密码学在网络信息安全技术中的应用探讨

王鑫

（中国计量大学 浙江杭州 310018）

摘要：随着网络的日益普及，信息安全问题愈发重要。黑客入侵、信息泄露、计算机病毒传播等，不仅影响了网络的使用，还威胁到用户的人身、财产安全。信息安全方面的技术保障也越来越多，其中，最核心的技术就是密码技术。一方面可以保证重要信息的安全，另一方面也有助于数字签名、系统安全、身份验证等各项功能的实现，保证了信息的机密性和完整性，保护相关信息不被篡改、假冒和伪造。

关键词：密码学；信息安全；网络信息；数字签名

关于信息安全，国际标准化组织的定义是：为了保护数据处理系统的安全而采取的管理和技术；让软件数据、计算机硬件不会遭到恶意的更改和破坏，也不会出现信息的偶然泄露。其基本属性包括完整性、可审查性、可用性、保密性和可控性。网络信息安全涉及到安全监控、密码理论、信息分析、应急处理等方方面面，需要综合运用计算机、电子、通信、数学等多学科技术成果。毫无疑问，网络信息安全技术是多学科技术的结晶。生活中，网络信息安全正面临多方面的的威胁，具有突发、无边界、隐蔽和蔓延等特点。正因为如此，它打破了地理、空间上的边界概念，让相关攻击具有极大的隐蔽性。

一、网络安全方面的威胁

一般认为，当前网络安全方面的威胁主要体现在如下方面：

1.非授权访问。没有经过事先同意，就使用网络资源，即被视作非授权访问，包括：故意绕开系统，访问控制系统，非正常使用网络资源，或者擅自扩权，乃至越权访问网络信息。主要表现为以下现象：假冒、非法用户进入系统进行操作、或者合法用户在未获得正式授权的情况下擅自操作等。

2.信息丢失或者泄漏。指无意或者故意泄漏敏感数据，比如"黑客"利用搭线窃听、电磁泄漏等方式，导致相关信息失窃。

3.破坏数据的完整性。非法窃得数据的使用权后，故意插入、删除、修改或者重发一些重要信息，目的是引发攻击者的大力响应；修改数据、恶意添加一些内容，目的则是干扰用户，使之无法正常使用。

4.干扰服务系统。它不断干扰网络服务系统，以使其改变正常流程，执行一些无关程序，甚至减慢系统响应，直至其最终瘫痪。这样，那些合法用户就无法进入网络系统、享受相应的服务。

二、密码技术

密码到底是什么呢？其实，就像身份证一样，密码只是应用程序或者登录系统的人，它们的合法性证明。打个比方，加密就是加了一道鎖，锁住那些不想外泄的信息或者资料。实际上，密码技术就是通过将重要数据转变为扰码（加密）来传送，之后再进行还原（解密）。对那些未获授权或未通过身份验证的人，则拒绝他们访问。密码技术是保证网络安全的关键技术工具之一。通过加密变换，来保护信息与数据。

1.单向散列函数

在密码算法和协议中，单向散列函数十分重要的原因在于它的有效性。单向函数就是逆运算困难而正运算相对简单的函数。目前大部分无碰撞单向散列函数均是迭代函数，例如MD2、MD4、MD5 以及 SHA-1。其中 MD2、MD4、MD5 的散列值都是128bit，SHA-1 的散列值是160bit，RIPEMD是另一个迭代单向散列函数，是MD4的变种。

2.私钥密码技术

私钥密码技术比较传统，通信双方共享同一个密钥，用于加密和解密。私钥密码加密和解密均使用一个钥，一把钥匙只开一把锁，可以简化处理过程。如果私有密钥未泄露，那么就可以保证机密性和完整性。私钥密码体制应用广泛的有：DES、两个密钥和三个密钥的 triple-DES、IDEA、Blowfish、SAFER （K-64 或 K-128） 、CAST、RC2、RC4、RC5，RC6 和 AES。

