有关密码算法的几个问题

加密算法
加密技术是对信息进行编码和解码的技术，编码是把原来可读信息（又称明文）译成代码形式（又称密文），其逆过程就是解码（解密）。加密技术的要点是加密算法，加密算法可以分为对称加密、不对称加密和不可逆加密三类算法。
对称加密算法 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（原始数据）和加密密钥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密钥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，使用的密钥只有一个，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。对称加密算法的特点是算法公开、计算量小、加密速度快、加密效率高。不足之处是，交易双方都使用同样钥匙，安全性得不到保证。此外，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成几何级数增长，密钥管理成为用户的负担。对称加密算法在分布式网络系统上使用较为困难，主要是因为密钥管理困难，使用成本较高。在计算机专网系统中广泛使用的对称加密算法有DES和IDEA等。美国国家标准局倡导的AES即将作为新标准取代DES。
不对称加密算法 不对称加密算法使用两把完全不同但又是完全匹配的一对钥匙—公钥和私钥。在使用不对称加密算法加密文件时，只有使用匹配的一对公钥和私钥，才能完成对明文的加密和解密过程。加密明文时采用公钥加密，解密密文时使用私钥才能完成，而且发信方（加密者）知道收信方的公钥，只有收信方（解密者）才是唯一知道自己私钥的人。不对称加密算法的基本原理是，如果发信方想发送只有收信方才能解读的加密信息，发信方必须首先知道收信方的公钥，然后利用收信方的公钥来加密原文；收信方收到加密密文后，使用自己的私钥才能解密密文。显然，采用不对称加密算法，收发信双方在通信之前，收信方必须将自己早已随机生成的公钥送给发信方，而自己保留私钥。由于不对称算法拥有两个密钥，因而特别适用于分布式系统中的数据加密。广泛应用的不对称加密算法有RSA算法和美国国家标准局提出的DSA。以不对称加密算法为基础的加密技术应用非常广泛。
不可逆加密算法 不可逆加密算法的特征是加密过程中不需要使用密钥，输入明文后由系统直接经过加密算法处理成密文，这种加密后的数据是无法被解密的，只有重新输入明文，并再次经过同样不可逆的加密算法处理，得到相同的加密密文并被系统重新识别后，才能真正解密。显然，在这类加密过程中，加密是自己，解密还得是自己，而所谓解密，实际上就是重新加一次密，所应用的“密码”也就是输入的明文。不可逆加密算法不存在密钥保管和分发问题，非常适合在分布式网络系统上使用，但因加密计算复杂，工作量相当繁重，通常只在数据量有限的情形下使用，如广泛应用在计算机系统中的口令加密，利用的就是不可逆加密算法。近年来，随着计算机系统性能的不断提高，不可逆加密的应用领域正在逐渐增大。在计算机网络中应用较多不可逆加密算法的有RSA公司发明的MD5算法和由美国国家标准局建议的不可逆加密标准SHS(Secure Hash Standard:安全杂乱信息标准)等。
加密技术
加密算法是加密技术的基础，任何一种成熟的加密技术都是建立多种加密算法组合，或者加密算法和其他应用软件有机结合的基础之上的。下面我们介绍几种在计算机网络应用领域广泛应用的加密技术。
非否认（Non-repudiation）技术 该技术的核心是不对称加密算法的公钥技术，通过产生一个与用户认证数据有关的数字签名来完成。当用户执行某一交易时，这种签名能够保证用户今后无法否认该交易发生的事实。由于非否认技术的 *** 作过程简单，而且直接包含在用户的某类正常的电子交易中，因而成为当前用户进行电子商务、取得商务信任的重要保证。
PGP（Pretty Good Privacy）技术 PGP技术是一个基于不对称加密算法RSA公钥体系的邮件加密技术，也是一种 *** 作简单、使用方便、普及程度较高的加密软件。PGP技术不但可以对电子邮件加密，防止非授权者阅读信件；还能对电子邮件附加数字签名，使收信人能明确了解发信人的真实身份；也可以在不需要通过任何保密渠道传递密钥的情况下，使人们安全地进行保密通信。PGP技术创造性地把RSA不对称加密算法的方便性和传统加密体系结合起来，在数字签名和密钥认证管理机制方面采用了无缝结合的巧妙设计，使其几乎成为最为流行的公钥加密软件包。
