密码学与信息安全技术

信息安全专业的密码学教学

由于使用了数学中的有限域和数论理论，因此密码学课程一直被视为是非常数学的。诚然，数学基础对现代密码方案设计和算法理解是至关重要的，但是对于密码系统开发和评估人员来说，一般不需要考虑底层的密码算法，而是需要分析高层密码协议(如密钥分配协议，身份认证协议)的安全性。因此，过分强调数学在密码学中的作用而忽视一般密码知识的重要性，就导致出现了很多有缺陷的密码系统，而这些缺陷一般都不是因为底层密码算法的瑕疵而引起的。故此，如何使信息安全的思想和方法更有效地被系统开发者理解，引起了国内外政府、大学、科研机构的高度关注。我国于本世纪初在一些大学先后开设了信息安全专业，但是如何将密码学从纯粹数学研究或者科学研究领域转变为非数学和科研工作者应用的开发工具，是一个严峻的挑战，而分析和总结非数学专业密码学课程的教学是一项有意义的工作。

2一些例子

本节介绍一些有缺陷的密码系统，从中可以看出缺乏对必要的密码协议的理解将带来的安全隐患。

2.1商场支付卡系统

商家的支付可系统通常用一个PIN码簿加密客户的PIN码。由于系统的敏感性，PIN码簿应周期性地更新。而在早先的装置中，这些系统使用主密钥管理系统，这就需要信用卡认证主机定期下载一个新的会话密钥充当PIN码簿。但不幸的是，商家终端和信用卡认证主机之间通信协议的设计者没有意识到这个问题，在通信协议中不提供对更新会话密钥的下载，因此大多数情况下，会话密钥没有更新。

2.2IBM 4758处理器

一些银行的ATM机利用了IBM 4758密码处理器，但在执行库设计上存在着一个缺陷，这就使得某个心怀叵测的银行职员可以获得设备使用的密钥。

2.3等价保密

为了达到与有线通信等价的保密性，无线通信协议标准IEEE 802.11b利用RC4密码算法实现加密。而为了防止RC4密码算法被破解，密钥不能重复使用，但在IEEE 802.11b标准中并未提及这点，因此在许多依据此标准构造的安全体系中，密钥可以重复使用，导致系统很容易受到攻击。

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密码学在网络信息安全技术中的应用探讨

作者：王鑫

来源：《科学与财富》2017年第15期

（中国计量大学 浙江杭州 310018）

摘要：随着网络的日益普及，信息安全问题愈发重要。黑客入侵、信息泄露、计算机病毒传播等，不仅影响了网络的使用，还威胁到用户的人身、财产安全。信息安全方面的技术保障也越来越多，其中，最核心的技术就是密码技术。一方面可以保证重要信息的安全，另一方面也有助于数字签名、系统安全、身份验证等各项功能的实现，保证了信息的机密性和完整性，保护相关信息不被篡改、假冒和伪造。

关键词：密码学；信息安全；网络信息；数字签名

关于信息安全，国际标准化组织的定义是：为了保护数据处理系统的安全而采取的管理和技术；让软件数据、计算机硬件不会遭到恶意的更改和破坏，也不会出现信息的偶然泄露。其基本属性包括完整性、可审查性、可用性、保密性和可控性。网络信息安全涉及到安全监控、密码理论、信息分析、应急处理等方方面面，需要综合运用计算机、电子、通信、数学等多学科技术成果。毫无疑问，网络信息安全技术是多学科技术的结晶。生活中，网络信息安全正面临多方面的的威胁，具有突发、无边界、隐蔽和蔓延等特点。正因为如此，它打破了地理、空间上的边界概念，让相关攻击具有极大的隐蔽性。

一、网络安全方面的威胁

一般认为，当前网络安全方面的威胁主要体现在如下方面：

1.非授权访问。没有经过事先同意，就使用网络资源，即被视作非授权访问，包括：故意绕开系统，访问控制系统，非正常使用网络资源，或者擅自扩权，乃至越权访问网络信息。主要表现为以下现象：假冒、非法用户进入系统进行操作、或者合法用户在未获得正式授权的情况下擅自操作等。

