第一章 第二節 加密算法原理
概要
信息是當今社會的一種重要資源（數據和信息的對比、信息應用的例子），用戶需要信息是保密的、完整的和真實的，現代信息系統必須具備有信息安全技術措施，信息加密是信息安全的主要措施之一。
基本概念
保密性（進不來、看不懂）、完整性（改不了、拿不走）、不可否認性（跑不掉）。
明文/明碼（plaintext）、密文（ciphertext）、算法（algorithm）、密鑰（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
置換：按照規則改變內容的排列順序。用一個特定的值替換另一個特定值的過程，需要通信雙方事先知道置換的方法，簡單，頻繁使用會找到規則。
例：奇數位ASCII碼值加1，偶數位ASCII碼值加2。
| X | A | P | C | C | O | M |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Y | C | Q | E | D | Q | N |
移位：打亂字母的排列順序。把某個字母以其前或其後幾位的某個特定的字母替代，有規律性容易被攻破。
例：以中間字母爲點，兩側兌換。
| E | X | A | M | P | L | E |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E | L | P | M | A | L | E |
移位和置換都是可逆操作，容易恢復信息，應用於現代密碼算法中。
加密的實現，不只依賴以上基本思想，同時依賴很多巧妙設計，如軍事中的加密電報，使用安全性高的編碼規則，解密也涉及首發報文雙方的約定。
加密算法
《對稱密鑰密碼算法/私有密鑰算法》：加密密鑰和解密密鑰相同，可逆，加密速度快，對稱加密密鑰長度40bits到168bits。
著名對稱加密算法：
1.DES/3DES 數據加密標準：
DES：一種塊和分組加密算法，20世紀70年代，由IBM公司發展，1976年11月納爲美國國家標準。DES密鑰是固定的56bit，不安全；以塊模式對64bit的密文塊進行操作。
3DES：應用DES算法三遍，K1、K2、K3三個密鑰。
算法：輸入64比特明文數據---初始置換IP---在密鑰控制下16輪迭代---交換左右32比特---初始逆置換IP-1---輸出64比特密文數據。
2.IDEA國際數據加密算法：分組長度64位，密鑰長度128位，混合運算（異或、模216加、模216+1乘），軟件實現IDEA比DES快兩倍。
3.RC系列（RC2、RC4、RC5）：
RC2：Ronald Rivest設計，密鑰長度可變，運算速度比DES快，軟件實現比DES×××倍，是否比DES安全取決於其使用的密鑰長度。
RC4：Rivest設計，密鑰長度可變，流模式加密算法，面向bit操作，算法基於隨機置換，應用範圍廣。
RC5：Rivest設計，分組長、密鑰長和迭代論述都可變，面向字結構，便於軟件和硬件快速實現，數據相倚旋轉技術。
4.CAST：
5.Blowfish/Twofish：密鑰長度可變，易於軟件快速實現，所需存儲空間不到5KB，安全性可通過改變密鑰長度調整，適用於密鑰不經常改變的加密。
6.AES高級數據加密標準：
《非對稱密鑰密碼算法/公鑰密碼算法》：比私鑰加密出現晚，兩個不同的密鑰，一個用於加密信息，另一個用於解密信息，不可逆，私鑰需安全保存，公鑰公開，加密速度慢，可與對稱加密結合。
加密過程：Alice--》明文+Bob的公鑰B--》密文--》網絡傳輸--》密文+Bob的私鑰B'--》明文--》Bob
著名公鑰加密算法：
1.Diffie-Hellman密鑰交換：1976年，Whitfield Diffie和Martin Hellman發明，解決對稱加密系統中密鑰的發佈問題，安全性來源於很難計算出很大的離散對數，應用如IPSec中用於實現密鑰的交換。
2.RSA：1977年由Ron Rivest、Adi Shamir和Len Adelman開發，專利於2000年9月到期，密鑰長度在512~2048bit之間，安全性基於數學運算的複雜性，Phi=（P-1）乘（Q-1），N=P乘Q。比軟件實現DES慢100倍，比硬件實現DES慢1000倍。主要用於加密、數字簽名。
加密過程：Alice--》明文+Bob的公鑰B--》密文--》網絡傳輸--》密文+Bob的私鑰B'--》明文--》Bob
模擬軟件：RSA Demonstration