對稱加密系統

隨着大型企業管理軟件的發展，其應用越來越廣泛，企業數據平台涉及局域網、廣域網、Internet等，在各類系統中保存的企業關鍵數據量也越來越大，許多數據需要保存數十年以上，甚至是永久性保存。於是關鍵業務數據成了企業生存的命脈和寶貴的資源，數據安全性問題越來越突出。如何增強企業軟件系統的安全性、保密性、真實性、完整性，成為每一位軟件開發人員關注的焦點。

為了解決關鍵業務的數據安全問題，首先對數據系統進行全面、可靠、安全和多層次的備份是必不可少的，除此以外，各種安全產品，無論防火牆、防病毒、防黑客、防入侵等等，都或多或少地肩負着一些保護數據的責任。從保護數據的角度講，對數據安全這個廣義概念，可以細分為三部分：數據加密、數據傳輸安全和身份認證管理。

數據傳輸安全是指數據在傳輸過程中必須要確保數據的安全性，完整性和不可篡改性。

身份認證的目的是確定系統和網絡的訪問者是否是合法用户。主要採用登錄密碼、代表用户身份的物品（如智能卡、IC卡等）或反映用户生理特徵的標識鑑別訪問者的身份。

數據加密技術是最基本的安全技術，被譽為信息安全的核心，最初主要用於保證數據在存儲和傳輸過程中的保密性。它通過變換和置換等各種方法將被保護信息置換成密文，然後再進行信息的存儲或傳輸，即使加密信息在存儲或者傳輸過程為非授權人員所獲得，也可以保證這些信息不為其認知，從而達到保護信息的目的。該方法的保密性直接取決於所採用的密碼算法和密鑰長度。

根據密鑰類型不同可以將現代密碼技術分為兩類：對稱加密算法（私鑰密碼體系）和非對稱加密算法（公鑰密碼體系）。在對稱加密算法中，數據加密和解密採用的都是同一個密鑰，因而其安全性依賴於所持有密鑰的安全性。對稱加密算法的主要優點是加密和解密速度快，加密強度高，且算法公開，但其最大的缺點是實現密鑰的秘密分發困難，在大量用户的情況下密鑰管理複雜，而且無法完成身份認證等功能，不便於應用在網絡開放的環境中。最著名的對稱加密算法有數據加密標準DES和歐洲數據加密標準IDEA等，加密強度最高的對稱加密算法是高級加密標準AES。

對稱加密算法、非對稱加密算法和不可逆加密算法可以分別應用於數據加密、身份認證和數據安全傳輸。

對稱加密算法是應用較早的加密算法，技術成熟。在對稱加密算法中，數據發信方將明文（原始數據）和加密密鑰一起經過特殊加密算法處理後，使其變成複雜的加密密文發送出去。收信方收到密文後，若想解讀原文，則需要使用加密用過的密鑰及相同算法的逆算法對密文進行解密，才能使其恢復成可讀明文。在對稱加密算法中，使用的密鑰只有一個，發收信雙方都使用這個密鑰對數據進行加密和解密，這就要求解密方事先必須知道加密密鑰。對稱加密算法的特點是算法公開、計算量小、加密速度快、加密效率高。不足之處是，交易雙方都使用同樣鑰匙，安全性得不到保證。此外，每對用户每次使用對稱加密算法時，都需要使用其他人不知道的惟一鑰匙，這會使得發收信雙方所擁有的鑰匙數量成幾何級數增長，密鑰管理成為用户的負擔。對稱加密算法在分佈式網絡系統上使用較為困難，主要是因為密鑰管理困難，使用成本較高。在計算機專網系統中廣泛使用的對稱加密算法有DES、IDEA和AES。

傳統的DES由於只有56位的密鑰，因此已經不適應當今分佈式開放網絡對數據加密安全性的要求。1997年RSA數據安全公司發起了一項“DES挑戰賽”的活動，志願者四次分別用四個月、41天、56個小時和22個小時破解了其用56位密鑰DES算法加密的密文。即DES加密算法在計算機速度提升後的今天被認為是不安全的。

AES是美國聯邦政府採用的商業及政府數據加密標準，預計將在未來幾十年裏代替DES在各個領域中得到廣泛應用。AES提供128位密鑰，因此，128位AES的加密強度是56位DES加密強度的1021倍還多。假設可以製造一部可以在1秒內破解DES密碼的機器，那麼使用這台機器破解一個128位AES密碼需要大約149億萬年的時間。（更深一步比較而言，宇宙一般被認為存在了還不到200億年）因此可以預計，美國國家標準局倡導的AES即將作為新標準取代DES。

不對稱加密算法使用兩把完全不同但又是完全匹配的一對鑰匙—公鑰和私鑰。在使用不對稱加密算法加密文件時，只有使用匹配的一對公鑰和私鑰，才能完成對明文的加密和解密過程。加密明文時採用公鑰加密，解密密文時使用私鑰才能完成，而且發信方（加密者）知道收信方的公鑰，只有收信方（解密者）才是唯一知道自己私鑰的人。不對稱加密算法的基本原理是，如果發信方想發送只有收信方才能解讀的加密信息，發信方必須首先知道收信方的公鑰，然後利用收信方的公鑰來加密原文；收信方收到加密密文後，使用自己的私鑰才能解密密文。顯然，採用不對稱加密算法，收發信雙方在通信之前，收信方必須將自己早已隨機生成的公鑰送給發信方，而自己保留私鑰。由於不對稱算法擁有兩個密鑰，因而特別適用於分佈式系統中的數據加密。廣泛應用的不對稱加密算法有RSA算法和美國國家標準局提出的DSA。以不對稱加密算法為基礎的加密技術應用非常廣泛。

非對稱加密系統使用對方的公開密鑰進行加密，只有對應的私密密鑰才能夠破解加密後的密文。圖1是非對稱加密系統的一個簡單示意過程：非對稱加密系統能夠達到秘密性和完整性：

u 只有指定的接收者才能解開密文

u 經過加密解密的過程中，不會改變明文

u 每個人都能傳送密文，但是不知道是誰傳送的