數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計算機(jī)安全中的應(yīng)用

華中師范大學(xué)伍倫貢聯(lián)合研究院 沈維洋

北京字節(jié)跳動科技有限公司 沈維海

數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計算機(jī)安全中的應(yīng)用

華中師范大學(xué)伍倫貢聯(lián)合研究院 沈維洋

北京字節(jié)跳動科技有限公司 沈維海

21世紀(jì)是一個信息化的世紀(jì)，伴隨著經(jīng)濟(jì)與科技創(chuàng)新大力發(fā)展的腳步，社會所囊括的信息量與日俱增，信息量的增多正面臨著諸多安全問題的挑戰(zhàn)，各個公司乃至個人在計算機(jī)中所存儲的重要數(shù)據(jù)亟待保護(hù)。文章闡述了幾種主流的數(shù)據(jù)加密算法，并給出了相關(guān)數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計算機(jī)安全中的具體應(yīng)用，旨在有相關(guān)需求的用戶營造安全的計算機(jī)使用環(huán)境。

數(shù)據(jù)加密；計算機(jī)安全：應(yīng)用

一、計算機(jī)安全面臨的威脅

計算機(jī)更新?lián)Q代速度較快，在不斷的演變的進(jìn)化過程中，針對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信也隨之提出了更高的要求，在計算機(jī)快速發(fā)展的同時，層出不窮的網(wǎng)絡(luò)安全事件持續(xù)發(fā)酵，嚴(yán)重威脅社會各界計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的使用安全。整體來講，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息安全可細(xì)分為以下兩個方面：第一、用戶的計算機(jī)信息存儲安全；第二、網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點之間的通信安全。

關(guān)于威脅計算機(jī)安全的諸多因素中，人為因素所占的比例要明顯大于非人為因素，人為因素又可以具體細(xì)分為主被動攻擊兩種。在這兩種攻擊中給計算機(jī)數(shù)據(jù)保密性造成主要威脅的是被動攻擊，所采用的手段大體有六種：第一、針對計算機(jī)通信線路中所傳遞信息進(jìn)行竊取以及監(jiān)聽；第二、對所獲取的信息實施分析整理；第三、假冒計算機(jī)用戶身份；第四、對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所傳遞的信息實施篡改；第五、已發(fā)信息不予確認(rèn)；第六、其他的一些相關(guān)手段。

二、新型數(shù)據(jù)加密技術(shù)概述及算法

為了讓使用計算機(jī)的所有用戶，個人的一切信息都能夠得到安全的保障，離不開對計算機(jī)數(shù)據(jù)加密技術(shù)的良好掌握。文中所說的新型數(shù)據(jù)加密技術(shù)主要包含以下四個部分：密文、明文、密鑰以及加密算法。這幾部分共同構(gòu)成了的模型結(jié)構(gòu)圖如下：數(shù)據(jù)加密所涉及的方式方法與技術(shù)有很多，以往傳統(tǒng)的加密方式，根據(jù)在加密處理過程中所使用的密鑰，自身所具有的特征區(qū)分為對稱秘鑰以及非對稱密鑰解碼技術(shù)兩種。對稱密鑰解碼技術(shù)又可以繼續(xù)細(xì)分為序列密與和分組密碼兩種。

下面文章會主要以最新型的加密算法 AES加密算法為例，對其所用的加密算法以及步驟進(jìn)行闡述。

1.AES 算法結(jié)構(gòu)

AES 算法所應(yīng)用的是128 位、192 位、256 位，加解密是依靠128 字節(jié)實現(xiàn)的。過往傳統(tǒng)的密鑰這兩者應(yīng)用的都是相同的數(shù)據(jù)，所得到的回饋數(shù)據(jù)與輸入數(shù)據(jù)也是一樣的。下面使用循環(huán)的代碼結(jié)構(gòu)進(jìn)行迭代加密，并在循環(huán)中重復(fù)替換和置換輸入的數(shù)據(jù)。以下圖表就是 AES算法的加密與解密的具體實現(xiàn)。表中的加密算法所應(yīng)用的就是 128 字節(jié)的分組，在此過程中還把方陣復(fù)制到了狀態(tài)數(shù)組，AES 算法的加密過程每實現(xiàn)一步，狀態(tài)數(shù)組就會隨之做出相應(yīng)的改變，待到全部結(jié)束，生成的狀態(tài)數(shù)組會被復(fù)制為輸出矩陣。

2.AES 算法步驟

AES 算法的步驟可主要劃分為以下四步：

①字節(jié)替換。字節(jié)替換是AES 算法的第一步，也是最為關(guān)鍵的一步，利用S-盒將所有的分組通通實施字節(jié)替換，用盒中的四個高位表示行值，對應(yīng)的四個低位表示列值，其他的數(shù)值元素為對應(yīng)的輸出值。字節(jié)替換主要表達(dá)的是 AES 加密算法的非線性特征，可以有效避免簡單的代數(shù)攻擊。

