計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全的數(shù)據(jù)加密技術(shù)探討

趙勇

摘要：計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全是當前社會重點關(guān)注內(nèi)容，如何利用數(shù)據(jù)加密技術(shù)提高計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全是當下熱門研究課題。數(shù)據(jù)加密技術(shù)能夠切實提高相關(guān)數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境傳輸過程中的安全性、私密性、穩(wěn)定性以及完整性。根據(jù)用戶不同需求與應(yīng)用場景的不同，所應(yīng)用的數(shù)據(jù)加密技術(shù)也各不相同。鑒于此，主要分析與探討計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全的數(shù)據(jù)加密技術(shù)應(yīng)用，以期為相關(guān)計算機網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)人員提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：計算機網(wǎng)絡(luò)；信息安全；數(shù)據(jù)加密技術(shù)

一、前言

隨著我國計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展與廣泛應(yīng)用，人們越來越重視計算機網(wǎng)絡(luò)安全問題。數(shù)據(jù)加密技術(shù)作為常見的計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全應(yīng)用技術(shù)，其各類數(shù)據(jù)加密技術(shù)的有效應(yīng)用能夠有效提升計算機網(wǎng)絡(luò)安全防護等級。因此，本文主要探析計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全的數(shù)據(jù)加密技術(shù)。

二、數(shù)據(jù)加密算法分析

現(xiàn)階段較為常用的數(shù)據(jù)信息加密算法包括MD5算法、RSA算法、DES算法等[1]。

（一）MD5算法

MD5，即信息摘要算法，其主要作用是保證相關(guān)數(shù)據(jù)信息在傳輸時的信息完整性，該算法本質(zhì)是密碼散列函數(shù)，在實際執(zhí)行時可以生產(chǎn)16字節(jié)，即128位散列值。一般情況下，該算法主要應(yīng)用于密碼管理、電子簽名、文件完整性校驗等相關(guān)操作中[2]。MD5算法的工作原理如下：輸入數(shù)據(jù)被分成固定大小的數(shù)據(jù)塊（512位）。初始時，MD5算法會設(shè)置四個32位的寄存器（A、B、C和D）的初始值。算法會對每個數(shù)據(jù)塊進行一系列操作，包括位運算、邏輯函數(shù)和非線性函數(shù)，以及對寄存器的更新。處理完所有數(shù)據(jù)塊后，最終得到一個128位的哈希值。

（二）RSA算法

RSA算法是一種非對稱加密算法，被廣泛應(yīng)用于加密、數(shù)字簽名和密鑰交換等領(lǐng)域。RSA算法基于數(shù)論的問題，依賴于兩個大素數(shù)之間的復(fù)雜數(shù)學(xué)計算，這使得破解RSA算法在當前技術(shù)條件下非常困難。

RSA算法的關(guān)鍵是利用了兩個大素數(shù)的乘積很容易計算出來，但是根據(jù)乘積計算出原來的素數(shù)卻非常困難的數(shù)學(xué)特性。其計算過程主要分為三步：

1.密鑰生成：

（1）選擇兩個大素數(shù)p和q；

（2）計算n=p*q；

（3）計算歐拉函數(shù)φ（n）=（p-1）*（q-1）；

（4）選擇一個與φ（n）互質(zhì)的整數(shù)e，1

（5）計算e的模反元素d，使得（d*e）%φ（n）=1；

（6）公鑰為（n，e），私鑰為（n，d）。

2.加密：

（1）將明文消息轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的數(shù)值m；

（2）計算密文c=（m^e）%n，即用公鑰對明文進行加密。

3.解密：

（1）接收到密文c；

（2）計算明文消息m=（c^d）%n，即用私鑰對密文進行解密。

RSA算法的安全性基于大素數(shù)分解的困難性。為了確保安全性，p和q需要足夠大，通常選擇的素數(shù)位數(shù)范圍在2048位到4096位之間。此外，對于加密較長的消息，RSA算法效率較低，因此通常采用RSA與對稱加密算法結(jié)合的方式，即使用RSA加密對稱密鑰，然后使用對稱加密算法對實際數(shù)據(jù)進行加密傳輸。

