幾種信息加密算法的比較研究

來源：超時代軟件     更新時間：2014年02月15日 19:02:38

杜立健 唐曉燕 李守榮

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信已逐漸成為信息交流的重要手段。信息安全問題日益受到人們的重視，加密算法的好壞直接決定著信息的安全性。加密算法經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從私鑰到公鑰，從傳統(tǒng)的加密到有巨大理論支持的新型加密的快速發(fā)展的歷程。

1.1 DES加密

目前對DES體制的攻擊方法主要有三種，它們是窮搜索攻擊、差分攻擊和線性攻擊。由于DES 密鑰只有56位，對密鑰進(jìn)行窮搜索攻擊，現(xiàn)在已經(jīng)被破譯，所以對它進(jìn)行了改進(jìn)，獲得公認(rèn)*好的算法就是IDEA算法。IDEA使用長度為128bit的密鑰，數(shù)據(jù)塊大小為64bit。從理論上講，IDEA屬于 “強(qiáng)”加密算法，在今后相當(dāng)長的時間是安全的，除非在該算法中找到根本性的漏洞或十分奏效的密碼分析方法，否則破譯途徑就是窮盡搜索全部的密鑰。在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，搜索整個密鑰空間，共計(jì)2128把密鑰，是完全行不通的。

 

1.2 RSA加密

RSA 算法是*個能同時用于加密和數(shù)字簽名的算法，易于理解和操作。RSA 在人們的應(yīng)用過程中也存在著如下的問題：一是產(chǎn)生密鑰很麻煩，受到素?cái)?shù)產(chǎn)生技術(shù)的限制，因而難以做到一次一密。另外分組長度太大，為保證安全性，公鑰至少也要 600 bit 以上，使運(yùn)算代價很高，由于進(jìn)行的都是大數(shù)計(jì)算，使得RSA *快的情況也比DES 慢上 100倍，無論是軟件還是硬件實(shí)現(xiàn)，速度一直是RSA 的缺陷。針對這個缺點(diǎn)，近來提出了一種改進(jìn)的快速高基模乘算法——基于Mont-gomery 算法的RSA 公鑰加密。該算法求出了乘法的*積,使得乘法和模減運(yùn)算同時進(jìn)行，取代原先的除法計(jì)算模式。這項(xiàng)發(fā)明大幅提高運(yùn)算速度，成為現(xiàn)今廣為采用的RSA解密運(yùn)算法。

 

1.3 橢圓曲線加密

橢圓曲線加密系統(tǒng) (ECC)是目前已知的所有公鑰密碼體制中能夠提供*高比特強(qiáng)度的一種公鑰體制。它是利用橢圓曲線有限群代替基于有限域上離散對數(shù)問題公鑰密碼中的有限循環(huán)群所得到的一類密碼體制。用橢圓曲線來構(gòu)造密碼體制用戶可以任意地選擇安全的橢圓曲線，在確定了有限域后，橢圓曲線的選擇范圍很大；橢圓曲線密碼體制的另一個優(yōu)點(diǎn)是一旦選擇了恰當(dāng)?shù)臋E圓曲線，就沒有有效的亞指數(shù)算法來攻擊它。

橢圓曲線加密算法ECC 與同樣基于復(fù)雜的數(shù)學(xué)難題RSA方法相比也有著很多技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，它的安全性更高，只需要160位的密鑰就可以達(dá)到 1024位RSA算法提供的安全等級。計(jì)算量小和處理速度快，ECC 系統(tǒng)的密鑰生成速度比RSA 快百倍以上，存儲空間占用小。
迄今所投入使用的橢圓加密系統(tǒng)中，絕大部分的密鑰長度都比較短，一般集中在30～60 位。這是因?yàn)樵谲浖?shí)現(xiàn)時，由于軟件執(zhí)行速率所限，密鑰長度比較大(≥160)的橢圓加密系統(tǒng)的速率將達(dá)不到使用要求。與此同時，在硬件實(shí)現(xiàn)時，密鑰長度比較大的橢圓加密系統(tǒng)將耗費(fèi)大量的硬件資源。隨著橢圓加密算法研究的深入和可編程邏輯器件的快速發(fā)展，利用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)橢圓加密系統(tǒng)已經(jīng)是一個可能的選擇。

 

1.4 量子加密

量子加密技術(shù)與現(xiàn)在基于數(shù)學(xué)的加密方式相反，它的理論基礎(chǔ)是量子物理中的海森堡不確定性原理和未知量子態(tài)不可克隆和刪去定理。量子加密技術(shù)主要利用量子的狀態(tài)作為信息加密和解密的密鑰，任何想對其進(jìn)行破解的人都會因量子狀態(tài)的改變而得不到有用的信息，從而確保了由量子加密技術(shù)進(jìn)行加密的通信內(nèi)容的安全。

但有許多問題還有待于研究。比如，尋找相應(yīng)的量子效應(yīng)以便提出更多的量子密鑰分配協(xié)議，量子加密理論的形成和完善，量子密碼協(xié)議的安全性分析方法研究，量子加密算法的開發(fā)，量子密碼的實(shí)用化等。量子信息論的研究是量子理論和經(jīng)典信息論的一個重要交叉領(lǐng)域，量子位不可復(fù)制且量子糾纏態(tài)不可區(qū)分的量子信息特征提供了一種理論上安全的加密術(shù)——量子加密。量子加密技術(shù)的發(fā)展給我們展示了一個美好的未來，我們完全有理由期待更安全的信息時代。

 

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對加密技術(shù)的要求越來越高。一方面人們在加強(qiáng)傳統(tǒng)加密技術(shù)的安全性的同時，會加大對混沌加密、量子加密等新型加密的研究，另一方面，人們也會綜合各種加密技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，將其結(jié)合起來應(yīng)用，以達(dá)到加密算法之間的優(yōu)勢互補(bǔ)。

 

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