2.信息丢失或者泄漏。指无意或者故意泄漏敏感数据，比如"黑客"利用搭线窃听、电磁泄漏等方式，导致相关信息失窃。

信息安全中的密码学技术与应用

信息安全是一个涵盖广泛的概念，不仅包括网络安全、物理安全、数据安全等多个方面，还涉及到用户隐私、商业机密、国家安全等重要领域。而密码学技术作为信息安全领域中的一项重要技术手段，对于保护敏感信息和数据具有不可替代的作用。本文将从密码学技术的基本概念入手，介绍密码学技术的发展、常用的密码学算法以及密码技术的应用。

密码学技术概述

密码学技术是一种通过变换信息的形式或内容，使信息在传递中不被非法获取、使用或篡改的技术。更确切地说，它是一种保护敏感信息利用数学和计算机科学原理来实现的技术，分为对称加密和非对称加密两种，常见的加密算法包括DES、RSA、AES等。

密码学技术的发展

密码学技术由人类历史上的最古老的加密手段逐步发展而来，最早的密码学代表是凯撒密码，后来又有培根密码、维吉尼亚密码等，这些密码可以通过手动的方式加密解密信息。到了20世纪，密码学技术随着电子计算机的发展而得到了长足的进步。1949年，美国人Claude Shannon发表了《通信的保密性》一文，提出了信息论，开创了密码学理论与信息论结合的先河。1960年代，由IBM公司发明的DES成为了当时最流行的加密方式。随着计算机计算能力的提高和对网络安全需求的增加，一系列密码学算法相继被发明出来，比如RSA、AES等密码算法，不断为密码学领域的发展带来革命性的变化。

常用的密码学算法

1、DES

DES是一种对称密钥加密方式，1977年被美国提出，已被广泛使用。其基本思想是将明文按固定长度分成块，应用复杂的函数和密码学操作，然后对明文加密，得到密文。

2、RSA

RSA是一种广泛使用的非对称加密算法，1977年由Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman三人同时提出。RSA利用大质数分解难题，可以使数据传输的过程中只允许公钥加密、私钥解密。RSA的加密解密过程速度较慢，但安全性比较高。

信息安全中的密码学原理和技术

随着信息科技的发展，随处可见的网络化、数字化对我们日常生活产生着越来越大的影响。信息安全问题愈发凸显，人们对信息保护越来越重视。在信息保护领域中，密码学是一项至关重要的技术。它是研究信息加密、解密和认证等技术的学科，其应用领域非常广泛，包括网络安全、电子商务、云计算等。那么，密码学原理及技术又是如何实现这些目的的呢？

一、对称密码算法

对称加密算法是最简单的密码学算法，采用幂等性原则，即将明文和密钥进行一次加密运算，产生密文；同时，再将密文和密钥进行一次解密运算，得到的明文即与原明文一致。常见的对称加密算法有DES、3DES、AES等。AES是目前应用最为广泛的对称加密算法，因其安全性好、性能高、易用性强而被广泛应用于众多领域中。

在对称加密算法的过程中，密文与密钥是完全相同的。因此，密钥必须安全地保管，并且只有双方各持一份密钥才能进行安全的信息交流。在网络通信时，如何安全地把一个密钥传递给另一方是非常重要的问题。可以采用提前通过安全信道（如快递等）交换，或者使用公钥密码学的方式。

二、 公钥密码学

公钥加密算法是一种比对称加密算法更先进更安全的加密算法，采用了非幂等性的原则，即使用一种密钥进行加密和另一种密钥进行解密。它的名称来自于将加密和解密密钥分为了两个部分——公钥和私钥。由于公钥可公开，私钥只有自己知道，所以公钥加密算法具有更高的安全性。最常见的公钥加密算法有RSA，其安全性非常高，坚不可摧。

公钥加密算法的工作原理是由发送方使用接收方的公钥对明文进行加密，接收方再使用自己私钥对密文进行解密。因为发送方不需要知道接收方的私钥，所以不用担心密钥的传输问题。在拥有实体身份的情况下，简单的公钥加密算法便可轻易地解决密钥的传输问题，而不需要快递等安全信道的保护。

不过，由于公钥加密算法的计算量比较大，其加密速度会比对称加密算法慢得多，所以在实际使用中需要谨慎考虑其应用场景。