深入淺出談加密
加密技術(shù)已經(jīng)滲透進(jìn)了整個(gè)信息時(shí)代，任何人都不可避免地要接觸到——即使你根本不知道“加密”是什么。銀行卡、登錄計(jì)算機(jī)的口令、電子郵件的賬號(hào)密碼……無(wú)一例外地跟加密技術(shù)緊緊聯(lián)系在一起。
任何一個(gè)安全專(zhuān)家提起如今信息技術(shù)的安全保護(hù)措施，都不可避免要涉及一個(gè)詞：加密（encrypt）。的確，縱觀當(dāng)今信息世界，加密離我們并不遙遠(yuǎn)，從小小的個(gè)人密碼，到重要機(jī)密文件，無(wú)一不是經(jīng)過(guò)加密后的產(chǎn)物。
許多人一提起“加密”，都會(huì)有一種畏懼心理，以為加密技術(shù)絕對(duì)是“新手勿近”的尖端科技。其實(shí)不然，加密實(shí)際上一直陪伴在你一生的成長(zhǎng)之中，回憶一下小時(shí)候很多人都玩過(guò)的智力游戲：007收到遇害同事的字條，上面寫(xiě)著4FEFKKILJK81IP，根據(jù)事先約定，已知C=3、Q＝H，問(wèn)該同事要傳遞什么信息給007？如果把這道題目放到信息技術(shù)領(lǐng)域來(lái)看待，就是一條經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單替換字符算法加密的字符串，它把原始字符改為使用相對(duì)應(yīng)的數(shù)字排序來(lái)替代，從而產(chǎn)生了一組“沒(méi)有意義”的字符組合，但是因?yàn)槲覀冎�道C＝3等若干條件，所以稍加排序即可得到這樣的句子：Do not trust Hary，這個(gè)過(guò)程也被稱為“解密”（decrypt）。
有些讀者也許會(huì)不屑一顧，就這么簡(jiǎn)單的游戲也算加密？別忘了，我們是在已經(jīng)知道“C=3”的前提下完成“解密”的，換句話說(shuō)，也就是已經(jīng)知道了“算法”，否則光憑以上一組不知所云的字符串，誰(shuí)能解開(kāi)其中的秘密？

加密和解密
“就不讓你直接看到信息”——將與之相似的思路加以擴(kuò)充，便成了“加密”的來(lái)由；而拓展“我偏要看到你不想讓我看的信息”的思想，則發(fā)展出了“解密”技術(shù)。加密和解密從誕生之日起，就是一對(duì)不可分割的難兄難弟。
加密作為保障數(shù)據(jù)安全的一種方式，很早就出現(xiàn)在人類(lèi)的信息傳遞中，從遠(yuǎn)古時(shí)代開(kāi)始，人們就已經(jīng)在采用一種如今稱為“編碼”（Code）的方法用于保護(hù)文字信息。最早影響全世界的加密技術(shù)誕生于戰(zhàn)爭(zhēng)年代，由德國(guó)人發(fā)明，用于傳遞情報(bào)信息；而最早影響全世界的解密技術(shù)，也誕生于戰(zhàn)爭(zhēng)年代，由英美人開(kāi)發(fā)出來(lái)用于破譯德國(guó)人的情報(bào)信息。正是戰(zhàn)爭(zhēng)讓加解密技術(shù)不斷改進(jìn)發(fā)展，直到現(xiàn)在，加密技術(shù)仍然在為信息時(shí)代的數(shù)據(jù)安全服務(wù)。
說(shuō)了這么多，也該為加密技術(shù)做一個(gè)較為準(zhǔn)確而科學(xué)的概念了，所謂“加密”，就是對(duì)原內(nèi)容為明文的文件或數(shù)據(jù)按某種算法進(jìn)行處理，使其成為不可讀的代碼，經(jīng)過(guò)這樣處理的數(shù)據(jù)通常稱為“密文”，密文只能在經(jīng)過(guò)相對(duì)應(yīng)的反向算法處理后才能恢復(fù)原來(lái)的內(nèi)容，通過(guò)這樣的途徑來(lái)達(dá)到保護(hù)數(shù)據(jù)不被非法竊取、閱讀的目的，而將該編碼信息轉(zhuǎn)化為其原來(lái)數(shù)據(jù)的過(guò)程，就是“解密”。
無(wú)論哪一個(gè)國(guó)家，都會(huì)有專(zhuān)家專(zhuān)注于加密技術(shù)的研究，因此也就出現(xiàn)了形形色色的加密算法，這些加密算法按照生物界“弱肉強(qiáng)食”的定律發(fā)展并完善著。其中，強(qiáng)度高（不容易被破解）的算法得以保留和繼續(xù)發(fā)展，強(qiáng)度低的算法最終被時(shí)間淘汰。除了一些公開(kāi)的加密算法之外，也存在著一部分未公開(kāi)的私人加密算法。通常我們提及加密技術(shù)時(shí)所說(shuō)的“MD5加密”、“SHA-1加密”、“RSA加密”等，其實(shí)就是在說(shuō)它們所采用的算法。

算法：關(guān)鍵的抉擇
