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密码的发展按时间分为古典密码和现代密码,现在我们先讨论古典密码。

密码技术的功能分为两种:一种为加密解密,一种是认证。

密码学有以下基本概念:

1、被加密的原始信息称为明文

2、加密后的信息为密文

3、将明文变换为密文的过程为加密

4、将密文变换为明文的过程为解密

今天我们主要讨论两种密码:对称算法、非对称算法

一、对称密码

加解密使用同一个密钥,所以如何安全的传递密钥成了最头疼的问题。

 

 明文和密文加密解密使用的密钥相同,在此举例S-DES密码以助于读者理解:

首先要生成两个子密钥;具体过程如下:

10位密钥 key = 01111 11101

对key做P10置换得到 11111 10011  (3,5,2,7,4,10,1,9,8,6)

记左半(高位)的为Lk=11111,右半(低位)为Rk=10011

Lk和Rk均循环左移1位,得到Lk=11111,Rk=00111

对Lk和Rk组合得到的11111 00111做P8置换选择,得到子密钥K1=0101 1111(6,3,7,4,8,5,10,9)

Lk和Rk均再次循环左移2位,得到Lk=11111,Rk=11100

对Lk和Rk组合得到的11111 11100做P8置换选择,的到子密钥K2=1111 1100(6,3,7,4,8,5,10,9)

以上,通过密钥得到了算法所需的子密钥

然后根据以下流程图对已知明文进行加密和加密

 

 IP置换:(2,6,3,1,4,8,5,7);

SW:左、右四位交换位置;

第一次循环

记左半(高位)为Lm=0100,右半(低位)为Rm=1001

对Rm做EP扩展(4,1,2,3,2,3,4,1)置换,得Rm’=1100 0011

Rm’与子密钥K1按位异或,得Rm’=1001 1100

Rm’左半1001进入S0盒替代选择得11,右半1100进入S1盒替代选择的01,组合后得Rm’=1101

对Rm’做P4(2,4,3,1)置换,得Rm’=1101

Rm’与Lm按位异或,得Lm’=1001

Lm’与Rm(最开始的那个Rm)组合得到输出 1001(Lm’) 1001(Rm)

至此完成第一次循环

 

然后交换高低位,作为第二次循环的输入,即1001(Rm) 1001(Lm’)作为输入

开始第二次循环

记左半为Ln=1001,右半为Rn=1001

对Rn做EP扩展置换(4,1,2,3,2,3,4,1),得Rn’=1100 0011

Rn’与子密钥K2按位异或,得Rn’=0011 1111

Rn’左半0011进入S0盒替代选择得10,右半1111进入S1盒替代选择的11,组合后得Rn’=1011

对Rn’做P4置换(2,4,3,1),得Rn’=0111

Rn’与Ln按位异或,得Ln’=1110

Ln’与Rn(最开始的那个Rn)组合得到输出 1110(Ln’) 1001(Rn)

至此完成第二次循环

最后进行逆初始置换对上面的输出m’=1110 1001做IPI(4,1,3,5,7,2,8,6)置换得到密文m’=0111 0110

解密过程和加密基本一致,只是解密过程时先使用K2,再使用K1。

由于双方采用统一密钥规则,在传递和保持中如何保证密钥的安全,就成了头疼的问题。
二、非对称算法
加解密采用不同密钥,称为公钥和私钥,公私钥成对出现,采用公钥加密,只能用配对的私钥解密

此处列举RSA密码作为示例:

(1) 乙方生成一对公私钥,并将公钥给甲方
(2) 甲方利用乙方给的公钥将明文加密,生成密文,传输给乙方
(3) 乙方接收到密文,用配对的私钥解密。这种方式私钥严格保密,公钥可以对外公布,解决了密钥传递和保存中的安全性问题。

公钥、私钥生成的具体方法如下:

1、选择两个大的素数p和q,素数就是只能被分解成其本身和 1 的乘积的数 ,为了保证安全性,RSA中使用的素数都比较大 ,而且要严格保密 ;
2、计算出n=p×q,z=(p-1)×(q-1);
3、选择一个与 z 互为素数的 d ;
4、找出 e,使(e×d) mod z =1 ;
其中(e,n)是公钥 ,(d,n)是私钥。设密文是 C,明文是 M,则加密算法为 C=mod n,解密算法为 P=mod n。
RSA 是目前最有影响力的公钥加密算法 ,它能够抵抗现在绝大多数的密码攻击方式 ,因此它也被 ISO 推荐为公钥数据加密标准。但它也存在一些缺陷 :一是运行速度相对较慢 ;二是大素数产生困难 ,至今还没有一个比较有效普遍的大素数生成算法 ;三是产生密钥麻烦 ,难以做到一次一密。
 
 
对称密码和非对称密码都可以进行加密和解密。各有优缺点。在我们实际生活中,这两种方法较为常见。明天我们讲讲关于只能加密不能解密的密码形式,敬请期待!

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