文档介绍：第2章信息安全机制
本章学习目标
通过本章学习,读者应该掌握以下内容:
对称加密机制及典型算法
       非对称加密机制及算法
       数字签名的原理
       数据完整性验证的原理及典型算法
        PGP的使用
加密机制
密码学基础知识
一个密码体制被定义为一对数据变换,其中一个变换应用于我们称之为明文的数据项,变换后产生的相应数据项称为密文;而另一个变换应用于密文,变换后的结果为明文。这两个变换分别称为加密变换(Encryption)和解密变换(Decryption)。加密变换将明文和一个称为加密密钥的独立数据值作为输入,输出密文;解密变换将密文和一个称为解密密钥的数据值作为输入
加密和解密
加密解密
M:明文 C:密文 KE:加密密钥 KD:解密密钥
对称加密算法
加密:Ek(M)=C
解密:Dk(C)=M
序列密码算法(stream cipher)
分组密码算法(block cipher)
加密过程主要是重复使用混乱和扩散两种技术,混乱(confusion)是改变信息块使输出位和输入位无明显的统计关系。扩散(diffusion)是将明文位和密钥的效应传播到密文的其它位。
对称密码算法有很多种:DES、triple DES、IDEA、RC2、RC4、RC5、RC6、GOST、FEAL、LOKI
DES算法
首先把明文分成若干个64-bit的分组,算法以一个分组作为输入,通过一个初始置换(IP)将明文分组分成左半部分(L0)和右半部分(R0),各为32-bit。然后进行16轮完全相同的运算,这些运算我们称为函数f,在运算过程中数据与密钥相结合。经过16轮运算后,左、右两部分合在一起经过一个末转换(初始转换的逆置换IP-1),输出一个64-bit的密文分组。
1、算法描述
密钥位移位,从密钥的56位中选出48位。①通过一个扩展置换将数据的左半部分扩展成48位,②并通过一个异或操作与48位密钥结合,③通过8个S盒(substitution box)将这48位替代成新的32位,④再依照P-盒置换一次。以上四步构成复杂函数f(图中虚线框里的部分)。然后通过另一个异或运算,将复杂函数f的输出与左半部分结合成为新的右半部分。
每一轮的运算过程:
密钥通常表示为64-bit,但每个第8位用作奇偶校验,实际的密钥长度为56-bit。在DES的每一轮运算中,从56-bit密钥产生出不同的48-bit的子密钥(K1,K2……K16)。首先,56-bit密钥分成两部分(以C、D分别表示这两部分),每部分28位,然后每部分分别循环左移1位或2位(从第1轮到第16轮,相应左移位数分别为:1、1、2、2、2、2、2、2、1、2、2、2、2、2、2、1)。再将生成的56-pression permutation),舍掉其中的某8个位并按一定方式改变位的位置,生成一个48-bit的子密钥Ki。
每一轮中的子密钥的生成
48-bit组被分成8个6-bit组,每一个6-bit组作为一个S盒的输入,输出为一个4-bit组。每个S-盒是一个4行16列的表,表中的每一项都是一个4-bit的数。S盒的6-bit的输入确定其输出为表中的哪一个项,其方式是:6-bit数的首、末两位数决定输出项所在的行;中间的四位决定输出项所在的列。例如:第6个S盒如表2-1所示,假设第6个S-盒的输入为110101,则输出为第3行第10列的项(行或列的记数从0开始),即输出为4-bit组0001。
S-盒置换
三重DES
如上所言,DES一个致命的缺陷就是密钥长度短,并且对于当前的计算能力,56位的密钥长度已经抗不住穷举攻击,而DES又不支持变长密钥。但算法可以一次使用多个密钥,从而等同于更长的密钥。三重DES算法表示为:
C=EK3(DK2(EK1(M)))
通常取K3=K1,则上式变为:
C=EK1(DK2(EK1(M)))