主流数字加密技术面面观

 在信息安全领域，数字加密（密码学）是非常重要的一门学科。信息安全防御的三个目标：“进不来”、“拿不走”、“看不懂”，在实现的过程中无不涉及数字加密，而且最后一道防线“看不懂”更是数字加密技术的直接应用。

通俗的讲，数据加密、解密是对数据的变换，涉及数学、计算机科学、电子与通信等学科，基础学科是数学。在实际应用中，数字加密被用来达成这些目标：信息保密（数据加密、文件加密），身份鉴别，数据完整性（防篡改），可信赖（数字签名、电子印章）。

数字加密的过程由加密算法和密钥组合完成。其中，密钥是参与算法实现过程中的一组关键信息（Key），根据算法的不同，有时还要分为公共密钥和私有密钥。古老的基于字符替换的古典密码（算法）已经很少使用，目前常用的加密算法按密钥管理的方式可分为对称算法、公开密钥算法。

现行的主流数据加密标准主要来自计算机的起源地美国，常用的包括DES、RSA和MD5。

 DES

DES是一个分组加密算法，它以64位分组对数据加密。64位一组的明文从算法的一端输入，64位的密文从另一端输出，算法需要进行16轮编码。

DES是一个对称算法，加密和解密用的是同一算法。密钥长度为64bit，其中有效密钥长度56bit，其余8bit为奇偶校验。DES的整个*是公开的，系统的安全性主要依赖密钥的保密。

DES主要用于数据传输加密。

 RSA

RSA在1978年诞生于美国名校MIT。简单地说，就是两个很大的质数，一个公开，另一个保密，前者成为“公用密钥”，后者成为“私有密钥”。这两个密钥相互补充，即公用密钥的密文可以用私有密钥来解密，反之也成立。

RSA要求每一个用户拥有自己的一种密钥：公开的加密密钥，用以加密明文；保密的解密密钥，用于解密密文。

在RSA密钥*的运行中，当A用户发文件给B用户时，A用户用B的公开密钥加密明文，B用户则用解密密钥解读密文。

RSA密钥可从40位到2048位，加密时块大小可变，但不超过密钥的长度，RSA算法把每一块明文转化为与密钥长度相同的密文块。密钥越长，加密效果越好，但开销也大。常用128bit-512bit长度的密钥，具有非常高的加密强度。硬件实现的最快的RSA算法所消耗的时间也是DES算法的1000倍。

RSA属于密钥传输（交换）加密，比较知名的应用SSL、PGP都成功应用了RSA算法。

 MD5

MD5，即Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），它是一种基于杂凑函数（HASH）的密码算法，由RSA的设计者R.Rivest于20世纪90年代初开发出来。

MD5的最大作用在于，将不同格式的大容量文件信息在用数字签名软件来签署私人密钥前“压缩”成一种保密的格式，关键之处在于--这种“压缩”是不可逆的。

MD5的典型应用是对一段信息产生信息摘要（Message-Digest），防篡改。MD5算法通过其不可逆的字符串变换算法，产生了一个唯一的MD5信息摘要。如果有第三方认证机构，则MD5就可以防止文件作者“抵赖”，即所谓的数字签名。

MD5算法：以512位分组来处理输入的信息，且每一个分组又被划分为16个32位子分组。经过了一系列的处理后，算法的输出由四个32位分组组成，将这四个32为分组级联后将生成一个128位散列值。

2004年8月17日的美国加州圣巴巴拉的国际密码学会议（Crypto’2004）上，来自中国山东大学的王小云教授做了破译MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD算法的报告，公布了MD系列算法的破解结果。在数小时内，给出的算法可以使两个文件可以产生相同的“指纹”。可见这种方法并不是万能的。

​