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轻松学习 PKI
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日期：2005年10月31日 作者： 查看:[大字体
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传统的对称算法与对称加密体系
对称算法是传统常用的算法。其主要特点是：加解密双方在加解密过程中要使用完全相同的一个密钥。它最广泛使用的是DES算法。
DES(Data Encryption Standard) 算法是美国政府机关为了保护信息处理中的计算机数据而使用的一种加密方式，是一种常规密码体制的密码算法，目前已广泛用于电子商务系统中。64位DES的算法详细情况已在美国联邦信息处理标准（FIPS PUB46）上发表。该算法输入的是64比特的明文，在64比特密钥的控制下产生64比特的密文；反之输入64比特的密文，输出64比特的明文。64比特的密钥中含有8个比特的奇偶校验位，所以实际有效密钥长度为56比特。随着研究的发展，DES算法在基本不改变加密强度的条件下，发展了许多变形DES。Triple-DES 是DES算法扩展其密钥长度的一种方法，可使加密密钥长度扩展到128比特（112比特有效）或192比特（168比特有效）。其基本原理是将128比特的密钥分为64比特的两组，对明文多次进行普通的DES加解密操作，从而增强加密强度。具体实现方式不在此详细描述。
对称算法最主要的问题是：由于加解密双方都要使用相同的密钥，因此在发送、接收数据之前，必须完成密钥的分发。因而，密钥的分发便成了该加密体系中的最薄弱因而风险最大的环节。各种基本的手段均很难保障安全地完成此项工作。从而，使密钥更新的周期加长，给他人破译密钥提供了机会。实际上这与传统的保密方法差别不大。在历史战争中，破获他国情报的纪录不外是两种方式：一种是在敌方更换“密码本”的过程中截获对方密码本；另一种是敌人密钥变动周期太长，被长期跟踪，找出规律从而被破获。在对称算法中，尽管由于密钥强度增强，跟踪找出规律破获密钥的机会大大减小了，但密钥分发的困难问题几乎无法解决。如，设有n方参与通信，若 n 方都采用同一个对称密钥，一旦密钥被破解，整个体系就会崩溃；若采用不同的对称密钥则需 n(n-1) 个密钥，密钥数与参与通信人数的平方数成正比。这便使大系统密钥的管理几乎成为不可能。
对称加/解密示意图
图中：SK为秘密密钥，SK密钥的传递通过秘密的物理通道。
公钥体系是现代密码学的最重要的发明和进展
公开密钥密码体制是现代密码学的最重要的发明和进展。一般理解密码学(Cryptography)就是保护信息传递的机密性，但这仅仅是当今密码学的主题的一个方面；对信息发送与接收人的真实身份的验证、对所发出/接收信息在事后的不可抵赖以及保障数据的完整性正是现代密码学主题的另一方面。公开密钥密码体制对这两方面的问题都给出了出色的解答，并正在继续产生许多新的思想和方案。
1976年，Diffie和Hellman为解决密钥的分发与管理问题，在他们奠基性的工作“密码学的新方向”一文中，提出一种密钥交换协议，允许在不安全的媒体上通过通讯双方交换信息，安全地传送秘密密钥。在此新思想的基础上，很快出现了非对称密钥密码体制，即公钥密码体制。在公钥体制中，加密密钥不同于解密密钥，将加密密钥公之于众，谁都可以使用；而解密密钥只有解密人自己知道。它们分别称为PK公开密钥 (Public key) 和SK秘密密钥 (Secret key)。
迄今为止的所有公钥密码体系中，RSA系统是最著名、使用最广泛的一种。RSA公开密钥密码系统是由R. Rivest、A. Shamir和L. Adleman三位教授于1977年提出的。RSA的取名就是来自于这三位发明者的姓的第一个字母。
RSA算法对数据的加/解密的过程如图4.2所示。
收方B的秘密密钥（私钥）SKB由B自己保存，其相应的公开密钥（公钥）PKB可经公开信道送给发方A等通信伙伴。
RSA算法研制的最初理念与目标是旨在解决利用公开信道传输分发DES算法的秘密密钥的难题。而实际结果不但很好地解决了这个难题，还可利用RSA来完成对电文的数字签名，以防止对电文的否认与抵赖，同时还可以利用数字签名较容易地发现攻击者对电文的非法篡改，以保护数据信息的完整性。
图中： PKB 收方的公开密钥
SKB 收方的秘密密钥
RSA公开密钥密码系统的数学原理
密钥管理中心产生一对公开密钥和秘密密钥的方法如下：在离线方式下，先产生两个足够大的强质数p、q。可得p与q的乘积为n=pxq。再由p和q算出另一个数z=(p-1)×(q-1)，然后再选取一个与z互素的奇数e，称e为公开指数；从这个e值可以找出另一个值d，并能满足e×d=1 mod (z)条件。由此而得到的两组数(n，e) 和 (n，d)分别被称为公开密钥和秘密密钥，或简称公钥和私钥。
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