“我想要葡萄，還想要橙子，可是我只能選擇其中一樣，我該選哪個(gè)？”如果要為自己的數(shù)據(jù)加密，我們就不得不面對(duì)這樣一個(gè)選擇，因?yàn)槭澜缟系乃惴ú恢挂粋�(gè)，究竟什么算法才是最適合的呢？于是，我們逐漸陷入一個(gè)選擇的泥潭中。其實(shí)，在選擇使用哪種算法作為你的加密基礎(chǔ)前，如果能對(duì)各種常見(jiàn)算法的原理有個(gè)大概的了解，相信你就不會(huì)感到那么迷茫了。

基于“消息摘要”的算法
“消息摘要”（Message Digest）是一種能產(chǎn)生特殊輸出格式的算法，這種加密算法的特點(diǎn)是：無(wú)論用戶輸入什么長(zhǎng)度的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后輸出的密文都是固定長(zhǎng)度的，這種算法的原理是根據(jù)一定的運(yùn)算規(guī)則對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行某種形式的提取，這種提取就是“摘要”，被“摘要”的數(shù)據(jù)內(nèi)容與原數(shù)據(jù)有密切聯(lián)系，只要原數(shù)據(jù)稍有改變，輸出的“摘要”便完全不同，因此，基于這種原理的算法便能對(duì)數(shù)據(jù)完整性提供較為健全的保障。但是，由于輸出的密文是提取原數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理的定長(zhǎng)值，所以它已經(jīng)不能還原為原數(shù)據(jù)，即消息摘要算法是“不可逆”的，理論上無(wú)法通過(guò)反向運(yùn)算取得原數(shù)據(jù)內(nèi)容，因此它通常只能被用來(lái)做數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證，而不能作為原數(shù)據(jù)內(nèi)容的加密方案使用，否則誰(shuí)也無(wú)法還原。盡管如此，“消息摘要”算法還是為密碼學(xué)提供了健全的防御體系，因?yàn)檫B專(zhuān)家也無(wú)法根據(jù)攔截到的密文還原出原來(lái)的內(nèi)容。
如今常用的“消息摘要”算法經(jīng)歷了多年驗(yàn)證發(fā)展而保留下來(lái)的算法已經(jīng)不多，這其中包括MD2、MD4、MD5、SHA、SHA-1/256/383/512等，其中最廣泛應(yīng)用的是基于MD4發(fā)展而來(lái)的MD5算法。
MD5算法
MD5算法的全稱是“消息摘要算法5”（Message-Digest Algorithm version.5），它是當(dāng)前公認(rèn)的強(qiáng)度最高的加密算法。出現(xiàn)在MD5之前的是MD2和MD4，雖然這三者的算法結(jié)構(gòu)多少有點(diǎn)相似，但是由于MD2誕生于8位計(jì)算的時(shí)代，因此它的設(shè)計(jì)與后來(lái)出現(xiàn)的MD4、MD5完全不同，因此不能進(jìn)行簡(jiǎn)單的替代。然而，無(wú)論是MD2、MD4還是MD5，它們都是在獲得一個(gè)隨機(jī)長(zhǎng)度信息的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個(gè)128位信息摘要的算法。
MD2算法是Rivest在1989年開(kāi)發(fā)的，它很慢（因?yàn)槭菫?位機(jī)器設(shè)計(jì)的），但相當(dāng)安全。在這個(gè)算法中，首先要對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)位，使信息的字節(jié)長(zhǎng)度是16的倍數(shù)。然后，以一個(gè)16位的檢驗(yàn)和追加到信息末尾，并且根據(jù)這個(gè)新產(chǎn)生的信息計(jì)算出散列值（Hash），最終運(yùn)算結(jié)果即為類(lèi)似于“d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e”的摘要，而且這個(gè)值是惟一的。
為了加強(qiáng)算法的安全性，Rivest在1990年又開(kāi)發(fā)出MD4算法。MD4算法同樣需要填補(bǔ)信息以確保信息的字節(jié)長(zhǎng)度加上448后能被512整除（信息字節(jié)長(zhǎng)度除以512的余數(shù)為448）。然后，一個(gè)以64位二進(jìn)制表示的信息的最初長(zhǎng)度被添加進(jìn)來(lái)。

