随着互联网的快速发展，计算机信息的保密问题显得越来越重要。数据保密变换，或密码技术，是对计算机信息进行保护的最实用和最可靠的方法，本文拟对信息加密技术作一简要介绍。
一、信息加密概述
密码学是一门古老而深奥的学科，它对一般人来说是莫生的，因为长期以来，它只在很少的范围内，如军事、外交、情报等部门使用。计算机密码学是研究计算机信息加密、解密及其变换的科学，是数学和计算机的交义学科，也是一门新兴的学科。随着计算机网络和计算机通讯技术的发展，计算机密码学得到前所未有的重视并迅速普及和发展起来。在国外，它已成为计算机安全主要的研究方向，也是计算机安全课程教学中的主要内容。
密码是实现秘密通讯的主要手段，是隐蔽语言、文字、图象的特种符号。凡是用特种符号按照通讯双方约定的方法把电文的原形隐蔽起来，不为第三者所识别的通讯方式称为密码通讯。在计算机通讯中，采用密码技术将信息隐蔽起来，再将隐蔽后的信息传输出去，使信息在传输过程中即使被窃取或载获，窃取者也不能了解信息的内容，从而保证信息传输的安全。
任何一个加密系统至少包括下面四个组成部分：
（1）、未加密的报文，也称明文。
（2）、加密后的报文，也称密文。
（3）、加密解密设备或算法。
（4）、加密解密的密钥。
发送方用加密密钥，通过加密设备或算法，将信息加密后发送出去。接收方在收到密文后，用解密密钥将密文解密，恢复为明文。如果传输中有人窃取，他只能得到无法理解的密文，从而对信息起到保密作用。
二、密码的分类
从不同的角度根据不同的标准，可以把密码分成若干类。
（一）按应用技术或历史发展阶段划分：
手工密码。以手工完成加密作业，或者以简单器具辅助操作的密码，叫作手工密码。第一次世界大战前主要是这种作业形式。
机械密码。以机械密码机或电动密码机来完成加解密作业的密码，叫作机械密码。这种密码从第一次世界大战出现到第二次世界大战中得到普遍应用。
电子机内乱密码。通过电子电路，以严格的程序进行逻辑运算，以少量制乱元素生产大量的加密乱数，因为其制乱是在加解密过程中完成的而不需预先制作，所以称为电子机内乱密码。从五十年代末期出现到七十年代广泛应用。
计算机密码，是以计算机软件编程进行算法加密为特点，适用于计算机数据保护和网络通讯等广泛用途的密码。
（二）按保密程度划分：
理论上保密的密码。不管获取多少密文和有多大的计算能力，对明文始终不能得到唯一解的密码，叫作理论上保密的密码。也叫理论不可破的密码。如客观随机一次一密的密码就属于这种。
实际上保密的密码。在理论上可破，但在现有客观条件下，无法通过计算来确定唯一解的密码，叫作实际上保密的密码。
不保密的密码。在获取一定数量的密文后可以得到唯一解的密码，叫作不保密密码。如早期单表代替密码，后来的多表代替密码，以及明文加少量密钥等密码，现在都成为不保密的密码。
（三）、按密钥方式划分：
对称式密码。收发双方使用相同密钥的密码，叫作对称式密码。传统的密码都属此类。
非对称式密码。收发双方使用不同密钥的密码，叫作非对称式密码。如现代密码中的公共密钥密码就属此类。
（四）按明文形态：
模拟型密码。用以加密模拟信息。如对动态范围之内，连续变化的语音信号加密的密码，叫作模拟式密码。
数字型密码。用于加密数字信息。对两个离散电平构成0、1二进制关系的电报信息加密的密码叫作数字型密码。
（五）按编制原理划分：
可分为移位、代替和置换三种以及它们的组合形式。古今中外的密码，不论其形态多么繁杂，变化多么巧妙，都是按照这三种基本原理编制出来的。移位、代替和置换这三种原理在密码编制和使用中相互结合，灵活应用。
三、近代加密技术
（一）、数据加密标准
