計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信對(duì)DES數(shù)據(jù)加密算法的應(yīng)用

□馬廣利

一、引言

社會(huì)迅猛發(fā)展的21世紀(jì)是一個(gè)信息化時(shí)代，也就是說(shuō)，信息逐漸成為人們生活與工作中不可或缺的資源，所以信息保密問(wèn)題也就顯得極為重要。不管是電子商務(wù)或者個(gè)人信息通信發(fā)展，都要求信息與信息傳輸具有保密性與安全性。信息安全以數(shù)據(jù)加密為其本質(zhì)與核心，所謂數(shù)據(jù)加密，就是隱藏信息，信息隱藏后，即使在傳輸中被截獲或者竊取，也可以保證信息內(nèi)容隱蔽性，以此確保信息安全。作為學(xué)科的一種，數(shù)據(jù)加密技術(shù)可以說(shuō)是計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、通信及電子等多種學(xué)科的集合體。到目前為止，可將加密技術(shù)分為非對(duì)稱加密與對(duì)稱加密兩種。所謂對(duì)稱加密，就是通過(guò)相同密匙解密與加密數(shù)據(jù)。

二、DES數(shù)據(jù)加密算法簡(jiǎn)介

DES，全稱為Data Encryption Standard，也被稱為數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，該數(shù)據(jù)加密算法是由20世紀(jì)中后期美國(guó)IBM公司所設(shè)計(jì)的一種密碼算法演變而來(lái)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局于1997年將DES數(shù)據(jù)加密算法定為美國(guó)數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)。DES數(shù)據(jù)加密算法可以滿足以下四大要求:一是提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保護(hù)，避免數(shù)據(jù)在沒(méi)有被授權(quán)情況下的泄露與沒(méi)有被察覺(jué)情況下的擅自修改;二是具有非常高的復(fù)雜性，若要破解密碼，需要高昂開(kāi)銷(xiāo)，事倍功半，得不償失，而且也難以被掌握與理解;三是DES密碼體制本身所具有的安全性無(wú)需依賴算法的保密，DES數(shù)據(jù)加密算法安全性只需要以保密加密密鑰為基礎(chǔ);四是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行、安全有效，在多種完全不同的應(yīng)用中較為適用。DES數(shù)據(jù)加密算法有三個(gè)入口參數(shù)，即:Data、Key與Mode。在DES中，Key有字節(jié)8個(gè)，共64位，此為DES數(shù)據(jù)加密算法的工作密匙;而Data同樣有8個(gè)字節(jié)，共64位，此為被解密或者被加密的數(shù)據(jù);DES數(shù)據(jù)加密算法以Mode為其工作方式，包括解密與加密兩種，如果Mode是加密，那么可通過(guò)Key來(lái)加密數(shù)據(jù)Data，將其生成Data密碼形式，這也是DES數(shù)據(jù)加密算法的輸出結(jié)果。若Mode是解密，可通過(guò)Key將密碼形式的Data進(jìn)行解密，DES輸出結(jié)果則為還原成Data的64位明碼形式。

三、DES數(shù)據(jù)加密算法的優(yōu)勢(shì)

國(guó)外很多國(guó)家將DES數(shù)據(jù)加密算法當(dāng)作該國(guó)家加密標(biāo)準(zhǔn)，而且給予該算法相當(dāng)高的評(píng)價(jià)，表示該加密算法對(duì)自身數(shù)據(jù)加密要求極為相符:一是DES算法可以提供質(zhì)量相對(duì)比較高的數(shù)據(jù)保護(hù)功能，而且對(duì)非法泄漏數(shù)據(jù)也具有有效防止作用，對(duì)在沒(méi)有被察覺(jué)情況下對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的惡意修改具有及時(shí)阻止作用;二是DES數(shù)據(jù)加密算法具有非常高的復(fù)雜特性，非常難破譯，現(xiàn)階段全球唯一加密算法破解方法為窮舉法，也就是說(shuō)，如果有人想要將這種算法破譯出來(lái)，必須付出難以估量的精力與實(shí)踐，相比于其可能得到的相關(guān)收益，可謂事倍功半。就算是選擇每秒可計(jì)算數(shù)百萬(wàn)次的現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)，利用窮舉方法尋找破譯方法也需要大約2，000年;三是盡管DES數(shù)據(jù)加密算法本身具有復(fù)雜特性，然而整體密碼系統(tǒng)無(wú)需其復(fù)雜性特征，DES算法只是加密密匙系統(tǒng)的核心與基礎(chǔ)［1］;四是通過(guò)對(duì)DES數(shù)據(jù)加密算法歷程進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，該加密方法極具有效性，在通信、金融等行業(yè)加密中被廣泛應(yīng)用，一般自動(dòng)取款機(jī)中的數(shù)據(jù)加密基礎(chǔ)就是該算法。