3.公钥密码技术

公钥密码技术，又被称为非对称密码技术，每位用户都有一对数学上有相关性的密钥：公开密钥与私密密钥，虽然它们成对生成，可知道其中一个却不能计算出另外一个。公钥密码技术既可以保证信息机密性，又可以保证信息可靠性。公钥密码技术能让通信双方不需要事先进行密钥交换就能安全通信，它广泛用于数字签名、身份认证等领域。公钥密码技术大多建立在一些数学难题上面，最有代表性的公钥密码体制是 RSA。

三、密码学在信息安全中的应用

密码技术当之无愧地成为信息安全技术之核心，主要包括编码技术、分析技术。密码编码技术就是寻找具有较高安全性的有效密码算法及相关协议，以满足加密或认证方面条件；密码分析技术则反过来，利用伪造认证信息或者将密码进行破译来窃取机密或者实施各种破坏活动。他们既相互依存又相互对立，共同推动了密码学的进步与快速发展。当前，密码方面的技术主要有两类，一类是建立在数学基础上的技术，它们包括VPN技术、PKI技术、密钥管理、身份识别、公钥密码、分组密码、数字签名等；另一类则不是建立在数学基础上的技术，它们包括建立在生物特征基础上的识别技术、信息隐藏和量子密码等。

只有合理使用多种技术，才能构建网络信息安全体系，最终保障信息安全。

3.1加密保护

变换密码将明文转成合法者可以解读的密文，是密码的基本功能。主要分为传输信息加密和存储信息加密两种方式。对传输的各种信息加密，称为传输信息加密。又可以分为不同的加密层次，可以根据不同的保密需要分别采用。而对存储的文件和数据加密，称为存储加密，又分为文件库加密和数据库加密。存储加密难度大，存在着加密和查询间的矛盾，关键技术有待突破。

3.2信息完整性

为防止信息被篡改，可以采取密码技术运算相关信息，并生成一组数据，也就是信息验证码。接受方收到信息后，需要进行同样的运算，以检验新生成的信息验证码与接收到的信息验证码是否一致，从而对信息的正确性进行。运用这种方法可以及时发现信息是否遭到篡改和伪造。

3.3 数字签名、身份验证技术的运用

数字签名是对电子消息进行签名的方法。无论是公钥密码体制，还是私钥密码体制，都能获取数字签名，当然，公钥密码体制更有利于数字签名技术的应用和研究。数字签名技术相关研究，包括以下几种方法：椭圆曲线数字签名、RSA 数字签名、有限自动机数字签名和E1Gama1数字签名等算法。它还牵涉到有关法律问题，各国纷纷制定法律予以规范，2004年，我国也颁布了电子签名法。

3.4PKI与VPN的运用

PKI技术提供了信息安全方面的基础设施。其本质是解决网络公钥的分发问题，在网络上建立起相互信任的基础。PKI是公钥证书在创建、分发、存储和撤消的过程中，有关软硬件及策略的集合。

结束语

随着计算机网络的飞速普及，密码学在信息安全上的作用至关重要。需要指出的是，密码方面的技术只是解决信息安全问题的一个方法，仅凭密码方面的技术是不可能解决安全方面的所有问题，要想获得更多的安全保障，还需要结合其他技术。但技术也不是万能的，安全问题是一个系统工程，它还涉及人、操作和管理等方方面面。类似于"木桶原理"，最薄弱的一个环节往往决定着安全系统的成败。但无论如何，密码技术都是至关重要的一个环节。随着众多密码新技术的不断探索，信息安全将越来越有保障。

参考文献：

[1]杨明，谢希仁，等.密码编码学与网络安全：原理与实践（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2001.

[2]冯登国.密码分析学[M].北京：清华大学出版社，2000.

[3]王育民， 刘建伟. 通信网的安全 - 理论与技术[M].西安： 西安电子科技大学出版社， 1999.

[4] 石淑华，池瑞楠 . 计算机网络安全技术 [ M ] . 北京：人民邮电出版，2008， 12.