數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)通信安全中的應(yīng)用研究

摘要：在計算機網(wǎng)絡(luò)通信安全領(lǐng)域，數(shù)據(jù)加密技術(shù)的應(yīng)用研究一直是關(guān)注的焦點。通過采用先進(jìn)的加密算法和協(xié)議，數(shù)據(jù)加密技術(shù)在公共網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，確保信息傳輸?shù)臋C密性和完整性。深入分析加密算法的選擇、密鑰管理、身份驗證、隧道建立等問題，為構(gòu)建安全、可信任的網(wǎng)絡(luò)通信提供了保障。密鑰的有效管理和加密算法強度是數(shù)據(jù)加密技術(shù)研究的核心，保證密鑰的生成、存儲和更新的安全性，以及及時適應(yīng)密碼分析技術(shù)的發(fā)展，是實現(xiàn)長期數(shù)據(jù)安全的重要方面。同時，數(shù)據(jù)加密技術(shù)的研究不僅僅關(guān)注傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，還需要適應(yīng)新興技術(shù)和應(yīng)用場景的挑戰(zhàn)，如物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等。未來數(shù)據(jù)加密技術(shù)需要不斷創(chuàng)新，通過更為強大的密鑰管理機制為人們提供更好的網(wǎng)絡(luò)通信安全服務(wù)。

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

一、引言

目前計算機網(wǎng)絡(luò)通信在人們?nèi)粘Ｉ詈蜕虡I(yè)活動中扮演著越來越重要的角色，網(wǎng)絡(luò)通信中的數(shù)據(jù)往往需要在開放性環(huán)境中傳輸，因此容易受到竊聽、篡改和惡意攻擊。數(shù)據(jù)加密技術(shù)通過對傳輸中的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換和編碼，使得未經(jīng)授權(quán)的訪問者難以理解和篡改通信內(nèi)容，這種技術(shù)既能應(yīng)用于局域網(wǎng)內(nèi)的通信，也廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)傳輸。加密技術(shù)的廣泛應(yīng)用為用戶提供了更加安全和可靠的網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境，保護(hù)了個人隱私、商業(yè)機密以及國家安全。本文深入探討數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)通信安全中的應(yīng)用[1]。通過對加密原理、基礎(chǔ)算法的分析，全面了解數(shù)據(jù)加密技術(shù)在應(yīng)對通信安全挑戰(zhàn)中的作用。

二、計算機網(wǎng)絡(luò)通信安全挑戰(zhàn)

（一）數(shù)據(jù)竊聽和篡改的風(fēng)險

在計算機網(wǎng)絡(luò)通信安全中，數(shù)據(jù)竊聽和篡改的風(fēng)險對于通信機密性和完整性會造成嚴(yán)重威脅。攻擊者通過竊聽網(wǎng)絡(luò)通信，獲取到用戶的敏感信息，例如登錄憑據(jù)、信用卡信息、個人身份證明等。截獲電子郵件、即時消息、文件傳輸?shù)汝P(guān)鍵通信內(nèi)容，導(dǎo)致隱私泄露。在竊聽通信后，攻擊者利用獲取到的個人身份信息，篡改在線交易中的支付信息，導(dǎo)致資金被轉(zhuǎn)移到不同的賬戶或修改購買的商品價格[2]。篡改通信內(nèi)容，導(dǎo)致誤導(dǎo)性的信息傳遞，損害通信的真實性和可信度。在文件傳輸過程中，攻擊者也很有可能篡改文件內(nèi)容，引入惡意代碼、虛假信息或破壞文件完整性，并將惡意軟件注入用戶設(shè)備中，以實施進(jìn)一步的攻擊。

（二）惡意攻擊和網(wǎng)絡(luò)威脅

近年來，病毒、蠕蟲、木馬等惡意軟件種類越來越多，可以通過感染計算機系統(tǒng)來竊取信息、損壞數(shù)據(jù)，甚至危及整個網(wǎng)絡(luò)的安全。在攻擊過程中，攻擊者會偽裝成可信任實體，通過欺騙、誘導(dǎo)、迷惑等手段，獲取用戶的敏感信息，誘導(dǎo)用戶提供敏感信息。例如用戶名、密碼、信用卡信息等，通過發(fā)送大量請求，使目標(biāo)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)不可用，導(dǎo)致服務(wù)中斷。攻擊者善于尋找并利用軟件或系統(tǒng)中的漏洞，通過這些漏洞進(jìn)入系統(tǒng)，執(zhí)行惡意操作，對無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行攻擊。例如竊聽、偽造Wi-Fi熱點、拒絕服務(wù)等。IoT設(shè)備的普及增加了網(wǎng)絡(luò)攻擊面，攻擊者會利用弱點攻擊連接的設(shè)備，造成不安全的后果。

