第一章 第二节 加密算法原理
概要
信息是当今社会的一种重要资源（数据和信息的对比、信息应用的例子），用户需要信息是保密的、完整的和真实的，现代信息系统必须具备有信息安全技术措施，信息加密是信息安全的主要措施之一。
基本概念
保密性（进不来、看不懂）、完整性（改不了、拿不走）、不可否认性（跑不掉）。 明文/明码（plaintext）、密文（ciphertext）、算法（algorithm）、密钥（key）、加密（encryption）、解密（decryption）。
基本加密操作
明文+加密算法 -> 密文+解密算法 -> 明文
基本加密思想
置换：按照规则改变内容的排列顺序。用一个特定的值替换另一个特定值的过程，需要通信双方事先知道置换的方法，简单，频繁使用会找到规则。 例：奇数位ASCII码值加1，偶数位ASCII码值加2。
| X | A | P | C | C | O | M |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Y | C | Q | E | D | Q | N |
移位：打乱字母的排列顺序。把某个字母以其前或其后几位的某个特定的字母替代，有规律性容易被攻破。 例：以中间字母为点，两侧兑换。
| E | X | A | M | P | L | E |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E | L | P | M | A | L | E |
移位和置换都是可逆操作，容易恢复信息，应用于现代密码算法中。 加密的实现，不只依赖以上基本思想，同时依赖很多巧妙设计，如军事中的加密电报，使用安全性高的编码规则，解密也涉及首发报文双方的约定。
加密算法
《对称密钥密码算法/私有密钥算法》：加密密钥和解密密钥相同，可逆，加密速度快，对称加密密钥长度40bits到168bits。 著名对称加密算法： 1.DES/3DES 数据加密标准： DES：一种块和分组加密算法，20世纪70年代，由IBM公司发展，1976年11月纳为美国国家标准。DES密钥是固定的56bit，不安全；以块模式对64bit的密文块进行操作。 3DES：应用DES算法三遍，K1、K2、K3三个密钥。 算法：输入64比特明文数据---初始置换IP---在密钥控制下16轮迭代---交换左右32比特---初始逆置换IP-1---输出64比特密文数据。 2.IDEA国际数据加密算法：分组长度64位，密钥长度128位，混合运算（异或、模216加、模216+1乘），软件实现IDEA比DES快两倍。 3.RC系列（RC2、RC4、RC5）： RC2：Ronald Rivest设计，密钥长度可变，运算速度比DES快，软件实现比DES×××倍，是否比DES安全取决于其使用的密钥长度。 RC4：Rivest设计，密钥长度可变，流模式加密算法，面向bit操作，算法基于随机置换，应用范围广。 RC5：Rivest设计，分组长、密钥长和迭代论述都可变，面向字结构，便于软件和硬件快速实现，数据相倚旋转技术。 4.CAST： 5.Blowfish/Twofish：密钥长度可变，易于软件快速实现，所需存储空间不到5KB，安全性可通过改变密钥长度调整，适用于密钥不经常改变的加密。 6.AES高级数据加密标准： 《非对称密钥密码算法/公钥密码算法》：比私钥加密出现晚，两个不同的密钥，一个用于加密信息，另一个用于解密信息，不可逆，私钥需安全保存，公钥公开，加密速度慢，可与对称加密结合。 加密过程：Alice--》明文+Bob的公钥B--》密文--》网络传输--》密文+Bob的私钥B'--》明文--》Bob 著名公钥加密算法： 1.Diffie-Hellman密钥交换：1976年，Whitfield Diffie和Martin Hellman发明，解决对称加密系统中密钥的发布问题，安全性来源于很难计算出很大的离散对数，应用如IPSec中用于实现密钥的交换。 2.RSA：1977年由Ron Rivest、Adi Shamir和Len Adelman开发，专利于2000年9月到期，密钥长度在512~2048bit之间，安全性基于数学运算的复杂性，Phi=（P-1）乘（Q-1），N=P乘Q。比软件实现DES慢100倍，比硬件实现DES慢1000倍。主要用于加密、数字签名。 加密过程：Alice--》明文+Bob的公钥B--》密文--》网络传输--》密文+Bob的私钥B'--》明文--》Bob 模拟软件：RSA Demonstration
