密码学概述

发布时间 2023-12-04 22:39:01作者: Mu_Yu

密码学

密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。研究密码变化的客观规律,应用于编制密码以保守通信秘密的,称为编码学;应用于破译密码以获取通信情报的,称为破译学,总称密码学。电报最早是由美国的摩尔斯在1844年发明的,故也被叫做摩尔斯电码。它由两种基本信号和不同的间隔时间组成:短促的点信号 .,读 的 (Di);保持一定时间的长信号—,读答 (Da)。间隔时间:滴,1t;答,3t;滴答间,1t;字母间,3t;字间,5t。

密钥:分为加密密钥和解密密钥。 明文:没有进行加密,能够直接代表原文含义的信息。

密文:经过加密处理处理之后,隐藏原文含义的信息。

加密:将明文转换成密文的实施过程。 解密:将密文转换成明文的实施过程。

密码算法:密码系统采用的加密方法和解密方法,随着基于数学密码技术的发展,加密方法一般称为加密算法,解密方法一般称为解密算法。 直到现代以前,密码学几乎专指加密(encryption)

算法:将普通信息(明文,plaintext)转换成难以理解的资料(密文,ciphertext)的过程;

解密(decryption)算法则是其相反的过程:由密文转换回明文;加解密包含了这两种算法,一般加密即同时指称加密(encrypt或encipher)与解密(decrypt或decipher)的技术。

加解密的具体运作由两部分决定:一个是算法,另一个是密钥。密钥是一个用于加解密算法的秘密参数,通常只有通讯者拥有。历史上,密钥通常未经认证或完整性测试而被直接使用在密码机上。

密码协议(cryptographic protocol)是使用密码技术的通信协议(communication protocol)。近代密码学者多认为除了传统上的加解密算法,密码协议也一样重要,两者为密码学研究的两大课题。在英文中,cryptography和cryptology都可代表密码学,前者又称密码术。但更严谨地说,前者(cryptography)指密码技术的使用,而后者(cryptology)指研究密码的学科,包含密码术与密码分析。密码分析(cryptanalysis)是研究如何破解密码学的学科。但在实际使用中,通常都称密码学(英文通常称cryptography),而不具体区分其含义。 口语上,编码(code)常意指加密或隐藏信息的各种方法。然而,在密码学中,编码有更特定的意义:它意指以码字(code word)取代特定的明文。例如,以‘苹果派’(apple pie)替换‘拂晓攻击’(attack at dawn)。编码已经不再被使用在严谨的密码学,它在信息论或通讯原理上有更明确的意义。 在汉语口语中,电脑系统或网络使用的个人帐户口令(password)也常被以密码代称,虽然口令亦属密码学研究的范围,但学术上口令与密码学中所称的钥匙(key)并不相同,即使两者间常有密切的关连。

对称加密

​ 对称加密算法是应用较早的加密算法,技术成熟。在对称加密算法中,数据发信方将明文(原始数据)和加密密钥(mi yao)一起经过特殊加密算法处理后,使其变成复杂的加密密文发送出去。收信方收到密文后,若想解读原文,则需要使用加密用过的密钥及相同算法的逆算法对密文进行解密,才能使其恢复成可读明文。在对称加密算法中,使用的密钥只有一个,发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密,这就要求解密方事先必须知道加密密钥。

​ 对称加密(也叫私钥加密)指加密和解密使用相同密钥的加密算法。有时又叫传统密码算法,就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来,同时解密密钥也可以从加密密钥中推算出来。而在大多数的对称算法中,加密密钥和解密密钥是相同的,所以也称这种加密算法为秘密密钥算法或单密钥算法。它要求发送方和接收方在安全通信之前,商定一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥,泄漏密钥就意味着任何人都可以对他们发送或接收的消息解密,所以密钥的保密性对通信的安全性至关重要。

特点:对称加密算法的特点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。

例如:DES算法,3DES算法,TDEA算法,Blowfish算法,RC5算法,IDEA算法

非对称加密

​ 公钥加密,也叫非对称(密钥)加密(public key encryption),属于通信科技下的网络安全二级学科,指的是由对应的一对唯一性密钥(即公开密钥和私有密钥)组成的加密方法。它解决了密钥的发布和管理问题,是商业密码的核心。在公钥加密体制中,没有公开的是私钥,公开的是公钥。

例如:RSA、ElGamal、背包算法、Rabin(Rabin的加密法可以说是RSA方法的特例)、Diffie-Hellman (D-H) 密钥交换协议中的公钥加密算法、Elliptic Curve Cryptography(ECC,椭圆曲线加密算法)。使用最广泛的是RSA算法(由发明者Rivest、Shamir和Adleman姓氏首字母缩写而来)是著名的公开金钥加密算法,ElGamal是另一种常用的非对称加密算法。 [1]

流加密

​ 流加密,是对称加密算法的一种,加密和解密双方使用相同伪随机加密数据流(pseudo-randomstream)作为密钥,明文数据每次与密钥数据流顺次对应加密,得到密文数据流。实践中数据通常是一个位(bit)并用异或(xor)操作加密。

在密码学中,流加密(英语:Stream cipher),又译为流加密、数据流加密,是一种对称加密算法,加密和解密双方使用相同伪随机加密数据流(pseudo-random stream)作为密钥,明文数据每次与密钥数据流顺次对应加密,得到密文数据流。实践中数据通常是一个位(bit)并用异或(xor)操作加密。

该算法解决了对称加密完善保密性(perfect secrecy)的实际操作困难。“完善保密性”由克劳德·香农于1949年提出。由于完善保密性要求密钥长度不短于明文长度,故而实际操作存在困难,改由较短数据流通过特定算法得到密钥流。

伪随机密钥流(keystream)由一个随机的种子(seed)通过算法(称为:PRG,pseudo-random generator)得到,k作为种子,则G(k)作为实际使用的密钥进行加密解密工作。

为了保证流加密的安全性,PRG必须是不可预测的。弱算法包括glibc random()函数,线性同余生成器(linear congruential generator)等。 [1] 流加密过程

加密过程:首先生成一个对称秘钥,使用用户公钥加密这个对称秘钥后存储在文件头,然后用生成的对称秘钥加密文件数据存储。

解密过程:首先使用自己的私钥解密被加密的对称秘钥,再用该对称秘钥解密出数据原文。 [2]