7.2.4 对称加密算法[共5页]
对称加密算法的概念
对称密码算法有时又叫传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。
在大多数对称算法中，加密解密密钥是相同的。
这些算法也叫秘密密钥算法或单密钥算法，它要求发送者和接收者在安全通信之前，商定一个密钥。
对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都能对消息进行加密解密。
只要通信需要保密，密钥就必须保密。
对称算法的加密和解密表示为：Ek(M)=CDk(C)=M对称算法可分为两类[8]。
一次只对明文中的单个位（有时对字节）运算的算法称为序列算法或序列密码。
另一类算法是对明文的一组位进行运算，这些位组称为分组，相应的算法称为分组算法或分组密码。
现代计算机密码算法的典型分组长度为64位――这个长度大到足以防止分析破译，但又小到足以方便作用。
这种算法具有如下的特性：Dk(Ek(M))=M常用的采用对称密码术的加密方案有5个组成部分（如图3所示）：l）明文：原始信息。
2)加密算法：以密钥为参数，对明文进行多种置换和转换的规则和步骤，变换结果为密文。
3)密钥：加密与解密算法的参数，直接影响对明文进行变换的结果。
4)密文：对明文进行变换的结果。
5)解密算法：加密算法的逆变换，以密文为输入、密钥为参数，变换结果为明文。
对称密码术的优点在于效率高（加／解密速度能达到数十兆／秒或更多），算法简单，系统开销小，适合加密大量数据。
尽管对称密码术有一些很好的特性，但它也存在着明显的缺陷，包括：l）迸行安全通信前需要以安全方式进行密钥交换。
这一步骤，在某种情况下是可行的，但在某些情况下会非常困难，甚至无法实现。
2)规模复杂。
举例来说，A与B两人之间的密钥必须不同于A和C两人之间的密钥，否则给B的消息的安全性就会受到威胁。
在有1000个用户的团体中，A需要保持至少999个密钥（更确切的说是1000个，如果她需要留一个密钥给他自己加密数据）。
对于该团体中的其它用户，此种倩况同样存在。
这样，这个团体一共需要将近50万个不同的密钥！推而广之，n个用户的团体需要N2/2个不同的密钥。
对称加密和非对称加密
对称加密和⾮对称加密⼀、对称加密算法对称加密采⽤了对称密码编码技术，它的特点是⽂件加密和解密使⽤相同的密钥加密也就是密钥也可以⽤作解密密钥，这种⽅法在密码学中叫做对称加密算法，对称加密算法使⽤起来简单快捷，密钥较短，且破译困难，除了数据加密标准（DES），另⼀个对称密钥加密系统是国际数据加密算法（IDEA），它⽐DES的加密性好，⽽且对计算机功能要求也没有那么⾼对称加密算法在电⼦商务交易过程中存在⼏个问题：1、要求提供⼀条安全的渠道使通讯双⽅在⾸次通讯时协商⼀个共同的密钥。
直接的⾯对⾯协商可能是不现实⽽且难于实施的，所以双⽅可能需要借助于邮件和电话等其它相对不够安全的⼿段来进⾏协商；2、密钥的数⽬难于管理。
因为对于每⼀个合作者都需要使⽤不同的密钥，很难适应开放社会中⼤量的信息交流；3、对称加密算法⼀般不能提供信息完整性的鉴别。
它⽆法验证发送者和接受者的⾝份；4、对称密钥的管理和分发⼯作是⼀件具有潜在危险的和烦琐的过程。
对称加密是基于共同保守秘密来实现的，采⽤对称加密技术的贸易双⽅必须保证采⽤的是相同的密钥，保证彼此密钥的交换是安全可靠的，同时还要设定防⽌密钥泄密和更改密钥的程序。
假设两个⽤户需要使⽤对称加密⽅法加密然后交换数据，则⽤户最少需要2个密钥并交换使⽤，如果企业内⽤户有n个，则整个企业共需要n×(n-1) 个密钥，密钥的⽣成和分发将成为企业信息部门的恶梦。
常见的对称加密算法有DES、3DES、Blowfish、IDEA、RC4、RC5、RC6和AES常⽤算法介绍：（1）DES(Data Encryption Standard，数据加密算法) DES是最基本的对称加密算法，也是使⽤频率最⾼的⼀种算法，加密密钥与解密密钥相同。
DES出⾝⽐较好，出⾃IBM之⼿，后被美国军⽅采纳，之后便⼴泛流传，但是近些年使⽤越来越少，因为DES使⽤56位密钥，以现代计算能⼒，24⼩时内即可被破解。
虽然如此，在某些简单应⽤中，我们还是可以使⽤DES加密算法。
网络数据通信的加密传输设计_毕业设计说明书 精品