（三）DES算法

DES算法數(shù)據(jù)對稱密碼體制，該算法在應(yīng)用時能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)化，可以將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為64位密文或8位奇偶校驗的密文。DES算法在實際應(yīng)用時具有極高的安全性，除窮舉搜索法能夠?qū)ES加密算法的安全性產(chǎn)生威脅外，目前并未發(fā)現(xiàn)能夠?qū)ES加密算法形成有效攻擊的方式[3]。因此，DES算法在實際應(yīng)用時具有較高的安全性，能夠有效降低相關(guān)數(shù)據(jù)信息丟失的風(fēng)險，進一步提高了計算機網(wǎng)絡(luò)信息的安全性。其主要特點如下：①密鑰長度：DES使用56位密鑰，由于密鑰空間較小，導(dǎo)致其面臨暴力破解和密碼分析等攻擊手段的威脅。②分組長度：DES將明文數(shù)據(jù)分為64位的數(shù)據(jù)塊進行加密。③加密過程：DES使用迭代的加密結(jié)構(gòu)，包括初始置換、16輪的輪函數(shù)和最終置換，通過輪函數(shù)的迭代對數(shù)據(jù)進行混淆和置換。④密鑰擴展：DES通過密鑰擴展算法將56位密鑰擴展為每輪所需的48位子密鑰。

為了加強DES的安全性，使用了三重DES算法。三重DES使用了兩個或三個56位密鑰，對數(shù)據(jù)進行多次加密和解密操作，提高了安全性。

三、計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全中的數(shù)據(jù)加密技術(shù)分析

（一）鏈路加密技術(shù)

鏈路加密技術(shù)的主要原理是在數(shù)據(jù)鏈路層階段對數(shù)據(jù)信息進行加密，是一種使用密鑰對數(shù)據(jù)信息進行加密和解密的方法[4]。在傳輸數(shù)據(jù)之前，數(shù)據(jù)會在節(jié)點位置進行加密處理。這個節(jié)點可以是源節(jié)點或鏈路中的中間節(jié)點。加密過程中，會使用密鑰對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，使其變成亂碼形式，從而隱藏數(shù)據(jù)的原始內(nèi)容。即便有不法分子截獲了這段加密數(shù)據(jù)，他們在沒有密鑰的情況下也無法有效破譯或更改數(shù)據(jù)信息。加密后的數(shù)據(jù)信息以亂碼形式在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中進行傳輸與共享。這樣做的目的是保護數(shù)據(jù)的隱私和安全。即使數(shù)據(jù)包在傳輸過程中被截獲，攻擊者也無法獲得原始數(shù)據(jù)的含義。只有當加密數(shù)據(jù)到達鏈路層中下一個具有解密密鑰的節(jié)點時，才會進行相應(yīng)的解密操作，將數(shù)據(jù)還原為原始形式。需要注意的是，如果鏈路層中的節(jié)點不是數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K點，那么節(jié)點會再次對數(shù)據(jù)進行加密處理，并將其傳輸?shù)较乱粋€節(jié)點。這個過程會一直持續(xù)，直到數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇邮辗?，接收方使用相?yīng)的解密密鑰對數(shù)據(jù)進行解密處理，最終將數(shù)據(jù)恢復(fù)為原始形式。通過持續(xù)的加密和解密過程，鏈路加密技術(shù)確保了每次傳輸所使用的加密密鑰的獨立性，進一步提高了數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中傳輸時的安全性和完整性。由于數(shù)據(jù)在傳輸過程中始終以加密形式存在，即使有人竊取了數(shù)據(jù)包，也無法獲得其中的實際內(nèi)容。只有擁有相應(yīng)的解密密鑰，才能還原數(shù)據(jù)并獲取其中的有效信息。

另外，鏈路加密技術(shù)可以確保所有需要在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息均以密文方式進行加密與傳輸，如以填充字符形式對原始數(shù)據(jù)進行有效的加密處理，以此達到隱藏原始數(shù)據(jù)的真實長度、傳輸頻率、字節(jié)內(nèi)容等效果，有效提高了相關(guān)數(shù)據(jù)信息在傳輸時的安全性。