数据加密标准（DES）是美国经长时间征集和筛选后，于1977年由美国国家标准局颁布的一种加密算法。它主要用于民用敏感信息的加密，后来被国际标准化组织接受作为国际标准。DES主要采用替换和移位的方法加密。它用56位密钥对64位二进制数据块进行加密，每次加密可对64位的输入数据进行16轮编码，经一系列替换和移位后，输入的64位原始数据转换成完全不同的64位输出数据。DES算法仅使用最大为64位的标准算术和逻辑运算，运算速度快，密钥生产容易，适合于在当前大多数计算机上用软件方法实现，同时也适合于在专用芯片上实现。
DES主要的应用范围有：
计算机网络通信：对计算机网络通信中的数据提供保护是DES的一项重要应用。但这些被保护的数据一般只限于民用敏感信息，即不在政府确定的保密范围之内的信息。
电子资金传送系统：采用DES的方法加密电子资金传送系统中的信息，可准确、快速地传送数据，并可较好地解决信息安全的问题。
保护用户文件：用户可自选密钥对重要文件加密，防止未授权用户窃密。
用户识别：DES还可用于计算机用户识别系统中。
DES是一种世界公认的较好的加密算法。自它问世20多年来，成为密码界研究的重点，经受住了许多科学家的研究和破译，在民用密码领域得到了广泛的应用。它曾为全球贸易、金融等非官方部门提供了可靠的通信安全保障。但是任何加密算法都不可能是十全十美的。它的缺点是密钥太短（56位），影响了它的保密强度。此外，由于DES算法完全公开，其安全性完全依赖于对密钥的保护，必须有可靠的信道来分发密钥。如采用信使递送密钥等。因此，它不适合在网络环境下单独使用。
针对它密钥短的问题，科学家又研制了 80位的密钥，以及在DES的基础上采用三重DES和双密钥加密的方法。即用两个56位的密钥K1、K2，发送方用K1加密，K2解密，再使用K1加密。接收方则使用K1解密，K2加密，再使用K1解密，其效果相当于将密钥长度加倍。
（二）国际数据加密算法
国际数据加密算法 IDEA是瑞士的著名学者提出的。它在1990年正式公布并在以后得到增强。这种算法是在DES算法的基础上发展出来的，类似于三重DES。发展IDEA也是因为感到DES具有密钥太短等缺点，已经过时。IDEA的密钥为128位，这么长的密钥在今后若干年内应该是安全的。
类似于 DES，IDEA算法也是一种数据块加密算法，它设计了一系列加密轮次，每轮加密都使用从完整的加密密钥中生成的一个子密钥。与DES的不同处在于，它采用软件实现和采用硬件实现同样快速。
由于 IDEA是在美国之外提出并发展起来的，避开了美国法律上对加密技术的诸多限制，因此，有关IDEA算法和实现技术的书籍都可以自由出版和交流，可极大地促进IDEA的发展和完善。但由于该算法出现的时间不长，针对它的攻击也还不多，还未经过较长时间的考验。因此，尚不能判断出它的优势和缺陷。
（三） clipper加密芯片
密码虽然可为私人提供信息保密服务，但是它首先是维护国家利益的工具。正是基于这个出发点，考虑到 DES算法公开后带来的种种问题，美国国家保密局（NSA）从1985年起开始着手制定新的商用数据加密标准，以取代DES。1990年开始试用，1993年正式使用，主要用于通信交换系统中电话、传真和计算机通信信息的安全保护。
新的数据加密标准完全改变了过去的政策，密码算法不再公开，对用户提供加密芯片（ clipper）和硬件设备。新算法的安全性远高于DES，其密钥量比DES多1000多万倍。据估算，穷举破译至少需要10亿年。为确保安全，clipper芯片由一个公司制造裸片，再由另一公司编程后方可使用。
由于完全是官方的封闭控制，该算法除可提供高强度的密码报密外，还可对保密通信进行监听，以防止不法分子利用保密通信进行非法活动，但这种监听是在法律允许的范围内进行的。官方控制也成为美国民间反对该方案的一个重要原因。
Clipper芯片主要用于商业活动的计算机通信网。NSA同时在着手进行政府和军事通信网中数据加密芯片的研究，并作为clipper的换代产品。它除了具有clipper的全部功能外，还将实现美国数字签名标准（DSS）和保密的哈稀函数标准以及用纯噪声源产生随机数据的算法等。
（四）公开密钥密码体制