目录1 绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国内外研究的现状 (2)1.3 本论文的研究内容 (3)2 数据加密的相关概念 (4)2.1 密码学的基本概念 (4)2.1.1 密码体制的构成 (4)2.1.2 密码体制的分类 (4)2.1.3 密钥的管理 (6)2.1.4 数据加密的应用 (7)2.2 对称密钥加密算法 (8)2.2.1 对称密钥加密算法简介 (8)2.2.2 数据加密标准（DES） (8)2.3 非对称密钥加密算法 (14)2.3.1 非对称密钥加密算法简介 (14)2.3.2 RSA算法 (15)3 数据加密传输系统的设计 (18)3.1 系统的整体结构 (18)3.2 模块设计 (18)3.2.1 加解密模块 (18)3.2.2 文件传输模块 (24)3.3 本章小结 (25)4 数据加密传输系统的实现 (26)4.1 C++语言介绍 (26)4.2 数据加密传输系统的实现 (27)4.2.1 DES加密传输系统的实现 (27)4.2.2 RSA加密传输系统的实现 (30)4.2.1 DES和RSA混合加密传输系统的实现 (33)4.3 本章小结 (37)5 总结 (38)附录A DES加密算法程序 (40)附录B RSA加密算法程序 (43)附录C 文件传输模块程序 (46)参考文献 (49)致谢 (51)1 绪论1.1 研究背景及意义随着信息技术突飞猛进的发展和计算机技术的广泛应用，计算机网络得到了长足发展和应用，比如电子商务，基于网络的产品设计、经营管理等[1]。
同时，由于计算机网络缺乏足够的安全性，网络上传输的信息随时都受到非法存取、盗听、篡改和破坏等的威胁，网络安全性问题日益突出，网络安全对策研究显得尤为重要[2]。
对计算机和网络安全造成威胁的可分为两类：一是对网络本身的威胁，即这种威胁是针对网络设备和网络软件系统平台的；二是对网络中信息的威胁，即这种威胁是针对网络中的数据以及处理这些数据的信息系统和应用软件的。
常见的几种加密算法
常见的几种加密算法在信息安全领域中，加密算法被广泛应用于保护数据的机密性、完整性和可靠性。
常见的几种加密算法包括对称加密算法、非对称加密算法和哈希算法。
1. 对称加密算法：对称加密算法使用同一个密钥对信息进行加密和解密。
常见的对称加密算法包括DES（Data Encryption Standard）、3DES（Triple Data Encryption Standard）、AES（AdvancedEncryption Standard）等。
对称加密算法速度快且适合加密大数据量,但由于密钥同样需要传输，因此密钥的安全性成为对称加密算法的一个主要问题。
2. 非对称加密算法：非对称加密算法使用一对密钥，即公钥和私钥，分别用于加密和解密。
公钥可以公开，任何人都可以用公钥加密数据，但只有私钥的持有者才能解密数据。
常见的非对称加密算法包括RSA算法、DSA（Digital Signature Algorithm）算法和ECC（Elliptic Curve Cryptography）算法。
非对称加密算法安全性较高，但加密和解密的过程相对较慢，因此通常与对称加密算法结合使用，提高效率。
3. 哈希算法：哈希算法将任意长度的数据映射为固定长度的哈希值，并具有不可逆性和唯一性。
哈希算法常用于验证数据的完整性和真实性，常见的哈希算法有MD5（Message Digest Algorithm 5）、SHA-1（Secure Hash Algorithm 1）和SHA-256等。
哈希算法计算速度较快，但由于将不同长度的数据映射为固定长度的哈希值，可能存在哈希碰撞的问题，即不同的数据产生相同的哈希值。
除了上述几种常见的加密算法，还有一些特殊用途的加密算法，例如同态加密算法、椭圆曲线加密算法等。
同态加密算法可以在不解密的情况下对加密数据进行特定运算，保护数据的隐私性。
椭圆曲线加密算法是一种基于椭圆曲线数学问题的加密算法，具有较高的安全性和性能。
解题crypto的方法
解题crypto的方法解题crypto的方法1. 引言在当今数字时代，加密（crypto）已经成为一种保护信息安全和隐私的重要手段。
无论是在商业、政府还是个人领域，加密技术都扮演着至关重要的角色。
在这篇文章中，我将探讨解题crypto的方法，旨在帮助读者更深入地理解如何有效地解决加密谜题。
2. 理解加密术语在探讨解题crypto的方法之前，我们首先需要理解一些与加密相关的基本术语。
以下是一些常见术语的解释：2.1 密文（ciphertext）：经过加密处理的消息或数据。
2.2 明文（plaintext）：未经加密的消息或数据。
2.3 密钥（key）：用于加密和解密的算法参数。
2.4 加密算法（encryption algorithm）：将明文转换为密文的数学函数。
2.5 解密算法（decryption algorithm）：将密文转换为明文的数学函数。
3. 常见解题crypto方法3.1 频率分析频率分析是一种基本的解题crypto方法，它基于文字在语言中的出现频率。
对于英文文本而言，一些字母如E、T和A出现的频率较高，而其他一些字母如Z和Q出现频率较低。
