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AES加密算法的设计+文献综述(2)
1.3 加密算法
在对称密钥加密方法中, 对信息的加密和解密都使用相同的密钥, 通信双方都采用相同的加密算法并交换共享的专用密钥。通常使用的加密算法比较简便、高效, 密钥简短, 破译极其困难。但是传送和保管密钥是一个严峻的问题, 通信双方之间要确保密钥安全交换, 因而在使用对称加密技术进行数据加密的系统中还必须强化密钥
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体系。比较著名的对称加密密码算法有:美国的DES及其各种变形, 如Triple DES,GDES,New DES和DES的前身Lucifer; 欧洲的IDEA; 日本的FEAL-N,LOKI-91,Skipjack,RC4,RC5以及以代换密码和转轮密码为代表的古典密码等。在众多的常规密码中影响最大的是DES密码[11]。
在非对称加密体系(即公开密钥密码体系) 中, 密钥被分解为一对(即一把公开密钥或加密密钥和一把专用密钥或解密密钥)。这对密钥中的任何一把都可作为公开密钥(加密密钥) 通过非保密方式向他人公开, 而另一把则作为专用密钥(解密密钥) 。公开密钥用于对机密信息的加密, 专用密钥则用于对加密信息的解密。专用密钥只能由生成密钥对的通信方掌握, 公开密钥可广泛发布, 但它只对应于生成的该密钥的通信方。非对称加密的代表算法有RSA、DSA、Diffie-Hellman、背包体制、POHLIG-Hellman 算法和Rabin 算法, 还可以在有限域上的椭圆曲线上建立RSA, EIGamal 等算法。使用非对称加密方法的主要问题是运算速度较慢[11]。
密码技术所提供的安全性来源于破解密码计算上的困难性。计算机技术发展到今天,计算能力已经对像DES这样的加密算法构成了威胁,比如,DES的密钥太短,有效密钥只有56位;DES加密算法中还存在弱密钥和半弱密钥;DES加密标准的算法存在互补对称性等,为此,急需制定新的密码标准来取代DES。2000年10月,美国商务部宣布Rijndael成为AES加密标准的算法,标志着信息技术有了新的安全工具,它的出现将为计算机网络数据保密提供强有力的支持[1]。
2 研究历史
2.1 几种常见的现代加密技术
数据加密算法有很多种,密码算法标准化是信息化社会发展得必然趋势,是世界各国保密通信领域得一个重要课题。按照发展进程来分, 经历了古典密码、对称密钥密码和公开密钥密码阶段,古典密码算法有替代加密、置换加密;对称加密算法包括DES和AES;非对称加密算法包括RSA、背包密码、McEliece 密码、Rabin、椭圆曲线、EIGamal D_ H等。目前在数据通信中使用最普遍的算法有DES 算法、RSA算法和PGP算法等[5]。
2.1.1 DES加密算法
DES是一种对二元数据进行加密的算法,数据分组长度为64位,密文分组长度也是64位,使用的密钥为64位,有效密钥长度为56位,有8位用于奇偶校验,解密时的过程和加密时相似,但密钥的顺序正好相反。DES算法的数据流程图如下图所示:
图2.1 DES加密过程[23]
DES算法具有极高的安全性,到目前为止,除了用穷举搜索法对DES算法进行攻击外,还没有发现更有效的办法。而56位长的密钥的穷举空间为256,这意着如果一台计算机的速度是每一秒钟检测一百万个密钥,则它搜索完全部密钥就需要将近2285 年的时间。随着科学技术的发展,当出现超高速计算机后,可将DES密钥的长度再增长来达到更高的保密程度[8]。后来又提出了三重DES或3DES系统,使用3个不同的密钥对数据块进行(两次或)三次加密,该方法比进行普通加密的三次块。其强度大约和112比特的密钥强度相当[5]。
2.1.2 RSA算法
RSA算法既能用于数据加密,也能用于数字签名,RSA的理论依据为:寻找两个大素数比较简单,而将它们的乘积分解开则异常困难。在RSA算法中,包含两个密钥,加密密钥PK,和解密密钥SK,加密密钥是公开的,其加密与解密方程为:
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