传统的加密方法是加密、解密使用同样的密钥，由发送者和接收者分别保存，在加密和解密时使用，采用这种方法的主要问题是密钥的生成、注入、存储、管理、分发等很复杂，特别是随着用户的增加，密钥的需求量成倍增加。在网络通信中，大量密钥的分配是一个难以解决的问题。
例如，若系统中有 n 个用户，其中每两个用户之间需要建立密码通信，则系统中每个用户须掌握 (n-1)/2 个密钥，而系统中所需的密钥总数为 n*(n-1)/2 个。对 10 个用户的情况，每个用户必须有 9 个密钥，系统中密钥的总数为 45 个。对 100 个用户来说，每个用户必须有 99 个密钥，系统中密钥的总数为 4950 个。这还仅考虑用户之间的通信只使用一种会话密钥的情况。如此庞大数量的密钥生成、管理、分发确实是一个难处理的问题。
本世纪 70 年代，美国斯坦福大学的两名学者迪菲和赫尔曼提出了一种新的加密方法 -- 公开密钥加密队 PKE 方法。与传统的加密方法不同，该技术采用两个不同的密钥来对信息加密和解密，它也称为 “ 非对称式加密方法”。每个用户有一个对外公开的加密算法 E 和对外保密的解密算法 D ，
它们须满足条件：
D 是 E 的逆，即 D[E （ X ） ]=X ；
E 和 D 都容易计算；
由 E 出发去求解 D 十分困难。
从上述条件可看出，公开密钥密码体制下，加密密钥不等于解密密钥。加密密钥可对外公开，使任何用户都可将传送给此用户的信息用公开密钥加密发送，而该用户唯一保存的私人密钥是保密的，也只有它能将密文复原、解密。虽然解密密钥理论上可由加密密钥推算出来，但这种算法设计在实际上是不可能的，或者虽然能够推算出，但要花费很长的时间而成为不可行的。所以将加密密钥公开也不会危害密钥的安全。
数学上的单向陷门函数的特点是一个方向求值很容易，但其逆向计算却很困难。许多形式为 Y=f （ x ）的函数，对于给定的自变量 x 值，很容易计算出函数 Y 的值；而由给定的 Y 值，在很多情况下依照函数关系 f(x) 计算 x 值十分困难。例如，两个大素数 p 和 q 相乘得到乘积 n 比较容易计算，但从它们的乘积 n 分解为两个大素数 p 和 q 则十分困难。如果 n 为足够大，当前的算法不可能在有效的时间内实现。
正是基于这种理论， 1978 年出现了著名的 RSA 算法。这种算法为公用网络上信息的加密和鉴别提供了一种基本的方法。它通常是先生成一对 RSA 密钥，其中之一是保密密钥，由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开，甚至可在网络服务器中注册。为提高保密强度， RSA 密钥至少为 500 位长，一般推荐使用 1024 位。这就使加密的计算量很大。为减少计算量，在传送信息时，常采用传统加密方法与公开密钥加密方法相结合的方式，即信息采用改进的 DES 或 IDEA 对话密钥加密，然后使用 RSA 密钥加密对话密钥和信息摘要。对方收到信息后，用不同的密钥解密并可核对信息摘要。
RSA 算法的加密密钥和加密算法分开，使得密钥分配更为方便。它特别符合计算机网络环境。对于网上的大量用户，可以将加密密钥用电话簿的方式印出。如果某用户想与另一用户进行保密通信，只需从公钥簿上查出对方的加密密钥，用它对所传送的信息加密发出即可。对方收到信息后，用仅为自己所知的解密密钥将信息脱密，了解报文的内容。由此可看出， RSA 算法解决了大量网络用户密钥管理的难题。
RSA 并不能替代 DES ，它们的优缺点正好互补。 RSA 的密钥很长，加密速度慢，而采用 DES ，正好弥补了 RSA 的缺点。即 DES 用于明文加密， RSA 用于 DES 密钥的加密。由于 DES 加密速度快，适合加密较长的报文；而 RSA 可解决 DES 密钥分配的问题。美国的保密增强邮件（ PEM ）就是采用了 RSA 和 DES 结合的方法，目前已成为 E-MAIL 保密通信标准。