通过统计密文中字母的出现频率，可以对其进行频率分析，并得出相应的解密结果。
3.2 字符替换字符替换是另一种常见的解题crypto方法，它涉及将密文中的字母替换为其他字母或符号。
在这种方法中，密钥起着关键的作用，它确定了明文和密文之间的替换规则。
对于较为简单的替换密码，可以通过破译者的观察和推理，来找到合适的替换规则。
3.3 常用词组分析常用词组分析是一种通过分析常见单词和短语在密文中的出现情况，来解决crypto问题的方法。
这种方法基于一个假设，即密文中频繁出现的词组可能对应于明文中常见的词组。
通过对密文进行频繁的单词和短语分析，可以逐渐揭示出一些重要的解题线索。
4. 深入理解解题crypto4.1 深度理解加密算法要更好地理解解题crypto的方法，深入理解加密算法是至关重要的。
对称密码算法概述
❖ 典型算法
▪ DES、3DES、AES、IDEA
▪ RC5、Twofish、CAST-256、MARS
3
数据加密标准（DES）
❖DES是一种对称密钥算法，密钥长度为56bits （加上奇偶校验，通常写成64bits）。
❖分组加密算法，64 bits为一个分组。
❖基本思想：
▪ 混乱（Confusion）
❖ 1990年，Xuejia Lai 和James Massey
▪第一版，PES（Proposed Encryption Standard）
❖为对抗差分攻击，修改算法增加强度，称为IPES。 ❖1992年改名IDEA。 ❖“依我看来，该算法是目前已公开的最好和最安 全的分组密码算法” ——《应用密码学》，p226。 ❖PGP中集成了IDEA算法。
13
IDEA算法
❖IDEA算法用了三种数学运算：
▪ 模216异或算法，常用 表示； ▪ 模216加法，表示为 X+Y=Z mod(216)；常用 表示； ▪ 模216+1 乘法，表示为 X*Y=Z mod(216＋1)；常用
表示；
❖IDEA 分组长度64比特 ，分4组，每组长度为16 比特，表示为：X1、X2、X3和X4 ❖密钥长度 128比特 ❖同一算法既可以加密，也可用于解密。 ❖软件实现IDEA比DES快两倍 ❖现在还没有资料证明它有什么弱点。
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DES的产生和应用
❖1974年8月，NBS第二次征集，IBM提交LUCIFER算法
▪ 发明人：IBM公司 W. Tuchman 和 C. Meyer，（19711972）
▪ 基 础：1967年美国Horst Feistel提出的理论
❖1976年11月，采纳为联邦标准
对称密码学
(2) 异或。扩展后的 48 位输出 E(Ri) 与压 缩后的 48 位密钥 Ki 作异或运算。
(3) S 盒替代。将异或得到的 48 位结果分 成八个 6 位的块 , 每一块通过对应的一个 S盒产生一个 4 位的输出。
S 盒的具体置换过程为 : 某个 Si 盒的 6 位输入 的第 1 位和第 6 位形成一个 2 位的二进制数从 0-3, 对应表中的某一行 : 同时 , 输入的中间 4 位构成 4 位二进制数 0-15 对应表中的某一列。 例如 , 第 8 个 S 盒的输入为 001011 , 前后 2 位形成的二进制数为 01, 对应第 8 个 S 盒的第 1 行 : 中间 4 位为 0101, 对应同一S盒的第 5 列。从表 2-6 中可得 S8 盒的第 1 行第 5 列的 数为 3, 于是就用 0011 代替原输入001011。
表2-3每轮移动的位数
轮 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 数 位1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 数
移动后 , 将两部分合并成 56 位后通过压缩置换 PC-2 后得到 48 位子密钥 , 即 Kj=PC-2(CjDj)。 压缩置换如表 2-4 所示
2.获取子密钥Kj
DES加密算法的密钥长度为56位,但一般表示为 64位,其中,每个第8位用于奇偶校验。在DES加密 算法中,将用户提供的64位初始密钥经过一系列的 处理 得到K1, K2,…, K16,分别作为1-16轮运算的 16个子密钥。首先,将64位密钥去掉8个校验位,用 密钥置换PC-1置换剩下的56位密钥;再将56位分成
在现代密码学中,所有算法的安全性都要求基 于密钥的安全性, 而不是基于算法细节的安 全性。也就是说, 只要密钥不公开, 即使算 法公开并被分析, 不知道密钥的人也无法理 解你所加密过的消息。
常见对称加密算法
常见对称加密算法1、对称加密算法1.1 定义对称加密算法是应⽤较早的加密算法，技术成熟。
