密碼學(xué)在網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)中的應(yīng)用探討

王鑫

（中國計(jì)量大學(xué) 浙江杭州 310018）

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)的日益普及，信息安全問題愈發(fā)重要。黑客入侵、信息泄露、計(jì)算機(jī)病毒傳播等，不僅影響了網(wǎng)絡(luò)的使用，還威脅到用戶的人身、財(cái)產(chǎn)安全。信息安全方面的技術(shù)保障也越來越多，其中，最核心的技術(shù)就是密碼技術(shù)。一方面可以保證重要信息的安全，另一方面也有助于數(shù)字簽名、系統(tǒng)安全、身份驗(yàn)證等各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，保證了信息的機(jī)密性和完整性，保護(hù)相關(guān)信息不被篡改、假冒和偽造。

關(guān)鍵詞：密碼學(xué)；信息安全；網(wǎng)絡(luò)信息；數(shù)字簽名

關(guān)于信息安全，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的定義是：為了保護(hù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的安全而采取的管理和技術(shù)；讓軟件數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)硬件不會(huì)遭到惡意的更改和破壞，也不會(huì)出現(xiàn)信息的偶然泄露。其基本屬性包括完整性、可審查性、可用性、保密性和可控性。網(wǎng)絡(luò)信息安全涉及到安全監(jiān)控、密碼理論、信息分析、應(yīng)急處理等方方面面，需要綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)、電子、通信、數(shù)學(xué)等多學(xué)科技術(shù)成果。毫無疑問，網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)是多學(xué)科技術(shù)的結(jié)晶。生活中，網(wǎng)絡(luò)信息安全正面臨多方面的的威脅，具有突發(fā)、無邊界、隱蔽和蔓延等特點(diǎn)。正因?yàn)槿绱?，它打破了地理、空間上的邊界概念，讓相關(guān)攻擊具有極大的隱蔽性。

一、網(wǎng)絡(luò)安全方面的威脅

一般認(rèn)為，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)安全方面的威脅主要體現(xiàn)在如下方面：

1.非授權(quán)訪問。沒有經(jīng)過事先同意，就使用網(wǎng)絡(luò)資源，即被視作非授權(quán)訪問，包括：故意繞開系統(tǒng)，訪問控制系統(tǒng)，非正常使用網(wǎng)絡(luò)資源，或者擅自擴(kuò)權(quán)，乃至越權(quán)訪問網(wǎng)絡(luò)信息。主要表現(xiàn)為以下現(xiàn)象：假冒、非法用戶進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行操作、或者合法用戶在未獲得正式授權(quán)的情況下擅自操作等。

2.信息丟失或者泄漏。指無意或者故意泄漏敏感數(shù)據(jù)，比如"黑客"利用搭線竊聽、電磁泄漏等方式，導(dǎo)致相關(guān)信息失竊。

3.破壞數(shù)據(jù)的完整性。非法竊得數(shù)據(jù)的使用權(quán)后，故意插入、刪除、修改或者重發(fā)一些重要信息，目的是引發(fā)攻擊者的大力響應(yīng)；修改數(shù)據(jù)、惡意添加一些內(nèi)容，目的則是干擾用戶，使之無法正常使用。

4.干擾服務(wù)系統(tǒng)。它不斷干擾網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，以使其改變正常流程，執(zhí)行一些無關(guān)程序，甚至減慢系統(tǒng)響應(yīng)，直至其最終癱瘓。這樣，那些合法用戶就無法進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、享受相應(yīng)的服務(wù)。

二、密碼技術(shù)

密碼到底是什么呢？其實(shí)，就像身份證一樣，密碼只是應(yīng)用程序或者登錄系統(tǒng)的人，它們的合法性證明。打個(gè)比方，加密就是加了一道鎖，鎖住那些不想外泄的信息或者資料。實(shí)際上，密碼技術(shù)就是通過將重要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿_碼（加密）來傳送，之后再進(jìn)行還原（解密）。對(duì)那些未獲授權(quán)或未通過身份驗(yàn)證的人，則拒絕他們?cè)L問。密碼技術(shù)是保證網(wǎng)絡(luò)安全的關(guān)鍵技術(shù)工具之一。通過加密變換，來保護(hù)信息與數(shù)據(jù)。

1.單向散列函數(shù)

在密碼算法和協(xié)議中，單向散列函數(shù)十分重要的原因在于它的有效性。單向函數(shù)就是逆運(yùn)算困難而正運(yùn)算相對(duì)簡(jiǎn)單的函數(shù)。目前大部分無碰撞單向散列函數(shù)均是迭代函數(shù)，例如MD2、MD4、MD5 以及 SHA-1。其中 MD2、MD4、MD5 的散列值都是128bit，SHA-1 的散列值是160bit，RIPEMD是另一個(gè)迭代單向散列函數(shù)，是MD4的變種。

2.私鑰密碼技術(shù)

私鑰密碼技術(shù)比較傳統(tǒng)，通信雙方共享同一個(gè)密鑰，用于加密和解密。私鑰密碼加密和解密均使用一個(gè)鑰，一把鑰匙只開一把鎖，可以簡(jiǎn)化處理過程。如果私有密鑰未泄露，那么就可以保證機(jī)密性和完整性。私鑰密碼體制應(yīng)用廣泛的有：DES、兩個(gè)密鑰和三個(gè)密鑰的 triple-DES、IDEA、Blowfish、SAFER （K-64 或 K-128） 、CAST、RC2、RC4、RC5，RC6 和 AES。

3.公鑰密碼技術(shù)

