的整数不难发现，给定k和G，根据加法法则，计算K很容易；但给定K和G，求k就相对困难了。这就是椭圆曲线加密算法采用的难题。我们把点G称为基点（base point），k（kn，n为基点G的阶）称为私有密钥（privte key），K称为公开密钥（public key)。ECC与RSA的比较ECC和RSA相比，在许多方面都有对绝对的优势，主要体现在以下方面：抗攻击性强。相同的
9、密钥长度，其抗攻击性要强很多倍。计算量小，处理速度快。ECC总的速度比RSA、DSA要快得多。存储空间占用小。ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多，意味着它所占的存贮空间要小得多。这对于加密算法在IC卡上的应用具有特别重要的意义。带宽要求低。当对长消息进行加解密时，三类密码系统有相同的带宽要求，但应用于短消息时ECC带宽要求却低得多。带宽要求低使ECC在无线网络领域具有广泛的应用前景。ECC的这些特点使它必将取代RSA，成为通用的公钥加密算法。比如SET协议的制定者已把它作为下一代SET协议中缺省的公钥密码算法。下面两张表示是RSA和ECC的安全性和速度的比较：攻破时间(MI
10、PS年)RSA/DSA(密钥长度)ECC密钥长度RSA/ECC密钥长度比1045121065：11087681326：1101110241607：11020204821010：110782100060035：1RSA和ECC安全模长得比较功能Security Builder 1.2BSAFE 3.0163位ECC(ms)1,023位RSA(ms)密钥对生成3.84,708.3签名2.1(ECNRA)228.43.0(ECDSA)认证9.9(ECNRA)12.710.7(ECDSA)DiffieHellman密钥交换7.31,654.0RSA和ECC速度比较散列算法散列是信息的提炼，通常其长度要
11、比信息小得多，且为一个固定长度。加密性强的散列一定是不可逆的，这就意味着通过散列结果，无法推出任何部分的原始信息。任何输入信息的变化，哪怕仅一位，都将导致散列结果的明显变化，这称之为雪崩效应。散列还应该是防冲突的，即找不出具有相同散列结果的两条信息。具有这些特性的散列结果就可以用于验证信息是否被修改。单向散列函数一般用于产生消息摘要，密钥加密等，常见的有：MD5（Message Digest Algorithm 5）：是RSA数据安全公司开发的一种单向散列算法。SHA（Secure Hash Algorithm）：可以对任意长度的数据运算生成一个160位的数值；SHA-1在1993年，安全散列
12、算法（SHA）由美国国家标准和技术协会(NIST)提出，并作为联邦信息处理标准（FIPS PUB 180）公布；1995年又发布了一个修订版FIPS PUB 180-1，通常称之为SHA-1。SHA-1是基于MD4算法的，并且它的设计在很大程度上是模仿MD4的。现在已成为公认的最安全的散列算法之一，并被广泛使用。算法原理SHA-1是一种数据加密算法，该算法的思想是接收一段明文，然后以一种不可逆的方式将它转换成一段（通常更小）密文，也可以简单的理解为取一串输入码（称为预映射或信息），并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值（也称为信息摘要或信息认证代码）的过程。单向散列函数的安全性在于
13、其产生散列值的操作过程具有较强的单向性。如果在输入序列中嵌入密码，那么任何人在不知道密码的情况下都不能产生正确的散列值，从而保证了其安全性。将输入流按照每块位（个字节）进行分块，并产生个字节的被称为信息认证代码或信息摘要的输出。该算法输入报文的最大长度不超过264位，产生的输出是一个160位的报文摘要。输入是按512位的分组进行处理的。SHA-1是不可逆的、防冲突，并具有良好的雪崩效应。通过散列算法可实现数字签名实现，数字签名的原理是将要传送的明文通过一种函数运算（Hash）转换成报文摘要（不同的明文对应不同的报文摘要），报文摘要加密后与明文一起传送给接受方，接受方将接受的明文产生新的报文摘要
14、与发送方的发来报文摘要解密比较，比较结果一致表示明文未被改动，如果不一致表示明文已被篡改。MAC (信息认证代码)就是一个散列结果，其中部分输入信息是密码，只有知道这个密码的参与者才能再次计算和验证MAC码的合法性。MAC的产生参见下图。输入信息密码散列函数信息认证代码SHA-1与MD5的比较因为二者均由MD4导出，SHA-1和MD5彼此很相似。相应的，他们的强度和其他特性也是相似，但还有以下几点不同：对强行供给的安全性：最显著和最重要的区别是SHA-1摘要比MD5摘要长32位。使用强行技术，产生任何一个报文使其摘要等于给定报摘要的难度对MD5是2128数量级的操作，而对SHA-1则是2160
15、数量级的操作。这样，SHA-1对强行攻击有更大的强度。对密码分析的安全性：由于MD5的设计，易受密码分析的攻击，SHA-1显得不易受这样的攻击。速度：在相同的硬件上，SHA-1的运行速度比MD5慢。对称与非对称算法比较以上综述了两种加密方法的原理，总体来说主要有下面几个方面的不同：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。从速度上来看：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。三