四、DES數(shù)據(jù)加密算法的保密原理

DES數(shù)據(jù)加密算法采用56位密匙來(lái)加密64位數(shù)據(jù)，應(yīng)實(shí)施16輪編碼。每一輪編碼過(guò)程中，由56位密匙以置換的方式獲得一個(gè)48位的密匙，各輪編碼過(guò)程中，64位數(shù)據(jù)和密匙值被輸入一個(gè)S盒中，并通過(guò)壓碼函數(shù)來(lái)編碼數(shù)位，每輪編碼開(kāi)始、結(jié)束和每輪間，被一種特殊方式對(duì)64位數(shù)據(jù)進(jìn)行置換，將數(shù)位順序打亂，在處理的每一步中，都應(yīng)該從56位密匙中獲得一個(gè)輪次密匙。最后，所輸入的原始數(shù)據(jù)會(huì)被全部打亂，成為輸出數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可通過(guò)解密算法將其轉(zhuǎn)化為輸入時(shí)所顯示的狀態(tài)。DES數(shù)據(jù)加密算法過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 DES數(shù)據(jù)加密算法的加密過(guò)程

作為強(qiáng)算法的一種，到現(xiàn)在為止，DES數(shù)據(jù)加密算法除采用窮舉法對(duì)加密算法密匙空間進(jìn)行搜索破譯密碼外，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其它更為有效、快速的破譯方法。這種加密算法所用密匙有56位長(zhǎng)，而且其奇偶校驗(yàn)位也足足有8位長(zhǎng)，56位長(zhǎng)密匙有255個(gè)窮舉空間，通過(guò)一臺(tái)可以每秒檢驗(yàn)密匙一百萬(wàn)的新型計(jì)算機(jī)工作，那么要想將所有密匙搜索出來(lái)，同時(shí)完成檢驗(yàn)工作，也需要消耗大約2，000年。然而，曾有挑戰(zhàn)組向DES數(shù)據(jù)加密密匙破譯發(fā)出挑戰(zhàn)，雖然最終密碼被破譯出來(lái)，然而，該小組在破譯過(guò)程中查找大量計(jì)算機(jī)資源，并集合公司、高校及政府等多種計(jì)算機(jī)資源，在分工協(xié)作過(guò)程中對(duì)DES數(shù)據(jù)加密算法進(jìn)行破解，盡管最終DES數(shù)據(jù)加密算法被成功破解，然而該公開(kāi)攻擊保密系統(tǒng)的做法與行為，對(duì)秘密盜取金融信息的一些計(jì)算機(jī)黑客而言并不現(xiàn)實(shí)［2］。更何況破譯小組在對(duì)DES數(shù)據(jù)加密密匙破譯過(guò)程中，該密匙為靜止的，該現(xiàn)象在加密運(yùn)用過(guò)程中并不存在，而事實(shí)上會(huì)不定期修改密匙。因此，該挑戰(zhàn)小組在攻擊DES數(shù)據(jù)加密算法保護(hù)能力上并不值得提及。在DES數(shù)據(jù)加密算法保護(hù)下，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信中的商業(yè)機(jī)密非常安全。

五、計(jì)算機(jī)通信中對(duì)DES數(shù)據(jù)加密算法的優(yōu)化

從根本上說(shuō)，DES數(shù)據(jù)加密算法具有公開(kāi)特征，所以若想優(yōu)化與分析DES數(shù)據(jù)加密算法非常容易，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信可對(duì)DES加密算法加以選擇，并對(duì)其實(shí)施算法分析，在充分了解DES加密算法原理后，通過(guò)程序數(shù)據(jù)語(yǔ)言將在計(jì)算機(jī)硬盤(pán)數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)通信中應(yīng)用的DES數(shù)據(jù)加密算法程序設(shè)計(jì)出來(lái)，并在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)加密卡中配置該程序，創(chuàng)建數(shù)據(jù)加解模塊。因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)具有極為迅猛的發(fā)展速度，在對(duì)數(shù)據(jù)加密算法程序進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)未來(lái)擴(kuò)展性問(wèn)題加以考慮，可把數(shù)據(jù)加解模塊和硬盤(pán)控制模塊定為分開(kāi)狀態(tài)。由此在對(duì)更為安全、高級(jí)的加密算法予以選用時(shí)，便于兩者兼容。在應(yīng)用DES數(shù)據(jù)加密算法時(shí)，對(duì)我國(guó)所研發(fā)加密算法進(jìn)行適當(dāng)應(yīng)用，能夠避免國(guó)外算法控制我國(guó)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信，由于國(guó)產(chǎn)加密算法的應(yīng)用與支持，有利于增強(qiáng)加密芯卡與加密卡的適用性。

六、結(jié)語(yǔ)

很多保密問(wèn)題屬于商業(yè)機(jī)密或者個(gè)人賬戶安全，近些年，以竊取信息為特征的違法犯罪活動(dòng)逐漸增多，嚴(yán)重?fù)p害人們的財(cái)產(chǎn)安全，所以信息戰(zhàn)的掀起是該信息保密較量戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)行的必然產(chǎn)物。隨著近年來(lái)信息保密問(wèn)題密碼技術(shù)與密碼理論的更新與發(fā)展，DES數(shù)據(jù)加密算法必將為人類(lèi)信息安全提供更為安全、可靠的加密保障。

［1］林新平．淺析DES數(shù)據(jù)加密算法［J］．福建電腦，2008，1:107～108

［2］靳冰，賴宏慧，賈玉珍．DES加密算法的安全分析［J］．華南金融電腦，2007，2:122～123