然而，MD4存在一個(gè)嚴(yán)重漏洞，那就是“沖突”（Collisions）。“沖突”是所有基于“摘要”的算法都要面對(duì)的最大問(wèn)題，由于它們是根據(jù)“不完整”的數(shù)據(jù)內(nèi)容產(chǎn)生的密文，如果運(yùn)算過(guò)程存在瑕疵，就會(huì)在處理某些不同數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生相同的摘要，這帶來(lái)的后果可是致命的。因?yàn)椤罢�要”算法的原則是原數(shù)據(jù)不可還原，因此驗(yàn)證的過(guò)程并不同于簡(jiǎn)單加密運(yùn)算里的“數(shù)據(jù)還原匹配”，驗(yàn)證端同樣要根據(jù)原數(shù)據(jù)運(yùn)算得到的摘要作為憑據(jù)與客戶端發(fā)來(lái)的摘要進(jìn)行匹配檢驗(yàn)，如果兩段字符串完全相同，即視為驗(yàn)證通過(guò)。這是在“摘要算法”理論上“不可逆且惟一”的基礎(chǔ)上采用的安全檢驗(yàn)方法，驗(yàn)證方可以不需要索取原數(shù)據(jù)，而只要擁有一個(gè)有效的摘要即可完成對(duì)客戶端的身份確認(rèn)，大大減少了原數(shù)據(jù)被入侵者截獲的幾率。
但是這樣的驗(yàn)證方式就產(chǎn)生了一個(gè)“看似不可能”的缺陷：假如入侵者能偽造出一段數(shù)據(jù)，使之能在通過(guò)“摘要”計(jì)算后產(chǎn)生的摘要與真正的原數(shù)據(jù)產(chǎn)生的摘要一樣，那么入侵者便能冒充原數(shù)據(jù)持有者通過(guò)身份驗(yàn)證。這在理論上是不可能的，然而現(xiàn)實(shí)總是不會(huì)讓人那么愉快，由于算法不可避免地出現(xiàn)了漏洞，使得這個(gè)設(shè)想成為了事實(shí)，這就是“沖突”的來(lái)源：某兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的摘要出現(xiàn)了完全雷同的現(xiàn)象，使得用戶能在輸入了即使不是原數(shù)據(jù)的密碼后能順利通過(guò)驗(yàn)證，因?yàn)樯矸輽z驗(yàn)程序發(fā)現(xiàn)原本儲(chǔ)存的用戶信息的簽名數(shù)據(jù)與接收到的數(shù)據(jù)的運(yùn)算結(jié)果完全一致，于是認(rèn)為請(qǐng)求方為合法用戶，就給予通過(guò)了。這種運(yùn)算結(jié)果相同的現(xiàn)象，就是“沖突”。

“沖突”會(huì)造成非常危險(xiǎn)的后果，因此MD4被無(wú)情地拋棄了，取而代之的是在MD4基礎(chǔ)上加強(qiáng)了算法的MD5，它在MD4的基礎(chǔ)上增加了“安全帶”（Safety Belts）的概念，雖然MD5比MD4稍微慢一些，但卻大大減小了沖突的發(fā)生率，雖然很早以前就有專(zhuān)家發(fā)現(xiàn)MD5算法在專(zhuān)門(mén)用于尋找“沖突”的機(jī)器上平均每24天就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“沖突”，但是對(duì)于一般應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這種幾率非常低微，因此MD5至今仍然是最強(qiáng)健的加密算法之一。
有讀者也許會(huì)問(wèn)，既然MD5是不可逆的，那么網(wǎng)絡(luò)上存在的那些“MD5密碼破解工具”又是什么回事？其實(shí)，那并不是破解，至今MD5還沒(méi)能被完全破解過(guò)，雖然曾經(jīng)有過(guò)一篇報(bào)道稱中國(guó)的一個(gè)教授破解了MD5加密算法，但是后來(lái)這個(gè)結(jié)論又被推翻了。網(wǎng)絡(luò)上流傳的那些工具純粹是依賴于“運(yùn)氣＋機(jī)器性能＋耐心”的產(chǎn)品而已，它們的原理是“窮舉”，即程序在一定的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)產(chǎn)生一系列數(shù)據(jù)組合進(jìn)行MD5運(yùn)算，再把運(yùn)算結(jié)果與獲取的摘要進(jìn)行比較，如果兩者相同，就被定義為“破解”了。這只是一種窮舉法而已，實(shí)際意義不大，要知道在不產(chǎn)生沖突的前提下生成一個(gè)與原數(shù)據(jù)完全相同的字符串要有多少運(yùn)氣的成分，更何況它還完全依賴于你的機(jī)器性能，如果對(duì)方密碼簡(jiǎn)單如123456這樣的形式，我們還可能僥幸在1分鐘～1天內(nèi)運(yùn)算出來(lái)，但是如果對(duì)方密碼是0e1WeTru9t@MD5這樣的組合呢？MD5的高強(qiáng)度使得它如此難以破解，因此成為大眾首選，許多入侵者在辛苦取得目標(biāo)網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)后，一看password字段都是0ca175b9c0f726a831d895e269332461的形式，第一反應(yīng)都會(huì)是“暈倒！又白干了！”