公鑰密碼技術(shù)，又被稱為非對(duì)稱密碼技術(shù)，每位用戶都有一對(duì)數(shù)學(xué)上有相關(guān)性的密鑰：公開密鑰與私密密鑰，雖然它們成對(duì)生成，可知道其中一個(gè)卻不能計(jì)算出另外一個(gè)。公鑰密碼技術(shù)既可以保證信息機(jī)密性，又可以保證信息可靠性。公鑰密碼技術(shù)能讓通信雙方不需要事先進(jìn)行密鑰交換就能安全通信，它廣泛用于數(shù)字簽名、身份認(rèn)證等領(lǐng)域。公鑰密碼技術(shù)大多建立在一些數(shù)學(xué)難題上面，最有代表性的公鑰密碼體制是 RSA。

三、密碼學(xué)在信息安全中的應(yīng)用

密碼技術(shù)當(dāng)之無愧地成為信息安全技術(shù)之核心，主要包括編碼技術(shù)、分析技術(shù)。密碼編碼技術(shù)就是尋找具有較高安全性的有效密碼算法及相關(guān)協(xié)議，以滿足加密或認(rèn)證方面條件；密碼分析技術(shù)則反過來，利用偽造認(rèn)證信息或者將密碼進(jìn)行破譯來竊取機(jī)密或者實(shí)施各種破壞活動(dòng)。他們既相互依存又相互對(duì)立，共同推動(dòng)了密碼學(xué)的進(jìn)步與快速發(fā)展。當(dāng)前，密碼方面的技術(shù)主要有兩類，一類是建立在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的技術(shù)，它們包括VPN技術(shù)、PKI技術(shù)、密鑰管理、身份識(shí)別、公鑰密碼、分組密碼、數(shù)字簽名等；另一類則不是建立在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的技術(shù)，它們包括建立在生物特征基礎(chǔ)上的識(shí)別技術(shù)、信息隱藏和量子密碼等。

只有合理使用多種技術(shù)，才能構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)信息安全體系，最終保障信息安全。

3.1加密保護(hù)

變換密碼將明文轉(zhuǎn)成合法者可以解讀的密文，是密碼的基本功能。主要分為傳輸信息加密和存儲(chǔ)信息加密兩種方式。對(duì)傳輸?shù)母鞣N信息加密，稱為傳輸信息加密。又可以分為不同的加密層次，可以根據(jù)不同的保密需要分別采用。而對(duì)存儲(chǔ)的文件和數(shù)據(jù)加密，稱為存儲(chǔ)加密，又分為文件庫加密和數(shù)據(jù)庫加密。存儲(chǔ)加密難度大，存在著加密和查詢間的矛盾，關(guān)鍵技術(shù)有待突破。

3.2信息完整性

為防止信息被篡改，可以采取密碼技術(shù)運(yùn)算相關(guān)信息，并生成一組數(shù)據(jù)，也就是信息驗(yàn)證碼。接受方收到信息后，需要進(jìn)行同樣的運(yùn)算，以檢驗(yàn)新生成的信息驗(yàn)證碼與接收到的信息驗(yàn)證碼是否一致，從而對(duì)信息的正確性進(jìn)行。運(yùn)用這種方法可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)信息是否遭到篡改和偽造。

3.3 數(shù)字簽名、身份驗(yàn)證技術(shù)的運(yùn)用

數(shù)字簽名是對(duì)電子消息進(jìn)行簽名的方法。無論是公鑰密碼體制，還是私鑰密碼體制，都能獲取數(shù)字簽名，當(dāng)然，公鑰密碼體制更有利于數(shù)字簽名技術(shù)的應(yīng)用和研究。數(shù)字簽名技術(shù)相關(guān)研究，包括以下幾種方法：橢圓曲線數(shù)字簽名、RSA 數(shù)字簽名、有限自動(dòng)機(jī)數(shù)字簽名和E1Gama1數(shù)字簽名等算法。它還牽涉到有關(guān)法律問題，各國紛紛制定法律予以規(guī)范，2004年，我國也頒布了電子簽名法。

3.4PKI與VPN的運(yùn)用

PKI技術(shù)提供了信息安全方面的基礎(chǔ)設(shè)施。其本質(zhì)是解決網(wǎng)絡(luò)公鑰的分發(fā)問題，在網(wǎng)絡(luò)上建立起相互信任的基礎(chǔ)。PKI是公鑰證書在創(chuàng)建、分發(fā)、存儲(chǔ)和撤消的過程中，有關(guān)軟硬件及策略的集合。

結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速普及，密碼學(xué)在信息安全上的作用至關(guān)重要。需要指出的是，密碼方面的技術(shù)只是解決信息安全問題的一個(gè)方法，僅憑密碼方面的技術(shù)是不可能解決安全方面的所有問題，要想獲得更多的安全保障，還需要結(jié)合其他技術(shù)。但技術(shù)也不是萬能的，安全問題是一個(gè)系統(tǒng)工程，它還涉及人、操作和管理等方方面面。類似于"木桶原理"，最薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)往往決定著安全系統(tǒng)的成敗。但無論如何，密碼技術(shù)都是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。隨著眾多密碼新技術(shù)的不斷探索，信息安全將越來越有保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊明，謝希仁，等.密碼編碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全：原理與實(shí)踐（第二版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.

[2]馮登國.密碼分析學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[3]王育民， 劉建偉. 通信網(wǎng)的安全 - 理論與技術(shù)[M].西安： 西安電子科技大學(xué)出版社， 1999.

[4] 石淑華，池瑞楠 . 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù) [ M ] . 北京：人民郵電出版，2008， 12.