1．密碼學(xué)基本概念
(1)密碼學(xué)基本術(shù)語
明文：原始的消息。
密文：加密后的消息。
加密：從明文到密文的變換過程。
解密：從密文到明文的變換過程。
密碼編碼學(xué)：研究各種加密方案的學(xué)科。
密碼體制或密碼：加密方案。
密碼分析學(xué)(破譯)：研究破譯密碼獲得消息的學(xué)科。
密碼學(xué)：密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)的統(tǒng)稱。
(2)密碼編碼學(xué)
密碼編碼學(xué)具有3個獨(dú)立的特征。
①轉(zhuǎn)換明文為密文的運(yùn)算類型。所有的加密算法都基于兩個原理：代換和置換。
②所用的密鑰數(shù)。如果發(fā)送方和接收方使用相同的密鑰，這種密碼就是對稱密碼、單密鑰密碼或傳統(tǒng)密碼：否則就是非對稱密碼、雙鑰密碼或公鑰密碼。
③處理明文的方法。加密算法可以分為分組密碼和流密碼。分組密碼每次處理一個輸入分組，相應(yīng)輸出一個分組。典型的分組是64位或128位。而流密碼是連續(xù)地處理輸入元素，每次輸出一個元素。一般而言，分組密碼的引用范圍要比流密碼廣泛。絕大多數(shù)基于網(wǎng)絡(luò)的對稱密碼應(yīng)用使用的都是分組密碼。
(3)密碼分析學(xué)
攻擊密碼體制一般有兩種方法：
①密碼分析學(xué)。密碼分析學(xué)的攻擊依賴于算法的性質(zhì)和明文的一般特征或某些明密文對。 ②窮舉攻擊。攻擊者對一條密文嘗試所有的可能的密鑰，直到解密?；诩用苄畔⒌墓纛愋鸵娤卤怼?BR>
一般來說，加密算法起碼要能經(jīng)受得住已知明文攻擊。
(4)無條件安全與計算上的安全
如果無論有多少可使用的密文，都不足以惟一地確定由該體制產(chǎn)生密文所對應(yīng)的明文，則加密體制是無條件安全的。加密體制滿足以下兩個條件才是計算上安全的。
①破譯密碼的代價超出密文信息的價值。
②破譯密碼的時間超出密文信息的有效生命期。
(5)代換與置換技術(shù)
代換與置換技術(shù)是幾乎所有的對稱加密用到的兩種技巧。
代換法是將明文字母替換成其他字母、數(shù)字或符號的方法。典型的算法包括：Caesar密碼、單表代換密碼、playfak密碼、Hill密碼、多表代換密碼以及一次一密。已知最早的代換密碼是由 JuliusCaesar發(fā)明的Caesar密碼。
置換法是將明文通過置換而形成新的排列。最簡單的例子是柵欄技術(shù)，按對角線的順序?qū)懭朊魑?，而按行的順序讀出作為密文。單純的置換密碼容易被識破，多部置換密碼比較安全一些。
2．對稱密碼
(1)對稱加密技術(shù)的模型
對稱加密方案由5部分組成：明文、加密算法、密鑰、密文及解密算法。
(2)數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)
使用最廣泛的加密體制是數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)。這個算法本身被稱為數(shù)據(jù)加密算法(DEA)。DES采用64位的分組長度和56位的密鑰長度。將64位的輸入進(jìn)行一系列的變換得到64位的輸出。解密使用了相同的步驟和相同的密鑰。
(3)其他常見的對稱加密算法
①三重DES。3DES算法：使用多個密鑰對 DES進(jìn)行3次加密。
②高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AEs)。其算法密鑰長度為128位、192位或256位，分組長度為128位。
③Blowfish算法。Blowfish算法是一個可變密鑰長度的分組密碼算法，分組長度為64位。算法由兩部分組成：密鑰擴(kuò)展和數(shù)據(jù)加密。至今， Blowfish的安全性還沒有受到挑戰(zhàn)。
④RC5算法。RC5是參數(shù)可變的分組密碼算法，3個可變的參數(shù)是：分組大小、密鑰大小和加密輪數(shù)。RC5算法中使用了3種運(yùn)算：異或、加和循環(huán)。