需要注意的是，為確保順利應(yīng)用鏈路加密技術(shù)完成對數(shù)據(jù)信息的加密處理，則需要在保證整個鏈路中加密設(shè)備的同步性外，統(tǒng)一鏈路加密模式。若在鏈路加密模式相同的情況下，加密設(shè)備之間存在同步性差的問題，或?qū)υ紨?shù)據(jù)進行頻繁性加密與解密操作，則會導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)內(nèi)容丟失或失真的情況出現(xiàn)，進而降低相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳輸穩(wěn)定性。因此，為有效滿足鏈路加密技術(shù)的運行需求，則需要相關(guān)單位結(jié)合實際情況，確保所有設(shè)備之間能夠有效實現(xiàn)同步運行，但此舉無疑會提高成本支出，所以鏈路加密技術(shù)在應(yīng)用時具有運行成本較高的劣勢。

（二）端到端加密技術(shù)

所謂端到端加密技術(shù)，主要是指在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，利用端到端加密技術(shù)實現(xiàn)一個端點到另一個端點之間的數(shù)據(jù)信息傳輸加密效果。與鏈路加密技術(shù)相比，端到端加密技術(shù)無需對原始數(shù)據(jù)進行多次加密與解密，僅需要進行一次加密與解密操作即可，即在發(fā)送端對原始數(shù)據(jù)進行加密，在接收端以特定方式對加密信息進行解密，從而還原原始數(shù)據(jù)[5]。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，端到端之間的數(shù)據(jù)信息會持續(xù)發(fā)生改變，這樣即使數(shù)據(jù)信息在實際傳輸時出現(xiàn)損壞等現(xiàn)象，也不會對數(shù)據(jù)信息的整個傳輸流程造成影響。

端到端加密技術(shù)旨在保護數(shù)據(jù)在整個通信鏈路中的安全性。它將加密過程限定在數(shù)據(jù)的發(fā)送方和接收方之間，使得只有這兩個終端可以解密數(shù)據(jù)，其他中間節(jié)點無法獲得數(shù)據(jù)的明文內(nèi)容。在端到端加密中，原始數(shù)據(jù)在發(fā)送方的應(yīng)用層被加密處理。加密過程使用密鑰和相應(yīng)的加密算法，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為加密形式，從而隱藏了數(shù)據(jù)的實際含義。加密后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮辗降膽?yīng)用層。在接收方，數(shù)據(jù)會被解密，還原為原始的明文數(shù)據(jù)。端到端加密技術(shù)的優(yōu)勢之一是操作簡單和運行成本低。由于加密和解密的過程僅在數(shù)據(jù)的發(fā)送方和接收方之間進行，其他中間節(jié)點無需參與加密和解密操作，減少了復(fù)雜性和計算資源的消耗。此外，由于加密過程在應(yīng)用層進行，可以減少在較低層級（如數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層）進行加密和解密的次數(shù)，提高加密封裝的效率。然而，端到端加密技術(shù)也存在一些局限性。首先，由于加密僅在發(fā)送方和接收方之間進行，中間節(jié)點無法理解加密數(shù)據(jù)的內(nèi)容，從而導(dǎo)致了丟失風(fēng)險。例如，在網(wǎng)絡(luò)中進行路由選擇和流量管理時，中間節(jié)點無法根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容進行優(yōu)化和處理。其次，端到端加密技術(shù)通常無法對整個報文進行驗證，例如在報文頭部進行奇偶校驗。這意味著在傳輸過程中，無法驗證數(shù)據(jù)的完整性和正確性。盡管存在局限性，端到端加密技術(shù)仍然是保護數(shù)據(jù)隱私和安全的重要手段。它在各種通信場景中得到廣泛應(yīng)用，特別適用于保護敏感信息的傳輸，如聊天應(yīng)用中的即時消息、電子郵件的加密和保護云存儲中的數(shù)據(jù)等[6]。

（三）對稱加密技術(shù)