三、數(shù)據(jù)加密基礎(chǔ)

（一）加密算法和密鑰管理

加密算法和密鑰管理共同確保在計算機網(wǎng)絡(luò)通信中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的機密性和安全性。在對稱加密中，同一個密鑰被用于加密和解密數(shù)據(jù)，常見的對稱加密算法有DES算法和、AES算法。非對稱加密使用一對密鑰，即公鑰和私鑰，數(shù)據(jù)被公鑰加密后只能使用相應(yīng)的私鑰解密，非對稱加密算法用于密鑰協(xié)商和數(shù)字簽名。哈希函數(shù)是一種單向函數(shù)，它將輸入數(shù)據(jù)映射為固定長度的哈希值，常用于數(shù)據(jù)完整性驗證和數(shù)字簽名[3]。

在對稱加密中，需要生成并分發(fā)密鑰。密鑰生成應(yīng)該是隨機的，且足夠強大，以防止被猜測或破解。對稱密鑰需要在通信雙方之間安全地傳遞。密鑰的安全分發(fā)是關(guān)鍵的一環(huán)，如果密鑰在傳輸過程中被攻擊者截獲，整個加密系統(tǒng)的安全性都會受到威脅，公鑰加密通常用于在不安全的通信通道上安全地傳遞對稱密鑰。密鑰的輪換和定期更換能夠增加系統(tǒng)的安全性，確保密鑰存儲在安全的環(huán)境中，只有授權(quán)的實體能夠訪問。在某些情況下，需要能夠迅速撤銷失效的密鑰，防止被泄露或濫用。綜合考慮加密算法和密鑰管理，可以建立一個強大的加密系統(tǒng)，確保計算機網(wǎng)絡(luò)通信的機密性和安全性，這對于保護(hù)敏感數(shù)據(jù)、防范網(wǎng)絡(luò)攻擊和確保隱私至關(guān)重要。

（二）散列函數(shù)和數(shù)字簽名

散列函數(shù)是一種單向函數(shù)，將任意長度的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為固定長度的輸出，通常稱為哈希值，其主要作用是驗證數(shù)據(jù)的完整性。散列函數(shù)主要用于驗證數(shù)據(jù)完整性、密碼存儲和數(shù)字簽名等方面，發(fā)送方在傳輸數(shù)據(jù)之前使用散列函數(shù)生成數(shù)據(jù)的哈希值，并將哈希值附加到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中，接收方收到數(shù)據(jù)后，再次應(yīng)用散列函數(shù)生成哈希值，并與接收到的哈希值進(jìn)行比較，如果哈希值一致，說明數(shù)據(jù)在傳輸過程中沒有被篡改。在存儲用戶密碼時，通常不會直接存儲明文密碼，而是存儲其散列值[4]。當(dāng)用戶登錄時，系統(tǒng)將輸入的密碼進(jìn)行散列并與存儲的散列值進(jìn)行比較，而不是直接比較明文密碼。散列函數(shù)也用于數(shù)字簽名中，確保簽名的數(shù)據(jù)在傳輸過程中未被篡改。數(shù)字簽名是一種用于確保數(shù)據(jù)的完整性、身份驗證和不可否認(rèn)性的技術(shù)，它使用非對稱加密算法結(jié)合散列函數(shù)實現(xiàn)。數(shù)字簽名主要身份驗證和完整性驗證，數(shù)字簽名可以確保接收方知道數(shù)據(jù)的確切來源，只有使用私鑰的一方才能生成與其公鑰匹配的數(shù)字簽名，因此數(shù)字簽名可以用于驗證數(shù)據(jù)的來源。數(shù)字簽名只能由私鑰持有者生成，私鑰持有者不能否認(rèn)與其相關(guān)聯(lián)的數(shù)字簽名。數(shù)字簽名結(jié)合散列函數(shù)用于驗證數(shù)據(jù)的完整性，發(fā)送方使用私鑰對數(shù)據(jù)的散列值進(jìn)行簽名，接收方使用發(fā)送方的公鑰驗證簽名，如果簽名驗證成功，說明數(shù)據(jù)未被篡改。散列函數(shù)和數(shù)字簽名在數(shù)據(jù)加密中的應(yīng)用有助于確保數(shù)據(jù)的完整性、身份驗證和防止否認(rèn)，這些技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信、電子商務(wù)和信息安全領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，為數(shù)據(jù)傳輸和存儲提供了強大的安全性保障。