数字签名（Digital Signature）技术 数字签名技术是不对称加密算法的典型应用。数字签名的应用过程是，数据源发送方使用自己的私钥对数据校验和或其他与数据内容有关的变量进行加密处理，完成对数据的合法“签名”，数据接收方则利用对方的公钥来解读收到的“数字签名”，并将解读结果用于对数据完整性的检验，以确认签名的合法性。数字签名技术是在网络系统虚拟环境中确认身份的重要技术，完全可以代替现实过程中的“亲笔签字”，在技术和法律上有保证。在公钥与私钥管理方面，数字签名应用与加密邮件PGP技术正好相反。在数字签名应用中，发送者的公钥可以很方便地得到，但他的私钥则需要严格保密。
PKI（Public Key Infrastructure）技术 PKI技术是一种以不对称加密技术为核心、可以为网络提供安全服务的公钥基础设施。PKI技术最初主要应用在Internet环境中，为复杂的互联网系统提供统一的身份认证、数据加密和完整性保障机制。由于PKI技术在网络安全领域所表现出的巨大优势，因而受到银行、证券、政府等核心应用系统的青睐。PKI技术既是信息安全技术的核心，也是电子商务的关键和基础技术。由于通过网络进行的电子商务、电子政务等活动缺少物理接触，因而使得利用电子方式验证信任关系变得至关重要，PKI技术恰好能够有效解决电子商务应用中的机密性、真实性、完整性、不可否认性和存取控制等安全问题。一个实用的PKI体系还必须充分考虑互 *** 作性和可扩展性。PKI体系所包含的认证中心（CA）、注册中心（RA）、策略管理、密钥与证书管理、密钥备份与恢复、撤销系统等功能模块应该有机地结合在一起。
加密的未来趋势
尽管双钥密码体制比单钥密码体制更为可靠，但由于计算过于复杂，双钥密码体制在进行大信息量通信时，加密速率仅为单钥体制的1/100，甚至是1/1000。正是由于不同体制的加密算法各有所长，所以在今后相当长的一段时期内，各类加密体制将会共同发展。而在由IBM等公司于1996年联合推出的用于电子商务的协议标准SET（Secure Electronic Transaction）中和1992年由多国联合开发的PGP技术中，均采用了包含单钥密码、双钥密码、单向杂凑算法和随机数生成算法在内的混合密码系统的动向来看，这似乎从一个侧面展示了今后密码技术应用的未来。
在单钥密码领域，一次一密被认为是最为可靠的机制，但是由于流密码体制中的密钥流生成器在算法上未能突破有限循环，故一直未被广泛应用。如果找到一个在算法上接近无限循环的密钥流生成器，该体制将会有一个质的飞跃。近年来，混沌学理论的研究给在这一方向产生突破带来了曙光。此外，充满生气的量子密码被认为是一个潜在的发展方向，因为它是基于光学和量子力学理论的。该理论对于在光纤通信中加强信息安全、对付拥有量子计算能力的破译无疑是一种理想的解决方法。
由于电子商务等民用系统的应用需求，认证加密算法也将有较大发展。此外，在传统密码体制中，还将会产生类似于IDEA这样的新成员，新成员的一个主要特征就是在算法上有创新和突破，而不仅仅是对传统算法进行修正或改进。密码学是一个正在不断发展的年轻学科，任何未被认识的加/解密机制都有可能在其中占有一席之地。
目前，对信息系统或电子邮件的安全问题，还没有一个非常有效的解决方案，其主要原因是由于互联网固有的异构性，没有一个单一的信任机构可以满足互联网全程异构性的所有需要，也没有一个单一的协议能够适用于互联网全程异构性的所有情况。解决的办法只有依靠软件代理了，即采用软件代理来自动管理用户所持有的证书（即用户所属的信任结构）以及用户所有的行为。每当用户要发送一则消息或一封电子邮件时，代理就会自动与对方的代理协商，找出一个共同信任的机构或一个通用协议来进行通信。在互联网环境中，下一代的安全信息系统会自动为用户发送加密邮件，同样当用户要向某人发送电子邮件时，用户的本地代理首先将与对方的代理交互，协商一个适合双方的认证机构。当然，电子邮件也需要不同的技术支持，因为电子邮件不是端到端的通信，而是通过多个中间机构把电子邮件分程传递到各自的通信机器上，最后到达目的地。