對稱加密技術(shù)是基于對稱加密算法所研發(fā)的一種對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行有效加密的技術(shù)之一，該技術(shù)的主要加密原理是利用對稱加密算法完成對原始數(shù)據(jù)的加密操作，如DES、3DES、RC4等，以特定加密算法完成對原始數(shù)據(jù)信息與加密密鑰的加密處理操作，而后將加密后的數(shù)據(jù)以密文形式在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中進行傳輸與分享。若有不法人員主動攔截對稱加密技術(shù)處理后的原始數(shù)據(jù)或密鑰，則會因其不具備針對性逆算法而導(dǎo)致所攔截的數(shù)據(jù)信息為亂碼，以此實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)信息的加密效果，切實提高計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全性。

然而，對稱加密算法所應(yīng)用的密鑰為公鑰，因此存在被加密處理后的數(shù)據(jù)信息在傳輸時被攔截破解的概率。另外，由于在對稱加密算法背景下，接收方與發(fā)送方均會掌握密鑰，這會在一定程度上降低密鑰的保密性，存在密鑰泄露風(fēng)險，與非對稱加密技術(shù)相比，對稱加密技術(shù)的安全性略差。此外，對稱加密技術(shù)的加密速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)對原始數(shù)據(jù)信息的快速加密。

（四）非對稱加密技術(shù)

非對稱加密技術(shù)是以非對稱加密算法為基礎(chǔ)形成的一種對計算機網(wǎng)絡(luò)信息進行加密的技術(shù)，非對稱加密算法包括RAS、DSA、ECC等。非對稱加密算法的特點是解密密鑰與加密密鑰不同，這一特點能有效解決對稱加密算法中公鑰的弊端。在非對稱加密技術(shù)中，發(fā)送端所使用的加密密鑰為公鑰，而接收端所使用的解密密鑰為私鑰，此種條件下會形成加密與解密密鑰之間的不對稱性，進一步提高原始數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中傳輸與分享的安全性。

非對稱加密技術(shù)使用了兩個密鑰：公鑰和私鑰。公鑰是可公開的，而私鑰必須保密。這兩個密鑰在數(shù)學(xué)上是相關(guān)的，但無法通過公鑰推導(dǎo)出私鑰。這種關(guān)系使得公鑰加密和私鑰解密成為可能。在非對稱加密技術(shù)中，首先，接收方生成一對密鑰，即公鑰和私鑰。接收方將公鑰公開，而私鑰保密保存。然后，接收方將公鑰發(fā)送給發(fā)送方。發(fā)送方利用接收方的公鑰對原始數(shù)據(jù)進行加密處理。加密后的數(shù)據(jù)只能使用與公鑰相對應(yīng)的私鑰才能進行解密。一旦原始數(shù)據(jù)使用公鑰加密后，它就可以在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中進行傳輸。加密后的數(shù)據(jù)對于未授權(quán)的第三方來說是不可讀的，因為他們沒有私鑰。只有接收方使用其私鑰才能解密數(shù)據(jù)，將其還原為原始的明文數(shù)據(jù)。如果雙方需要相互傳輸數(shù)據(jù)，上述過程將反向進行。即另一方也生成一對密鑰，并將其公鑰發(fā)送給對方。這樣，雙方就可以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性和穩(wěn)定性。

非對稱加密技術(shù)具有許多優(yōu)勢。首先，相對于對稱加密技術(shù)，非對稱加密技術(shù)更安全，因為私鑰是保密的，只有私鑰持有者才能解密數(shù)據(jù)。其次，非對稱加密技術(shù)不需要在數(shù)據(jù)傳輸之前共享密鑰，減少了密鑰管理的復(fù)雜性。此外，非對稱加密技術(shù)還支持數(shù)字簽名，可以用于驗證數(shù)據(jù)的真實性和完整性。