（三）密鑰生成與交換機制

在對稱密鑰算法中，通信雙方共享同一把密鑰，該密鑰用于加密和解密，通信雙方需要生成一個相同的隨機密鑰，確保雙方在交換密鑰的過程中，不會被攻擊者截獲或篡改。使用一對密鑰，分別是公鑰和私鑰。公鑰用于加密，私鑰用于解密，通信雙方各自生成一對公私鑰，公鑰可以公開分享，而私鑰必須保密，通信雙方可以通過公鑰加密的方式，安全地交換彼此的公鑰，一旦對方收到公鑰，就可以使用它來加密要發(fā)送的信息，而只有擁有相應(yīng)私鑰的一方才能解密有時候，加密系統(tǒng)會采用混合密鑰機制，結(jié)合對稱密鑰和非對稱密鑰的優(yōu)勢。例如，使用非對稱密鑰進(jìn)行初始的安全密鑰交換，然后在通信過程中使用對稱密鑰加密實際的數(shù)據(jù)。密鑰管理是確保密鑰在傳輸和存儲過程中安全的關(guān)鍵，這包括密鑰生成、分發(fā)、存儲、更新和撤銷，密鑰管理涉及建立安全的密鑰管理系統(tǒng)，防止密鑰泄漏或被攻擊者濫用。

四、數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)通信安全中的應(yīng)用

（一）SSL/TLS協(xié)議在Web通信中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)通信安全中起到關(guān)鍵作用，它可以保護(hù)數(shù)據(jù)在傳輸過程中不被未經(jīng)授權(quán)的人訪問或篡改。SSL（Secure Sockets Layer）和其后繼者TLS（Transport Layer Security）是常用的加密協(xié)議，它們用于在Web通信中建立安全的加密通道。SSL/TLS協(xié)議在Web通信中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在握手過程，客戶端向服務(wù)器發(fā)送一個Hello消息，其中包含支持的SSL/TLS版本、加密算法、壓縮方法等信息，服務(wù)器選擇與客戶端相匹配的SSL/TLS版本，加密算法，然后向客戶端發(fā)送Hello消息，通過使用非對稱加密算法，服務(wù)器將一個公鑰發(fā)送給客戶端，以便客戶端后續(xù)使用該公鑰加密數(shù)據(jù)，服務(wù)器發(fā)送數(shù)字證書，客戶端驗證證書的有效性，確保與預(yù)期的服務(wù)器通信?？蛻舳松蒔re-Master Secret，并使用服務(wù)器的公鑰進(jìn)行加密，然后將其發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器使用其私鑰解密客戶端發(fā)送的Pre-Master Secret，雙方使用客戶端和服務(wù)器的Pre-Master Secret共同生成Master Secret[5]。雙方使用Master Secret通過密鑰派生函數(shù)生成用于對稱加密密鑰，通過協(xié)商好的對稱加密算法和密鑰對通信進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)的保密性，使用協(xié)商好的MAC算法和密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)證，確保數(shù)據(jù)的完整性。通過這一握手過程和密鑰交換，SSL/TLS協(xié)議通過身份驗證、密鑰交換、數(shù)據(jù)加密和認(rèn)證確保了安全通信，這種加密通道的建立保護(hù)了在Web通信中傳輸?shù)拿舾行畔?，如登錄憑證、個人數(shù)據(jù)等，充分應(yīng)對了網(wǎng)絡(luò)通信中的安全挑戰(zhàn)。

（二）VPN技術(shù)和加密隧道的實現(xiàn)

VPN技術(shù)通過在公共網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建一個加密的隧道，使得通過該隧道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)能夠安全、保密地傳輸。這樣，用戶可以在公共網(wǎng)絡(luò)上安全地傳輸敏感信息，同時實現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問、隱私保護(hù)等功能。VPN可以使用多種協(xié)議來建立安全的隧道，提供網(wǎng)絡(luò)層的安全信息，支持加密、身份驗證和完整性保護(hù)。將L2TP和IPsec結(jié)合使用，提供更安全的通信。VPN連接通常要求用戶進(jìn)行身份驗證，以確保只有授權(quán)用戶能夠訪問網(wǎng)絡(luò)資源，在建立VPN連接之前，通過協(xié)商、使用預(yù)共享密鑰或進(jìn)行公鑰加密等方式進(jìn)行密鑰交換，確保雙方都擁有相同的密鑰用于加密和解密數(shù)據(jù)。VPN客戶端和服務(wù)器之間的通信需要先建立一個隧道，通常使用隧道協(xié)議進(jìn)行，例如握手、密鑰交換和建立安全連接的步驟。一旦隧道建立，數(shù)據(jù)在傳輸過程中需要加密以確保機密性。通過IPsec等協(xié)議使用對稱加密算法，如AES來對通信進(jìn)行加密。為了防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被篡改，VPN使用完整性保護(hù)機制，通常通過使用MAC來實現(xiàn)。VPN隧道需要持續(xù)維護(hù)，以確保連接的穩(wěn)定性和安全性，分析監(jiān)控連接狀態(tài)、重新協(xié)商密鑰、處理斷開連接等。VPN通過分流或修改路由表，將特定流量通過加密隧道傳輸，而其他流量直接訪問公共網(wǎng)絡(luò)。通過這些步驟，VPN技術(shù)和加密隧道能夠提供安全的網(wǎng)絡(luò)通信，使得用戶能夠在公共網(wǎng)絡(luò)上訪問私有網(wǎng)絡(luò)資源，同時保護(hù)數(shù)據(jù)的隱私和完整性。

