密码技术[编辑]

     密码学（在西欧语文中之源于希腊语kryptós，“隐藏的”，和gráphein，“书写”）是研究如何隐密地传递信息的学科。在现代特别指对信息以及其传输的数学性研究，常被认为是数学和计算机科学的分支，和信息论也密切相关。

词语解释　　著名的密码学者Ron Rivest解释道：“密码学是关于如何在敌人存在的环境中通讯”，自工程学的角度，这相当于密码学与纯数学的异同。

简介

　　密码学是 信息安全等相关议题，如认证、访问控制的核心。密码学的首要目是隐藏信息的涵义，并不是将隐藏信息的存在。密码学也促进了计算机科学，特别是在于电脑与网络安全所使用的技术，如访问控制与信息的机密性。密码学已被应用在日常生活：包括自动柜员机的芯片卡、电脑使用者存取密码、电子商务等等。

术语

　　直到现代以前，密码学几乎专指加密算法：将普通信息（明文）转换成难以理解的资料（密文）的过程；解密算法则是其相反的过程：由密文转换回明文；密码机（cipher或cypher）包含了这两种算法，一般加密即同时指称加密与解密的技术。 密码机的具体运作由两部分决定：一个是算法，另一个是钥匙。钥匙是一个用于密码机算法的秘密参数，通常只有通讯者拥有。历史上，钥匙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。

现代密码学

　　现代密码学大致可被区分为数个领域。 对称钥匙密码学指的是传送方与接收方都拥有相同的钥匙。直到1976年这都还是唯一的公开加密法。

　　现代的研究主要在分组密码（Block Cipher）与流密码（Stream Cipher）及其应用。分组密码在某种意义上是阿伯提的多字符加密法的现代化。

分组密码

　　分组密码取用明文的一个区块和钥匙，输出相同大小的密文区块。由于信息通常比单一区块还长，因此有了各种方式将连续的区块编织在一起。 DES和AES是美国联邦政府核定的分组密码标准（AES将取代DES）。尽管将从标准上废除，DES依然很流行（triple-DES变形仍然相当安全），被使用在非常多的应用上，从自动交易机、电子邮件到远端存取。也有许多其他的区块加密被发明、释出，品质与应用上各有不同，其中不乏被破解者。

流密码

　　流密码，相对于区块加密，制造一段任意长的钥匙原料，与明文依位元或字符结合，有点类似一次垫（one-time pad）。输出的串流根据加密时的内部状态而定。在一些流密码上由钥匙控制状态的变化。RC4是相当有名的流密码。

　　密码杂凑函数（有时称作消息摘要函数，杂凑函数又称散列函数或哈希函数）不一定使用到钥匙，但和许多重要的密码算法相关。它将输入资料（通常是一整份文件）输出成较短的固定长度杂凑值，这个过程是单向的，逆向操作难以完成，而且碰撞（两个不同的输入产生相同的杂凑值）发生的机率非常小。

　　信息认证码或押码（Message authentication codes, MACs）很类似密码杂凑函数，除了接收方额外使用秘密钥匙来认证杂凑值。

公开密钥密码体系

名词解释

　　公开密钥密码体系，简称公钥密码体系，又称非对称密钥密码体系，相对于对称密钥密码体系，最大的特点在于加密和解密使用不同的密钥。概述

　　在对称密钥密码体系中，加密和解密使用相同的密钥，也许对不同的信息使用不同的密钥，但都面临密钥管理的难题。由于每对通讯方都必须使用异于他组的密钥，当网络成员的数量增加时，密钥数量成二次方增加。更尴尬的难题是：当安全的通道不存在于双方时，如何建立一个共有的密钥以利安全的通讯？如果有通道可以安全地建立密钥，何不使用现有的通道。这个‘鸡生蛋、蛋生鸡’的矛盾是长年以来密码学无法在真实世界应用的阻碍。

　　1976年， 美国学者Whitfield Diffie与Martin Hellman发表开创性的论文，提出公开密钥密码体系的概念：一对不同值但数学相关的密钥，公开钥匙（或公钥, public key）与私密钥匙（私钥,private key or secret key）。在公钥系统中，由公开密钥推算出配对的私密密钥于计算上是不可行的。历史学者David Kahn这样描述公开密钥密码学；“从文艺复兴的多字符取代法后最革命性的概念。”在公钥系统中，公钥可以随意流传，但私钥只有该人拥有。典型的用法是，其他人用公钥来加密给该接受者，接受者使用自己的私钥解密。Diffie与Hellman也展示了如何利用公开钥匙密码学来达成Diffie-Hellman钥匙交换协定。