物联网技术涵盖感知层、网络层、平台层和应用层四个部分。

感知层的主要功能就是采集物理世界的数据，其是人类世界跟物理世界进行交流的关键桥梁。比如在智能喝水领域会采用一种流量传感器，只要用户喝水，流量传感器就会立即采集到本次的喝水量是多少，再比如小区的门禁卡，先将用户信息录入中央处理系统，然后用户每次进门的时候直接刷卡就行。（了解更多智慧人脸识别解决方案，欢迎咨询 汉玛智慧）

网络层主要功能就是传输信息，将感知层获得的数据传送至指定目的地。物联网中的“网”字其实包含了2个部分：接入网络、互联网。以前的互联网只是打通了人与人之间的信息交互，但是没有打通人与物或物与物之间的交互，因为物本身不具有联网能力。后来发展出将物连接入网的技术，我们称其为设备接入网，通过这一网络可以将物与互联网打通，实现人与物和物与物之间的信息交互，大大增加了信息互通的边界，更有利于通过大数据、云计算、AI智能等先进技术的应用来增加物理和人类世界的丰富度。

平台层可为设备提供安全可靠的连接通信能力，向下连接海量设备，支撑数据上报至云端，向上提供云端API，服务端通过调用云端API将指令下发至设备端，实现远程控制。物联网平台主要包含设备接入、设备管理、安全管理、消息通信、监控运维以及数据应用等。

应用层是物联网的最终目的，其主要是将设备端收集来的数据进行处理，从而给不同的行业提供智能服务。目前物联网涉及的行业众多，比如电力、物流、环保、农业、工业、城市管理、家居生活等，但本质上采用的物联网服务类型主要包括物流监控、污染监控、智能交通、智能家居、手机钱包、高速公路不停车收费、远程抄表、智能检索等。

国密算法是国家密码局制定标准的一系列算法。其中包括了对称加密算法，椭圆曲线非对称加密算法，杂凑算法。具体包括SM1、SM2、SM3、SMS4等，其中：

SM1：对称加密算法，加密强度为128位，采用硬件实现。

SM2：国家密码管理局公布的公钥算法，其加密强度为256位。其它几个重要的商用密码算法包括：

SM3：密码杂凑算法，杂凑值长度为32字节，和SM2算法同期公布，参见《国家密码管理局公告（第 22 号）》。

SMS4：对称加密算法，随WAPI标准一起公布，可使用软件实现，加密强度为128位。

案例

例如：在门禁应用中，采用SM1算法进行身份鉴别和数据加密通讯，实现卡片合法性的验证，保证身份识别的真实性。安全是关系国家、城市信息、行业用户、百姓利益的关键问题。国家密码管理局针对现有重要门禁系统建设和升级改造应用也提出指导意见，加强芯片、卡片、系统的标准化建设。

国密SSL产生背景

随着互联网技术的兴盛和网络应用的普及，网络安全问题日益突出，大量的数据在网络上传递并遭受攻击和威胁，数据的安全性受到越来越多人的重视，因此产生了多种安全协议和相关规范。SSL协议就是在这种背景下由Netscape提出的，其中SSLv30自1996提出并得到大规模应用成为了业界标准，在2015年才被弃用。1999年，IETF收纳了SSLv30并以此为基础提出TLS规范，版本已由TLS10发展到如今的TLS30，是被应用最广泛的安全协议之一。