對(duì)稱/非對(duì)稱密鑰加密算法
由于“摘要”算法加密的數(shù)據(jù)僅僅能作為一種身份驗(yàn)證的憑據(jù)使用，如果我們要對(duì)整個(gè)文檔數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，就不能采用這種“不可逆”的算法了�！懊荑�”算法（Key Encoding）的概念因此而被提出，與開(kāi)頭提到的智力題類(lèi)似，此類(lèi)算法通過(guò)一個(gè)被稱為“密鑰”的憑據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)加密處理，接收方通過(guò)加密時(shí)使用的“密鑰”字符串進(jìn)行解密，即雙方持有的“密碼”相同（對(duì)稱）。如果接收方不能提供正確的“密鑰”，解密出來(lái)的就不是原來(lái)的數(shù)據(jù)了。
以上是“對(duì)稱密鑰”的概念，那么“非對(duì)稱密鑰”又該怎么理解呢？有人用郵箱作為比喻，任何人都可以從郵箱的信封入口塞進(jìn)信件，但是取信的權(quán)力卻僅僅在于持有郵箱鑰匙的人的手上。這個(gè)眾人皆知的信封入口就是“公鑰”（Public Key），而你持有的郵箱鑰匙就是“私鑰”（Private Key）。這種算法規(guī)定，對(duì)方給你發(fā)送數(shù)據(jù)前，可以用“公鑰”加密后再發(fā)給你，但是這個(gè)“公鑰”也無(wú)法解開(kāi)它自己加密的數(shù)據(jù)，即加密過(guò)程是單向的，這樣即使數(shù)據(jù)被途中攔截，入侵者也無(wú)法對(duì)其進(jìn)行破解，能還原數(shù)據(jù)內(nèi)容的只有“私鑰”的持有者，這就是“非對(duì)稱密鑰”加密算法，也稱為“公共密鑰算法”。
你也許會(huì)想，這兩種形式加密出來(lái)的數(shù)據(jù)如果稍加耐心進(jìn)行分析，一定能找到變化規(guī)律從而直接破解。這個(gè)想法沒(méi)錯(cuò)，但是專(zhuān)家早就思考過(guò)這個(gè)可能性了，因此這種算法雖然是采用某個(gè)字符串作為憑據(jù)進(jìn)行加密操作的，可是它可能把憑據(jù)拆分為多個(gè)不同的“子段”并進(jìn)行多次運(yùn)算，最終的結(jié)果就是讓你難以發(fā)現(xiàn)變化的規(guī)律，破解也就難上加難。
基于“對(duì)稱密鑰”的加密算法主要有DES、TripleDES、RC2、RC4、RC5和Blowfish等；基于“非對(duì)稱密鑰”的加密算法主要有RSA、Diffie-Hellman等。
對(duì)稱密鑰：DES、TripleDES算法
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局在1973年開(kāi)始研究除國(guó)防部以外其他部門(mén)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，最終選用了IBM公司設(shè)計(jì)的方案作為非機(jī)密數(shù)據(jù)的正式數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（DES即Data Encryption Standard）。DES算法從誕生開(kāi)始，就被各個(gè)領(lǐng)域廣泛采用，包括ATM柜員機(jī)、POS系統(tǒng)、收費(fèi)站等，DES以它高強(qiáng)度的保密性能為大眾服務(wù)，那么，它是如何工作的呢？
DES算法把64位的明文輸入塊變?yōu)?4位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位。首先，DES把輸入的64位數(shù)據(jù)塊按位重新組合，并把輸出分為L(zhǎng)0、R0兩部分，每部分各長(zhǎng)32位，并進(jìn)行前后置換，最終由L0輸出左32位，R0輸出右32位，根據(jù)這個(gè)法則經(jīng)過(guò)16次迭代運(yùn)算后，得到L16、R16，將此作為輸入，進(jìn)行與初始置換相反的逆置換，即得到密文輸出。