（三）數(shù)據(jù)庫加密保護(hù)敏感信息

數(shù)據(jù)庫加密是一種常見的數(shù)據(jù)安全措施，用于保護(hù)敏感信息免受未經(jīng)授權(quán)的訪問。引用數(shù)據(jù)庫加密算法后，即使數(shù)據(jù)庫被攻破，攻擊者也難以獲取可讀的敏感數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)庫表中的特定列進(jìn)行加密，而不是對整個數(shù)據(jù)庫進(jìn)行加密，對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行有選擇性的加密，同時保持其他非敏感數(shù)據(jù)的可用性。整個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)文件都被加密，這包括數(shù)據(jù)、日志文件等。TDE在數(shù)據(jù)庫引擎級別進(jìn)行操作，對應(yīng)用程序而言是透明的，而且不需要對現(xiàn)有應(yīng)用程序進(jìn)行修改。通過使用加密算法（如AES）和適當(dāng)?shù)拿荑€管理在應(yīng)用程序?qū)用鎸γ舾袛?shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中和存儲時都是加密的。有效的密鑰管理是數(shù)據(jù)庫加密的核心，設(shè)置細(xì)粒度的訪問控制，限制對敏感數(shù)據(jù)的訪問，只有經(jīng)過授權(quán)的用戶或應(yīng)用程序才能夠解密和訪問加密的數(shù)據(jù)。定期審計數(shù)據(jù)庫的訪問和操作，監(jiān)控異?；顒樱绻l(fā)現(xiàn)異?；蚩梢傻男袨?，可以及時采取措施保護(hù)敏感信息。一些先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)支持在加密的數(shù)據(jù)上進(jìn)行搜索操作，而不需要先解密，這有助于維持?jǐn)?shù)據(jù)庫功能的同時保護(hù)敏感信息。選擇安全的加密算法，例如AES，確保對抗現(xiàn)代密碼分析技術(shù)。定期評估加密算法的強度，并在需要時進(jìn)行升級。使用安全的傳輸協(xié)議，如TLS/SSL，確保在數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序之間的通信是加密的，防止在傳輸中被竊聽或篡改。綜合使用這些數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)和方法，可以有效地保護(hù)敏感信息，提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的整體安全性，同時，密鑰管理和合適的訪問控制也是保障數(shù)據(jù)庫加密有效性的關(guān)鍵要素。

五、結(jié)束語

在計算機網(wǎng)絡(luò)通信安全中，數(shù)據(jù)加密技術(shù)的應(yīng)用是保障信息傳輸安全和隱私的關(guān)鍵步驟。通過使用先進(jìn)的加密算法和協(xié)議，能夠在公共網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)安全、可靠的通信，有效地防范各種惡意攻擊和網(wǎng)絡(luò)威脅。數(shù)據(jù)加密技術(shù)不僅僅是一種技術(shù)手段，更是信息社會中對隱私和數(shù)據(jù)完整性的一種堅定承諾，它為用戶和組織提供了強大的安全保障，使得在全球范圍內(nèi)進(jìn)行信息交流和業(yè)務(wù)操作成為可能。在數(shù)據(jù)加密技術(shù)的應(yīng)用研究中，不僅要關(guān)注加密算法的強度和效率，還需要考慮密鑰管理、身份驗證、隧道建立等方面的綜合性問題。密鑰的安全性、適時地更新，以及對各種攻擊手段的防范措施，都是保持加密系統(tǒng)長期穩(wěn)定的重要因素?？傊瑪?shù)據(jù)加密技術(shù)的應(yīng)用是網(wǎng)絡(luò)通信安全不可或缺的一環(huán)，為人們構(gòu)建安全可信的數(shù)字世界提供了堅實的基礎(chǔ)。通過持續(xù)的研究和創(chuàng)新，能夠不斷提高網(wǎng)絡(luò)通信的安全水平，為用戶提供更安心、更便捷的數(shù)字化體驗。

作者單位：閆利軍 北京市消防救援總隊西城區(qū)消防救援支隊

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