安全协议的核心和基础就是密码算法，为了确保我国的信息安全，国内的相关安全产品以及协议如>

密码学(cryptography)： 通过将信息编码使其不可读，从而达到安全性。

算法 ：取一个输入文本，产生一个输出文本。

加密算法 ：发送方进行加密的算法。

解密算法 ：接收方进行解密的算法。

对称密钥加密 (Symmetric Key Cryptography)：加密与解密使用相同密钥。

非对称密钥加密 (Asymmetric Key Cryptography)：加密与解密使用不同密钥。

密钥对 ：在非对称加密技术中，有两种密钥，分为私钥和公钥，私钥是密钥对所有者持有，不可公布，公钥是密钥对持有者公布给他人的。

公钥 ：公钥用来给数据加密，用公钥加密的数据只能使用私钥解密。

私钥 ：如上，用来解密公钥加密的数据。

摘要 ：对需要传输的文本，做一个HASH计算。

签名 ：使用私钥对需要传输的文本的摘要进行加密，得到的密文即被称为该次传输过程的签名。

密码协议是指两个或两个以上的参与者为了达到某种特定目的而采取的一系列步骤。规定了一系列有序执行的步骤，必须依次执行。必须有两个或两个以上的参与者，有明确的目的。参与者都必须了解、同意并遵循这些步骤。

常见的密码协议包括IPSEC 协议、SSL 协议、密钥交换协议等。

密码是指描述密码处理过程的一组运算规则或规程，一般是指基于复杂数学问题设计的一组运算，其基本原理基于数学难题、可证明计算、计算复杂度等。主要包括:对称密码、公钥密码、杂凑算法、随机数生成。

在对称加密算法中，加密使用的密钥和解密使用的密钥是相同的，加密和解密都是使用同一个密钥，不区分公钥和私钥。

通信双方采用相同的密钥来加解密会话内容，即一段待加密内容，经过同一个密钥的两次对称加密后，与原来的结果一样，具有加解密速度快和安全强度高的优点。

国际算法:DES、AES。

国产算法:SM1、SM4、SM7。

非对称加解密算法又称为 公钥密码 ，其密钥是成对出现的。双方通信时，首先要将密钥对中的一个密钥传给对方，这个密钥可以在不安全的信道中传输；传输数据时，先使用自己持有的密钥做加密，对方用自己传输过去的密钥解密。

国际算法：RSA

国产算法：SM2

优点：

密钥分发数目与参与者数目相同，在有大量参与者的情况下易于密钥管理。

支持数字签名和不可否认性。

无需事先与对方建立关系，交换密钥。

缺点：

速度相对较慢。

可能比同等强度的对称密码算法慢10倍到100倍。

加密后，密文变长。

密码杂凑算法 :又称为散列算法或哈希函数，一种单向函数，要由散列函数输出的结果，回推输入的资料是什么，是非常困难的。

散列函数的输出结果，被称为讯息摘要（message digest）或是 摘要（digest） ，也被称为 数字指纹 。

杂凑函数用于验证消息的完整性， 在数字签名中，非对称算法对数据签名的速度较慢，一般会先将消息进行杂凑运算，生成较短的固定长度的摘要值。然后对摘要值进行签名，会大大提高计算效率 。

国际算法:MD5、SHA1、SHA2、SHA3

国产算法:SM3

2009年国家密码管理局发布的《信息安全等级保护商用密码技术实施要求》中明确规定，一、二、三、四级信息系统应使用商用密码技术来实施等级保护的基本要求和应用要求，一到四级的密码配用策略要求采用国家密码管理部门批准使用的算法。

2010年年底，国家密码管理局公开了SM2、SM3等国产密码算法。

2011年2月28日，国家密码管理局印发的2011145号文中明确指出，1024位RSA算法正在面临日益严重的安全威胁，并要求各相关企业在2012年6月30日前必须使用SM2密码算法

国家密码管理局在《关于做好公钥密码算法升级工作的函》中要求2011年7月1日以后建立并使用公钥密码的信息系统，应使用SM2算法；已经建设完成的系统，应尽快进行系统升级，使用SM2算法。

2014年底，国家密码管理局启动《重要信息系统密码应用推进总体研究课题》,确定十三五密码 科技 专项。

2017年11月底，国家密码管理局下发了《政务云密码支撑方案及应用方案设计要点》。

2017年国家密码管理局发布了42项金融和重要领域国产密码应用试点任务。

2018年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《金融和重要领域密码应用与创新发展工作规划（2018-2022年）。