DES算法具有極高的安全性，到目前為止，除了用窮舉搜索法對(duì)DES算法進(jìn)行攻擊外，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)更有效的辦法，而56位長(zhǎng)密鑰的窮舉空間為256，這意味著如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)的速度是每秒種檢測(cè)100萬(wàn)個(gè)密鑰，那么它搜索完全部密鑰就需要將近2285年的時(shí)間，因此DES算法是一種很可靠的加密方法。
對(duì)稱密鑰：RC算法
RC系列算法是大名鼎鼎的RSA三人組設(shè)計(jì)的密鑰長(zhǎng)度可變的流加密算法，其中最流行的是RC4算法，RC系列算法可以使用2048位的密鑰，該算法的速度可以達(dá)到DES加密的10倍左右。
RC4算法的原理是“攪亂”， 它包括初始化算法和偽隨機(jī)子密碼生成算法兩大部分，在初始化的過(guò)程中，密鑰的主要功能是將一個(gè)256字節(jié)的初始數(shù)簇進(jìn)行隨機(jī)攪亂，不同的數(shù)簇在經(jīng)過(guò)偽隨機(jī)子密碼生成算法的處理后可以得到不同的子密鑰序列，將得到的子密鑰序列和明文進(jìn)行異或運(yùn)算（XOR）后，得到密文。
由于RC4算法加密采用的是異或方式，所以，一旦子密鑰序列出現(xiàn)了重復(fù)，密文就有可能被破解，但是目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)密鑰長(zhǎng)度達(dá)到128位的RC4有重復(fù)的可能性，所以，RC4也是目前最安全的加密算法之一。
非對(duì)稱密鑰：RSA算法
RSA算法是目前最流行的公鑰密碼算法，它使用長(zhǎng)度可以變化的密鑰。RSA是第一個(gè)既能用于數(shù)據(jù)加密也能用于數(shù)字簽名的算法。
RSA算法的原理如下：
1.隨機(jī)選擇兩個(gè)大質(zhì)數(shù)p和q，p不等于q，計(jì)算N=pq；
2.選擇一個(gè)大于1小于N的自然數(shù)e，e必須與(p-1)×(q-1)互素。
3.用公式計(jì)算出d：d×e = 1 (mod (p-1)×(q-1)) 。
4.銷(xiāo)毀p和q。
最終得到的N和e就是“公鑰”，d就是“私鑰”，發(fā)送方使用N去加密數(shù)據(jù)，接收方只有使用d才能解開(kāi)數(shù)據(jù)內(nèi)容。
RSA的安全性依賴于大數(shù)分解，小于1024位的N已經(jīng)被證明是不安全的，而且由于RSA算法進(jìn)行的都是大數(shù)計(jì)算，使得RSA最快的情況也比DES慢上好幾倍，這也是RSA最大的缺陷，因此它通常只能用于加密少量數(shù)據(jù)或者加密密鑰。需要注意的是，RSA算法的安全性只是一種計(jì)算安全性，絕不是無(wú)條件的安全性，這是由它的理論基礎(chǔ)決定的。因此，在實(shí)現(xiàn)RSA算法的過(guò)程中，每一步都應(yīng)盡量從安全性方面考慮。

小密碼，大學(xué)問(wèn)
隨著信息化走進(jìn)千家萬(wàn)戶，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注自己的數(shù)據(jù)安全，而數(shù)據(jù)安全除了在攻防體系上必須有所保障以外，關(guān)鍵的一點(diǎn)就是要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度夠高的加密，進(jìn)一步減小數(shù)據(jù)被盜竊后的損失。這一觀點(diǎn)早已在網(wǎng)絡(luò)論壇的發(fā)展中得到了證實(shí)，早期的論壇數(shù)據(jù)庫(kù)都是未經(jīng)過(guò)加密處理就直接保存的，在這個(gè)前提下，只要入侵者拿到了數(shù)據(jù)庫(kù)，就等于拿到了整個(gè)論壇，因?yàn)槊艽a字段是明文形式的。有些重要的網(wǎng)站甚至使用一些后臺(tái)沒(méi)有提供數(shù)據(jù)加密方案的程序做站點(diǎn)，這是非常不明智的。
確定了加密方案后，有些人就自己寫(xiě)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，殊不知這也算產(chǎn)生了安全隱患，通常個(gè)人無(wú)法寫(xiě)出高強(qiáng)度的加密算法，入侵者如果稍加分析便能破譯內(nèi)容，你的辛苦也就付之東流。相反，如果采用在國(guó)際得到安全認(rèn)證的流行加密方案，數(shù)據(jù)安全反而提高了，何樂(lè)而不為？