　　1978年，MIT的Ron Rivest、Adi Shamir和Len Adleman发明另一个公开密钥系统，RSA。

　　直到1997年的公开文件中大众才知道，早在１９７０年代早期，英国情报机构GCHQ的数学家James H. Ellis便已发明非对称密钥密码学，而且Diffie-Hellman与RSA都曾被Malcolm J. Williamson与Clifford Cocks分别发明于前。 这两个最早的公钥系统提供优良的加密法基础，因而被大量使用。其他公钥系统还有Cramer-Shoup、Elgamal、以及椭圆曲线密码学等等。

　　除了加密外，公开密钥密码学最显著的成就是实现了数字签名。数字签名名符其实是普通签章的数位化，他们的特性都是某人可以轻易制造签章，但他人却难以仿冒。数字签名可以永久地与被签署信息结合，无法自信息上移除。数字签名大致包含两个算法：一个是签署，使用私密密钥处理信息或信息的杂凑值而产生签章；另一个是验证，使用公开钥匙验证签章的真实性。RSA和DSA是两种最流行的数字签名机制。数字签名是公开密钥

　　基础建设（public key infranstructures, PKI）以及许多网络安全机制（SSL/TLS, VPNs等）的基础。

　　公开密钥的算法大多基于计算复杂度上的难题，通常来自于数论。例如，RSA源于整数因子分解问题；DSA源于离散对数问题。近年发展快速的椭圆曲线密码学则基于和椭圆曲线相关的数学难题，与离散对数相当。由于这些底层的问题多涉及模数乘法或指数运算，相对于分组密码需要更多计算资源。因此，公开密钥系统通常是复合式的，内含一个高效率的对称密钥算法，用以加密信息，再以公开密钥加密对称钥匙系统所使用的钥匙，以增进效率。

　　20世纪70年代，美国斯坦福大学的两名学者迪菲和赫尔曼提出了一种新的加密方法--公开密钥加密队PKE方法。与传统的加密方法不同，该技术采用两个不同的密钥来对信息加密和解密，它也称为"非对称式加密方法。每个用户有一个对外公开的加密算法E和对外保密的解密算法D，

　　它们须满足条件：

　　（1）D是E的逆，即D[E（X）]=X；

　　（2）E和D都容易计算。

　　（3）由E出发去求解D十分困难。

加密体制及比较

　　根据密钥类型不同将现代密码技术分为两类：一类是对称加密（秘密钥匙加密）系统，另一类是公开密钥加密（非对称加密）系统。　

　　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。　

　　对称密码系统的安全性依赖于以下两个因素。第一，加密算法必须是足够强的，仅仅基于密文本身去解密信息在实践上是不可能的；第二，加密方法的安全性依赖于密钥的秘密性，而不是算法的秘密性，因此，我们没有必要确保算法的秘密性，而需要保证密钥的秘密性。对称加密系统的算法实现速度极快，从AES候选算法的测试结果看，软件实现的速度都达到了每秒数兆或数十兆比特。对称密码系统的这些特点使其有着广泛的应用。因为算法不需要保密，所以制造商可以开发出低成本的芯片以实现数据加密。这些芯片有着广泛的应用，适合于大规模生产。　

　　对称加密系统最大的问题是密钥的分发和管理非常复杂、代价高昂。比如对于具有n个用户的网络，需要n(n－1)/2个密钥，在用户群不是很大的情况下，对称加密系统是有效的。但是对于大型网络，当用户群很大，分布很广时，密钥的分配和保存就成了大问题。对称加密算法另一个缺点是不能实现数字签名。　

　　公开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。由于加密钥匙是公开的，密钥的分配和管理就很简单，比如对于具有n个用户的网络，仅需要2n个密钥。公开密钥加密系统还能够很容易地实现数字签名。因此，最适合于电子商务应用需要。在实际应用中，公开密钥加密系统并没有完全取代对称密钥加密系统，这是因为公开密钥加密系统是基于尖端的数学难题，计算非常复杂，它的安全性更高，但它实现速度却远赶不上对称密钥加密系统。在实际应用中可利用二者的各自优点，采用对称加密系统加密文件，采用公开密钥加密系统加密“加密文件”的密钥（会话密钥），这就是混合加密系统，它较好地解决了运算速度问题和密钥分配管理问题。因此，公钥密码体制通常被用来加密关键性的、核心的机密数据，而对称密码体制通常被用来加密大量的数据。

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