2018年，为指导当时即将启动的商用密码应用安全性评估试点工作，国家密码管理局发布了密码行业标准GM/T0054-2018《信息系统密码应用 基本要求》。

2021年3月，国家市场监管总局、国家标准化管理委员会发布公告，正式发布国家标准GB/T39786-2021《信息安全技术信息系统密码应用基本要求》，该标准于2021年10月1日起实施。

SM1 算法是分组密码算法，分组长度为 128 位，密钥长度都为 128 比特，算法安全保密强度及相关软硬件实现性能与AES相当，算法不公开，仅以IP核的形式存在于芯片中。

算法集成于加密芯片、智能 IC 卡、智能密码钥匙、加密卡、加密机等安全产品，广泛应用于电子政务、电子商务及国民经济的各个应用领域(包括政务通、警务通等重要领域)。

SM2椭圆曲线公钥密码算法是我国自主设计的公钥密码算法，是一种基于ECC算法的 非对称密钥算法， 其加密强度为256位，其安全性与目前使用的RSA1024相比具有明显的优势。

包括SM2-1椭圆曲线数字签名算法，SM2-2椭圆曲线密钥交换协议，SM2-3椭圆曲线公钥加密算法，分别用于实现 数字签名密钥协商 和 数据加密 等功能。

SM3杂凑算法是我国自主设计的密码杂凑算法，属于哈希（摘要）算法的一种，杂凑值为256位，安全性要远高于MD5算法和SHA-1算法。

适用于商用密码应用中的 数字签名 和 验证消息认证码的生成与验证 以及 随机数 的生成，可满足多种密码应用的安全需求。

SM4 分组密码算法 是我国自主设计的分组对称密码算法，SM4算法与AES算法具有相同的密钥长度分组长度128比特，因此在安全性上高于3DES算法。

用于实现数据的加密/解密运算，以保证数据和信息的机密性。软件和硬件加密卡均可实现此算法。

商用密码技术框架包括 密码资源、密码支撑、密码服务、密码应用 等四个层次，以及提供管理服务的密码管理基础设施。

密码资源层： 主要是提供基础性的密码算法资源。

密码支撑层： 主要提供密码资源调用，由安全芯片、密码模块、智能IC卡、密码卡、服务器密码机、签名验签服务器、IPSCE/SSL 等商密产品组成。

密码服务层： 提供密码应用接口，分为对称和公钥密码服务以及其他三大类。

密码应用层： 调用密码服务层提供的密码应用程序接口，实现数据的加解密、数字签名验签等服务。如应用 于 安全邮件、电子印章系统、安全公文传输、移动办公平台、可信时间戳等系统。

密码管理基础设施： 独立组件，为以上四层提供运维管理、信任管理、设备管理、密钥管理等功能。

完整的PKI系统必须具有权威认证机构(CA)、数字证书库、密钥备份及恢复系统（KMC）、证书作废系统（CRL）、应用接口（API）等基本构成部分，构建PKI也将围绕着这五大系统来着手构建。

CA 系统：Ca系统整个PKI的核心，负责证书的签发。CA首先产生自身的私钥和公钥（密钥长度至少为1024位），然后生成数字证书，并且将数字证书传输给安全服务器。、CA还负责为 *** 作员、安全服务器以及注册机构服务器生成数字证书。安全服务器的数字证书和私钥也需要传输给安全服务器。

CA服务器是整个结构中最为重要的部分，存有CA的私钥以及发行证书的脚本文件，出于安全的考虑，应将CA服务器与其他服务器隔离，任何通信采用人工干预的方式，确保认证中心的安全。