②行移位。在此步驟過程中所用到的列表，每一行均按照某個偏移量向左循環(huán)移位。比如 S-盒中的首行固定，則第二行可以按照一個字節(jié)的偏移量做循環(huán)移位。那么在完成全部的循環(huán)移位后，分組的每一列表內(nèi)的各個列，都是由不同列中所含有的元素結(jié)合而成的。每次移位，其線性距離均為四字節(jié)的整倍數(shù)。

③列混合。在完成上述的線性變換后的分組列表，將按列分別進(jìn)行相對獨立的操作。這個操作過程是將，單列的四個元素作為系數(shù)，合并為有限域的某一多項式，并用這個多項式與固定多項式做乘運算。該過程也即可認(rèn)為是在有限域條件下的矩陣加、乘運算。在經(jīng)過幾輪的行移位變換和列混合變換后，分組列表中的所有輸入位均與輸出位相關(guān)。

④輪密鑰加。在整個實現(xiàn)過程中，第二步與第三步的程序每執(zhí)行一次，主密鑰就會自動的生成一個對應(yīng)的密鑰組，所產(chǎn)生的密鑰組和原字節(jié)分組列表相同。

三、計算機(jī)安全加密技術(shù)的應(yīng)用

AES加密算法的具體應(yīng)用以及應(yīng)用哪種形式，取決于所應(yīng)用此項技術(shù)的行業(yè)具體要求，例如我們?nèi)粘Ｊ謾C(jī)所連接的無線網(wǎng)絡(luò)，其工作原理就是借助將AES嵌入到計算機(jī)安全機(jī)制中，與此同時，眾多的為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，提供安全保障的相關(guān)技術(shù)也是基于AES算法；當(dāng)下最流行的電子商務(wù)交易平臺中也隨處可見AES加密算法的身影，AES憑借高安全性確保在SSL協(xié)議中，能夠安全穩(wěn)定的進(jìn)行交易中用戶各項重要信息的傳遞；我們?nèi)粘Ｋ玫降拇蠖鄶?shù)硬件，如：公交卡、門禁卡以及所使用的身份證，都應(yīng)用了AES加密算法嵌在芯片里。從而保障了在使用過程中的安全性。

數(shù)據(jù)加密的工作原理是，按照預(yù)先設(shè)定的密碼把較容易識別的明文密碼，轉(zhuǎn)換成難以識別的數(shù)據(jù)形式，使用幾種不同的加密密鑰，以一致的加密算法來實施加密，進(jìn)而呈現(xiàn)出不同的密文形式來達(dá)到保護(hù)重要數(shù)據(jù)的目的。在目前的各種網(wǎng)絡(luò)電子交易過程中，與電商相連的銀行機(jī)構(gòu)幾乎所有都是，使用數(shù)據(jù)加密技術(shù)來與所應(yīng)用的交換設(shè)備實施聯(lián)動，把所涉及的多樣化的數(shù)據(jù)流傳輸至網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備當(dāng)中去，系統(tǒng)通過對這些數(shù)據(jù)的讀取來實現(xiàn)安全環(huán)境的分析，應(yīng)用相應(yīng)的措施來應(yīng)對已被發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)安全隱患。

當(dāng)下數(shù)據(jù)加密最主要的實現(xiàn)形式是密鑰，這是因為與其他的形式相比，密鑰具有較為理想的安全性，密鑰形式又可以細(xì)分為私人和公用兩種。密鑰形式的使用十分廣泛，尤其是在當(dāng)下電子商務(wù)的交易當(dāng)中，在我們使用信用卡進(jìn)行消費時，收費方擁有的是公用密鑰，這是為了方便讀取消費者的消費信息，在消費的過程中借助個人密鑰進(jìn)行數(shù)據(jù)加密。進(jìn)而確保消費者個人的信息安全，同時一定程度的限制了信用卡權(quán)限。

數(shù)據(jù)加密的另一種常用表現(xiàn)形式就是數(shù)字簽名認(rèn)證。這種技術(shù)依托于加密技術(shù)，重要的工作原理是依靠加密解密來提供所需要的安全保障，這項技術(shù)和上一種一樣也是分為公私兩種，通常而言，數(shù)字簽名技術(shù)在稅務(wù)安全部門的應(yīng)用相對較多。

四、結(jié)束語

綜上所述，文章主要就數(shù)字加密技術(shù)在計算機(jī)安全中的應(yīng)用進(jìn)行論述，先后主要闡述了當(dāng)下計算機(jī)安全所面臨的威脅，進(jìn)而提出新型的AES加密算法，并給出了相應(yīng)的算法結(jié)構(gòu)與算法步驟，最后詳細(xì)的講解了計算機(jī)安全加密技術(shù)的具體應(yīng)用。希望通過全篇的敘述，來為相關(guān)的計算機(jī)加密技術(shù)的研究提供借鑒。

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[2]張金輝,郭曉彪,符鑫.AES 加密算法分析及其在信息安全中的應(yīng)用[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全,2011(5).

[3]邵雪.數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的應(yīng)用探討[J].中國市場,2011(45)

[4]孔嬋.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全中數(shù)據(jù)加密技術(shù)應(yīng)用探討[J].科技致富向?qū)?2011(18).