在对称加密算法中，数据发信⽅将明⽂（）和加密（mi yue）⼀起经过特殊加密算法处理后，使其变成复杂的加密密⽂发送出去。
收信⽅收到密⽂后，若想解读原⽂，则需要使⽤加密⽤过的及相同算法的逆算法对密⽂进⾏解密，才能使其恢复成可读明⽂。
在对称加密算法中，使⽤的只有⼀个，发收信双⽅都使⽤这个密钥对数据进⾏加密和解密，这就要求解密⽅事先必须知道加密密钥。
1.2 优缺点优点：算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼。
缺点：（1）交易双⽅都使⽤同样钥匙，安全性得不到保证。
（2）每对⽤户每次使⽤对称加密算法时，都需要使⽤其他⼈不知道的惟⼀钥匙，这会使得发收信双⽅所拥有的钥匙数量呈⼏何级数增长，成为⽤户的负担。
对称加密算法在分布式⽹络系统上使⽤较为困难，主要是因为困难，使⽤成本较⾼。
1.3 常⽤对称加密算法基于“”的加密算法主要有DES、3DES（TripleDES）、AES、RC2、RC4、RC5和Blowfish等。
本⽂只介绍最常⽤的对称加密算法DES、3DES（TripleDES）和AES。
2、DES2.1 概述DES算法全称为Data Encryption Standard，即数据加密算法，它是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的。
DES算法的⼊⼝参数有三个：Key、Data、Mode。
其中Key为8个字节共64位，是DES算法的⼯作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode 为DES的⼯作⽅式,有两种：加密或解密。
2.2 算法原理DES算法把64位的明⽂输⼊块变为64位的密⽂输出块，它所使⽤的密钥也是64位，其算法主要分为两步：（1）初始置换其功能是把输⼊的64位数据块按位重新组合,并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则为将输⼊的第58位换到第⼀位，第50位换到第2位......依此类推,最后⼀位是原来的第7位。
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2 SET等安全通信标准和IPSec安全协议中，其具体应用如下。
1．用来加密保护信息
利用密码变换将明文变换成只有合法者才能恢复的密文，这是密码的最基本功能。
信息的加密保护包括传输信息和存储信息两方面，后者解决起来难度更大。
2．采用数字证书来进行身份鉴别
数字证书就是网络通信中标志通信各方身份信息的一系列数据，是网络正常运行所必需的。
现在一般采用交互式询问回答，在询问和回答过程中采用密码加密，特别是采用密码技术的带CPU的智能卡，安全性好。
在电子商务系统中，所有参与活动的实体都需要用数字证书来表明自己的身份，数字证书从某种角度上说就是“电子身份证”。
3．数字指纹
在数字签名中有重要作用的“报文摘要”算法，即生成报文“数字指纹”的方法，近年来备受关注，构成了现代密码学的一个重要侧面。
4．采用密码技术对发送信息进行验证
为防止传输和存储的消息被有意或无意地篡改，采用密码技术对消息进行运算生成消息的验证码，附在消息之后发出或与信息一起存储，对信息进行验证，它在票房防伪中有重要作用。
5．利用数字签名来完成最终协议
在信息时代，电子数据的收发使我们过去所依赖的个人特征都将被数字代替，数字签名的作用有两点：一是因为自己的签名难以否认，从而确定了文件已签署这一事实；二是因为签名不易仿冒，从而确定了文件是真的这一事实。
7.2.4对称加密算法
常用的对称加密算法可以分为替代密码和换位密码两大类。
替代密码（Substitution Cipher）是发送者将明文中的每一个字符用另外一个字符来替换，生成密文发送，接收者对密文进行逆替换恢复出明文。
换位密码是使明文中的字母不变而位置改变的密码，也称为置换密码，如把明文中的字母的顺序倒过来写，然后以固定长度的字母组发送或记录。
1．替代密码
在对称密码学中，替代密码有4种类型。
①简单替代密码（Simple Substitution Cipher）。
②多明码替代密码（Homophonic Substitution Cipher）。
③多字母替代密码（Polygram Substitution Cipher）。
④多表替代密码（Polyalphabetic Substitution Cipher）。
（1）简单替代密码
简单替代密码又称为单字母密码（Monoalphabetic Cipher），是指一个明文字符用相应的唯一一个密文字符替代的密码。
例如，打乱字母的排列次序构成与明文对应的密码表，或者采用密钥词组来推导密码表。
电子商务理论与实务（第 版） 100。