（1）甲使用乙的公钥对明文进行加密，生成密文信息。

（2）甲使用HASH算法对明文进行HASH运算，生成数字指纹。

（3）甲使用自己的私钥对数字指纹进行加密，生成数字签名。

（4）甲将密文信息和数字签名一起发送给乙。

（5）乙使用甲的公钥对数字签名进行解密，得到数字指纹。

（6）乙接收到甲的加密信息后，使用自己的私钥对密文信息进行解密，得到最初的明文。

（7）乙使用HASH算法对还原出的明文用与甲所使用的相同HASH算法进行HASH运算，生成数字指纹。然后乙将生成的数字指纹与从甲得到的数字指纹进行比较，如果一致，乙接受明文；如果不一致，乙丢弃明文。

SSL 协议建立在可靠的传输协议（如 TCP）之上，为高层协议提供数据封装，压缩，加密等基本功能。

即可以协商加密算法实现加密传输，防止数据防窃听和修改，还可以实现对端设备身份验证、在这个过程中，使用国密算法进行加密、签名证书进行身份验证、加密证书用于密钥交换

SSL协商过程：

（1）客户端发出会话请求。

（2）服务端发送X509证书（包含服务端的公钥）。

（3）客户端用已知Ca列表认证证书。

（4）客户端生成随机对称密钥，并利用服务端的公钥进行加密。

（5）双方协商完毕对称密钥，随后用其加密会话期间的用户最终数据。

利用SSL卸载技术及负载均衡机制，在保障通讯数据安全传输的同时，减少后台应用服务器的性能消耗，并实现服务器集群的冗余高可用，大幅度提升整个业务应用系统的安全性和稳定性。此外，借助多重性能优化技术更可缩短了业务访问的响应等待时间，明显提升用户的业务体验。

基于 数字证书 实现终端身份认证，给予密码运算实现本地数据的加密存储，数字证书硬件存储和密码运算由移动终端内置的密码部件提供。

移动应用管理系统服务器采用签名证书对移动应用软件安装包进行签名，移动应用管理系统客户端对签名信息进行验签，保障移动应用软件安装包的真实性和完整性。

移动办公应用系统采用签名证书对关键访问请求进行签名验证。

采用加密证书对关键传输数据和业务 *** 作指令，以及移动终端本地存储的重要数据进行加密保护。

移动办公系统使用商用密码，基于数字证书认证系统，构建覆盖移动终端、网络、移动政务应用的安全保障体系，实现政务移动终端安全、接入安全、传输安全和移动应用安全 。

典型的密码技术包括如下：密码算法、密钥管理、密码协议。

密码技术主要是实现信息的保密性。对信息进行加密、分析、识别和确认以及对密钥进行管理的技术。密码技术及其研究和应用领域是不断发展的。

密码技术包括密码编码技术、密码分析技术、认证技术和密钥管理技术。密码编码技术包括序列密码编码技术、分组密码编码技术和公钥密码编码技术。

主要任务是解决信息的加密保护问题，手段是利用加密算法在密钥的指示下对明文加密产生密文。密码算法既要做到安全，又要满足实际需要。密码分析技术包括序列密码分析技术、分组密码分析技术和公钥密码分析技术。目的是获取非授权的机密信息。

密码分析技术主要有唯密文攻击技术、已知明文攻击技术、选择明文攻击技术、选择密文攻击技术、相关密钥攻击技术、穷尽攻击技术、分割攻击技术、相关攻击技术、差分攻击技术等。

认证技术主要包括身份认证技术和消息认证技术。目的是防止欺骗和伪造。身份认证技术是密码通信中进行身份识别和身份验证的技术，主要用来确认访问者是谁和声称的访问者是否真实。

消息认证技术是密码通信中用来验证接收到的消息是否真实的技术，主要用来确认消息是否来自可信发送方以及消息在传输或存储过程中是否遭到有意或无意的修改、重放、延迟等。杂凑函数、数字签名等是实现认证的重要工具。

密钥管理技术是密钥生成、分配、使用和销毁等技术的总称。包括随机数生成技术、密钥分配技术、密钥分散管理技术、密钥分层管理技术、秘密共享技术、密钥销毁技术、密钥协议设计与分析技术等，是随着密码应用范围的拓展而独立出来的一类技术。

信息技术的应用和发展，极大地拓展了密码技术的研究和应用领域，密码技术将不断获得新的发展。

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