3．公鑰密碼
前面我們提到，發(fā)送方和接收方使用相同的密鑰，這是對稱密碼；如果使用不同的密鑰，就是非對稱密鑰，也稱為公鑰密碼。公鑰密碼是基于數(shù)學(xué)函數(shù)的算法，而不是基于置換和代換技術(shù)。它是非對稱的，使用兩個獨(dú)立的密鑰。
(1)公鑰密碼體制
公鑰算法依賴一個加密密鑰和一個與之相關(guān)但不相同的解密密鑰。其重要特點(diǎn)是：僅根據(jù)密碼算法和加密密鑰來確定解密密鑰在計算上是不可行的。另外，對于有些加密算法(如RSA)而言：兩個密鑰中，任何一個都可以用來加密，另一個用來解密。
(2)公鑰體制的應(yīng)用
一般來說，公鑰密碼體制的應(yīng)用可分為3類：
①加密／解密：發(fā)送方用接收方的公鑰對消息加密。
②數(shù)字簽名：發(fā)送方用自己的私鑰對消息“簽名”。
⑧密鑰交換：通信雙方交換會話密鑰。
(3)RSA算法
RSA出現(xiàn)于1978年，它是第一個既能用于數(shù)據(jù)加密也能用于數(shù)字簽名的算法。
RSA是種分組密碼，其明文和密文均是0至 n-1之間的整數(shù)，通常n的大小是l024位二進(jìn)制數(shù)或309位十進(jìn)制數(shù)。
明文以分組為單位進(jìn)行加密，每個分組的二進(jìn)制值均小于n，即分組的大小必須小于或等于 log2(n)位，在實(shí)際應(yīng)用中，分組的大小是k位，其中2k RSA選取密鑰的過程如下：
①選取兩個大質(zhì)數(shù)p和q。質(zhì)數(shù)值越大，*RSA就越困難，但加密和解密的時間就越長。
②計算n=p*q和z=(p-t)(q-1)。
③選取小于n的數(shù)e，且和z沒有公約數(shù)(除了，)(即e和z是互質(zhì)數(shù))。
④找到數(shù)d，滿足(n，e)，私鑰密鑰是數(shù)對(n，d)。公開公共密鑰。
(4)其他的公鑰加密算法
①ElGamal算法。ElGamal算法是一種較為常見的加密算法，它是基于l984年提出的公鑰密碼體制和橢圓曲線加密體系。既能用于數(shù)據(jù)加密，也能用于數(shù)字簽名。ElGamal在加密過程中，生成的密文長度是明文的兩倍，且每次加密后都會在密文中生成一個隨機(jī)數(shù)K。
②ElGamal算法。背包加密算法是以求解背包問題的計算困難性為基礎(chǔ)的，也稱為MH加密方法。背包體制基本上都被破譯了，很少有人用它。
4．密鑰管理
(1)密鑰的分發(fā)(對稱密碼學(xué))
對稱密碼學(xué)的一個缺點(diǎn)就是需要通信雙方事先對密鑰達(dá)成一致協(xié)議。采用的解決方案是使用雙方都信任的密鑰分發(fā)中心。密鑰分發(fā)中心(KDC)是一個獨(dú)立的可信網(wǎng)絡(luò)實(shí)體。是一個服務(wù)器，知道每個用戶的秘密密鑰，每個用戶通過這個秘密密鑰與KDC進(jìn)行安全通信。
(2)密鑰的認(rèn)證(公共密鑰)
對于公共密鑰加密，通信實(shí)體必須先交換公共密鑰。一個用戶可以通過多種方式公布其公共密鑰。為保證不會收到第三方的主動攻擊，需要使用一個可信媒介——認(rèn)證中心。認(rèn)證中心(CA)驗(yàn)證一個公共密鑰是否屬于一個特殊實(shí)體。簡單地說，CA就是認(rèn)證這個公鑰是屬于誰的。
認(rèn)證中心(CA)負(fù)責(zé)將公共密鑰和特定實(shí)體進(jìn)行綁定，其工作就是證明身份的真實(shí)性和發(fā)放證書。CA具有以下作用。
①CA驗(yàn)證實(shí)體(個人、路由器)的身份
②一旦CA驗(yàn)證了實(shí)體的身份，就產(chǎn)生一個證書，將這個公共密鑰和身份進(jìn)行綁定。證書中包括公共密鑰和密鑰所有者的全球惟一的標(biāo)識信息。這個證書由認(rèn)證中心進(jìn)行數(shù)字簽名。
國際電信聯(lián)盟(ITU)和IETF制定了認(rèn)證中心的標(biāo)準(zhǔn)。ITUX．509[ITU1993]不但定義了認(rèn)證服務(wù)，還定義了認(rèn)證的特定語法。