在下列加密算法中，（54）属于非对称加密。

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第54题

知识点：数据加密算法加密

关键词：非对称加密加密算法加密算法章/节：安全性基本概念

A. DES

B. AES

C. RSA

D. RC4

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第9题 2018年下半年

36%

MD5是(8)算法，对任意长度的输入计算得到的结果长度为（9)位。

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52%

MD5是(8)算法，对任意长度的输入计算得到的结果长度为（9)位。

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61%

下列算法中，不属于公开密钥加密算法的是（6)。


知识点讲解
· 数据加密算法 · 加密

数据加密算法

常用的加密算法有DES、IDEA、AES、流加密算法和RC4、RSA算法等。

DES（Data Encryption Standard）

1977年1月，美国NSA（National Security Agency）根据IBM的专利技术Lucifer制定了DES。明文被分成64位的块，对每个块进行19次变换（替代和换位），其中16次变换由56位密钥的不同排列形式控制（IBM使用的是128位的密钥），最后产生64位的密文块，如下图所示。

DES加密算法

由于NSA减少了密钥，而且对DES的制订过程保密，甚至为此取消了IEEE计划的一次密码学会议。人们怀疑NSA的目的是保护自己的解密技术，因而对DES从一开始就充满了怀疑和争论。

1977年，Diffie和Hellman设计了DES解密机。只要知道一小段明文和对应的密文，该机器就可以在一天之内穷试2⁵⁶种不同的密钥（这叫做野蛮攻击）。

三重DES（Triple-DES）是DES的改进算法，它使用两个密钥对报文做三次DES加密，效果相当于将DES密钥的长度加倍，克服了DES密钥长度较短的缺点。本来，应该使用3个不同的密钥进行3次加密，这样就可以把密钥的长度加长到3×56=168位。但许多密码设计者认为168位的密钥已经超过了实际需要，所以便在第一层和第三层中使用相同的密钥，产生一个有效长度为112位的密钥。之所以没有直接采用两重DES，是因为第二层DES不是十分安全，它对一种称为“中间可遇”的密码分析攻击极为脆弱，所以最终还是采用了利用两个密钥进行三重DES加密操作。

假设两个密钥分别是K1和K2，其算法的步骤如下：

（1）用密钥K1进行DES加密。

（2）用K2对步骤（1）的结果进行DES解密。

（3）对步骤（2）的结果使用密钥K1进行DES加密。

这种方法的缺点是要花费原来三倍的时间，但从另一方面来看，三重DES的112位密钥长度是很“强壮”的加密方式。

IDEA（International Data Encryption Algorithm，国际数据加密算法）

1990年，瑞士联邦技术学院的来学嘉和Massey建议了一种新的加密算法。这种算法使用128位的密钥，把明文分成64位的块，进行8轮迭代加密。IDEA可以用硬件或软件实现，并且比DES快。在苏黎世技术学院用25MHz的VLSI芯片，加密速率是177MB/s。

IDEA经历了大量的详细审查，对密码分析具有很强的抵抗能力，在多种商业产品中得到应用，已经成为全球通用的加密标准。

AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）

1997年1月，美国国家标准与技术局（NIST）为高级加密标准征集新算法。最初从许多响应者中挑选了15个候选算法，经过世界密码共同体的分析，选出了其中的5个。经过用ANSI C和Java语言对5个算法的加／解密速度、密钥和算法的安装时间，以及对各种攻击的拦截程度等进行了广泛的测试后，2000年10月，NIST宣布Rijndael算法为AES的最佳候选算法，并于2002年5月26日发布为正式的AES加密标准。

AES支持128、192和256位3种密钥长度，能够在世界范围内免版税使用，提供的安全级别足以保护未来20～30年内的数据，可以通过软件或硬件实现。

流加密算法和RC4

所谓流加密，就是将数据流与密钥生成二进制比特流进行异或运算的加密过程。这种算法采用以下两个步骤：

（1）利用密钥K生成一个密钥流KS（伪随机序列）。

（2）用密钥流KS与明文P进行“异或”运算，产生密文C。

解密过程则是用密钥流与密文C进行“异或”运算，产生明文P。

为了安全，对不同的明文必须使用不同的密钥流，否则容易被破解。

Ronald L. Rivest是MIT的教授，用他的名字命名的流加密算法有RC2～RC6系列算法，其中RC4是最常用的。

RC代表Rivest Cipher或Ron's Cipher，RC4是Rivest在1987年设计的，其密钥长度可选择64位或128位。

RC4是RSA公司私有的商业机密，1994年9月被人匿名发布在因特网上，从此得以公开。这个算法非常简单，就是256内的加法、置换和异或运算。由于简单，所以速度极快，加密的速度可达到DES的10倍。

RSA（Rivest Shamir and Adleman）算法

这是一种公钥加密算法，方法是按照下面的要求选择公钥和密钥：

（1）选择两个大素数p和q（大于10¹⁰⁰）。

（2）令n=p*q、z=（p-1）*（q-1）。

（3）选择d与z互质。

（4）选择e，使e*d=1（modz）。

明文P被分成k位的块，k是满足2^k<n的最大整数，于是有0≤P

C=P^e（modn）

这样公钥为（e，n）。解密时计算

P=C^d（modn）

即私钥为（d，n）。

用例子说明这个算法，设p=3，q=11，n=33，z=20，d=7，e=3，C=P³（mod 33），P=C⁷（mod 33）。则有

C=2³（mod 33）=8（mod 33）=8

P=8⁷（mod 33）=2097152（mod 33）=2

RSA算法的安全性基于大素数分解的困难性。如果攻击者可以分解已知的n，得到p和q，然后可得到z，最后用Euclid算法，由e和z得到d。然而要分解200位的数，需要40亿年；分解500位的数，则需要10²⁵年。