四、數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全中的具體應(yīng)用

（一）在虛擬專用網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

虛擬專用網(wǎng)絡(luò)主要是集團化企業(yè)中較為常見的一種網(wǎng)絡(luò)模式，該網(wǎng)絡(luò)模式可以在總公司與分公司之間形成類似局域網(wǎng)的私有網(wǎng)絡(luò)，以此為公司之間的數(shù)據(jù)信息安全、穩(wěn)定傳輸?shù)於ɑA(chǔ)。但傳統(tǒng)的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用時的安全性較差，為有效提高虛擬專用網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)信息傳輸時的安全性與穩(wěn)定性，可以結(jié)合實際情況利用數(shù)據(jù)加密技術(shù)為虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息共享提供安全保障。一般情況下，可以在分公司網(wǎng)關(guān)位置，即路由器位置，結(jié)合實際情況選擇非對稱加密技術(shù)或?qū)ΨQ加密技術(shù)等，對所需傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)進行加密處理，以此確?？偣灸軌驕蚀_、安全、穩(wěn)定地接收到分公司傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。

（二）在數(shù)據(jù)庫中的應(yīng)用

現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，每時每刻所交互的數(shù)據(jù)信息體量十分巨大，同時網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有較強的共享性、開放性等特點，因此可能會有不法分子在斑駁的數(shù)據(jù)信息洪流中投放病毒等惡意軟件，進而對部分個體或組織造成嚴重影響。另外，組織機構(gòu)主要依靠數(shù)據(jù)庫存放日常運行或生產(chǎn)期間的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，其中包括研發(fā)信息、財務(wù)信息、人員信息、資金流等信息、業(yè)務(wù)信息等各類重要信息，無論上述哪種信息泄露，均會對其可持續(xù)健康發(fā)展造成嚴重影響。因此，需要結(jié)合實際情況以行之有效的手段切實提高數(shù)據(jù)庫在信息交互時的安全性與穩(wěn)定性，即不僅需要提高數(shù)據(jù)庫所存儲數(shù)據(jù)信息的安全性，避免其受到外界攻擊或非法入侵，同時也應(yīng)當加強數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)信息被調(diào)用時的安全性。一般情況下，在數(shù)據(jù)庫中應(yīng)用數(shù)據(jù)加密技術(shù)主要是指，在數(shù)據(jù)庫管理過程中對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行權(quán)限設(shè)置，即對相關(guān)工作人員登錄數(shù)據(jù)庫時的行為以賬號和密碼形式進行加密與驗證，同時根據(jù)工作人員崗位特點等因素，賦予賬號特定權(quán)限，以此有效確保數(shù)據(jù)庫在被訪問與調(diào)用時的安全性。

（三）在電子商務(wù)平臺中的應(yīng)用

電子商務(wù)平臺已經(jīng)成為當今人們主要的買賣渠道，因此，電子貨幣交易安全保護的重要性不言而喻。為有效實現(xiàn)對電子貨幣的保護，切實提高電子商務(wù)平臺在實際運營期間的安全性與穩(wěn)定性，則需要在電子商務(wù)信息傳輸、審計、電子貨幣流通等相關(guān)方面深化數(shù)據(jù)加密技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合實際情況建立完善的公鑰私鑰信息認證制度，建立多樣性的密鑰，確保其能夠被有效用于各個場景中。另外，在電子商務(wù)交易期間，還可以利用數(shù)據(jù)加密技術(shù)中的數(shù)字證書、密碼等方式有效保障電子商務(wù)平臺、電子貨幣信息的安全性，只有通過安全認證后，方可對電子貨幣進行操作[7]。

五、結(jié)語

綜上所述，在當今的互聯(lián)網(wǎng)時代，網(wǎng)絡(luò)信息安全性逐漸成為熱點話題之一，為有效提高計算機網(wǎng)絡(luò)信息安全性，并保障原始數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中傳輸與共享時的穩(wěn)定性，就需要結(jié)合實際情況，利用多樣化的數(shù)據(jù)加密技術(shù)對所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行有效治理。另外，還應(yīng)當根據(jù)原始數(shù)據(jù)類型、特點、大小等因素，以及對傳輸質(zhì)量、傳輸效率以及傳輸方式等的相關(guān)要求，合理選擇數(shù)據(jù)加密算法，這樣不僅可以切實保障數(shù)據(jù)信息傳輸時的安全性與穩(wěn)定性，同時也能夠在一定程度上提高信息傳輸效率與傳輸質(zhì)量，進而充分發(fā)揮良好的數(shù)據(jù)信息保護效果。

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