加密

保密与加密

保密就是保证敏感信息不被非授权的人知道。加密是指通过将信息进行编码而使得侵入者不能够阅读或理解的方法，目的是保护数据和信息。解密是将加密的过程反过来，即将编码信息转化为原来的形式。古时候的人就已经发明了密码技术，而现今的密码技术已经从外交和军事领域走向了公开，并结合了数学、计算机科学、电子与通信等诸多学科而成为了一门交叉学科。现今的密码技术不仅具有保证信息机密性的信息加密功能，而且还具有数字签名、身份验证、秘密分存、系统安全等功能，来鉴别信息的来源以防止信息被篡改、伪造和假冒，保证信息的完整性和确定性。

加密与解密机制

加密的基本过程包括对原来的可读信息（称为明文或平文）进行翻译，译成的代码称为密码或密文，加密算法中使用的参数称为加密密钥。密文经解密算法作用后形成明文，解密算法也有一个密钥，这两个密钥可以相同也可以不相同。信息编码的和解码方法可以很简单也可以很复杂，需要一些加密算法和解密算法来完成。

从破译者的角度来看，密码分析所面对的问题有三种主要的变型：①“只有密文”问题（仅有密文而无明文）；②“已知明文”问题（已有了一批相匹配的明文与密文）；③“选择明文”（能够加密自己所选的明文）。如果密码系统仅能经得起第一种类型的攻击，那么它还不能算是真正的安全，因为破译者完全可能从统计学的角度与一般的通信规律中猜测出一部分的明文，而得到一些相匹配的明文与密文，进而全部解密。因此，真正安全的密码机制应使破译者即使拥有了一些匹配的明文与密文也无法破译其他的密文。

如果加密算法是可能公开的，那么真正的秘密就在于密钥了，密钥长度越长，密钥空间就越大，破译密钥所花的时间就越长，破译的可能性就越小。所以应该采用尽量长的密钥，并对密钥进行保密和实施密钥管理。

国家明确规定严格禁止直接使用国外的密码算法和安全产品，原因主要有两点：①国外禁止出口密码算法和产品，目前所出口的密码算法都有破译手段，②国外的算法和产品中可能存在“后门”，要防止其在关键时刻危害我国安全。

密码算法

密码技术用来进行鉴别和保密，选择一个强壮的加密算法是至关重要的。密码算法一般分为传统密码算法（又称为对称密码算法）和公开密钥密码算法（又称为非对称密码算法）两类，对称密钥密码技术要求加密解密双方拥有相同的密钥。而非对称密钥密码技术是加密解密双方拥有不相同的密钥。

对称密钥密码体制从加密模式上可分为序列密码和分组密码两大类（这两种体制之间还有许多中间类型）。

序列密码是军事和外交场合中主要使用的一种密码技术。其主要原理是：通过有限状态机产生性能优良的伪随机序列，使用该序列将信息流逐比特加密从而得到密文序列。可以看出，序列密码算法的安全强度由它产生的伪随机序列的好坏而决定。分组密码的工作方式是将明文分成固定长度的组（如64比特一组），对每一组明文用同一个密钥和同一种算法来加密，输出的密文也是固定长度的。在序列密码体制中，密文不仅与最初给定的密码算法和密钥有关，同时也是被处理的数据段在明文中所处的位置的函数；而在分组密码体制中，经过加密所得到的密文仅与给定的密码算法和密钥有关，而与被处理的明数据段在整个明文中所处的位置无关。

不同于传统的对称密钥密码体制，非对称密码算法要求密钥成对出现，一个为加密密钥（可以公开），另一个为解密密钥（用户要保护好），并且不可能从其中一个推导出另一个。公共密钥与专用密钥是有紧密关系的，用公共密钥加密的信息只能用专用密钥解密，反之亦然。另外，公钥加密也用来对专用密钥进行加密。

公钥算法不需要联机密钥服务器，只在通信双方之间传送专用密钥，而用专用密钥来对实际传输的数据加密解密。密钥分配协议简单，所以极大简化了密钥管理，但公共密钥方案较保密密钥方案处理速度慢，因此，通常把公共密钥与专用密钥技术结合起来实现最佳性能。

密钥及密钥管理

密钥是密码算法中的可变参数。有时候密码算法是公开的，而密钥是保密的，而密码分析者通常通过获得密钥来破译密码体制。也就是说，密码体制的安全性建立在对密钥的依赖上。所以，保守密钥秘密是非常重要的。

密钥管理一般包括以下8个内容。

（1）产生密钥：密钥由随机数生成器产生，并且应该有专门的密钥管理部门或授权人员负责密钥的产生和检验。

（2）分发密钥：密钥的分发可以采取人工、自动或者人工与自动相结合的方式。加密设备应当使用经过认证的密钥分发技术。

（3）输入和输出密钥：密钥的输入和输出应当经由合法的密钥管理设备进行。人工分发的密钥可以用明文形式输入和输出，并将密钥分段处理；电子形式分发的密钥应以加密的形式输入和输出。输入密钥时不应显示明文密钥。

（4）更换密钥：密钥的更换可以由人工或自动方式按照密钥输入和密钥输出的要求来实现。

（5）存储密钥：密钥在加密设备内采用明文形式存储，但是不能被任何外部设备访问。

（6）保存和备份密钥：密钥应当尽量分段保存，可以分成两部分并且保存在不同的地方，例如一部分存储在保密设备中，另一部分存储在IC卡上。密钥的备份也应当注意安全并且要加密保存。

（7）密钥的寿命：密钥不可以无限期使用，密钥使用得越久风险也就越大。密钥应当定期更换。

（8）销毁密钥：加密设备应能对设备内的所有明文密钥和其他没受到保护的重要保护参数清零。

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