密码学的基本理论、加密方法及其网络安全应用

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密码学的基本理论、加密方法及其网络安全应

用

摘要：随着计算机技术的发展和信息社会的到来，通过网络交换信息已经成为人们主要交换信

息的方式，所以信息安全就变得尤为重要。在古代，密码学常常用于军事、政治等机密性部门

之中。然而，由于现代计算机技术的不断发展，我们许多使用的计算机软件的安全需要依赖于

密码技术。因此，密码学逐步的发展成为一个综合性的学科，它涉及的学科非常之多，与信息

论、数学、计算机科学等都有着紧密的联系。密码学在保障网络信息的完整性、真实性和机密

性发挥了及其大的作用，这些方面都大大提升了网络的安全性。本文主要阐述了密码学的基本

理论和它的技术应用，希望能为研究人员提供一定的帮助。

　关键词：密码学; 网络安全; 计算机; 加密; 解密;

On Cryptography and Its Role in Computer Network Security

JIANG Ze-yu

School of Computer Science and Technology,Harbin University of Science and Technology

　 Abstract：With the development of computer technology and the advent of the information

society, the exchange of information through the network has become the main way for people to

exchange information, so information security has become particularly important. In ancient times,

cryptography was often used in military, political and other confidential departments. However, due to

the continuous development of modern computer technology, the security of many computer software

depends on cryptography. Therefore, cryptography has gradually developed into a comprehensive

discipline, which involves many disciplines, and is closely related to information theory,mathematics

and computer science. Cryptography has played an important role in ensuring the integrity,

authenticity and confidentiality of network information, and has greatly improved the security of the

network. This article mainly expounds the basic theory of cryptography and its technical application,

hoping to provide some help for researchers.

　　 0　引言

密码学是一门研究如何编制和破译密码的学科。在现代，密码学技术已经应用到了各个领域之

中，除了保护信息的机密性之外，还包括数字签名、安全协议、权限管理和身份鉴别等方面的

技术。它是实现网络信息安全的关键技术之一，因此，它经常作为计算机的一个分支学科。随

着计算机技术的不断发展和信息时代的到来，各种计算机软件应用逐渐的出现在了人们的日常

生活之中，例如电子商务、电子金融、电子政务等，这些都是必须要保证信息安全的网络系

统，密码学也在网络安全应用中得到不断地发展。因此，密码学也成为了网络安全中的一门基

础学科。

　　 1　关于密码学的发展简介

密码学的发展源远流长，甚至有几千年的历史。发展阶段主要分为三个时期：古典密码时期、

近代密码时期和现代密码时期。古典密码时期就长达数千年，虽然这一时期的密码形式多样，

但是多为简单的手工书写，其中的加密方法包括文字的替换、隐写术等等。近代密码时期，大

多用无线电技术来实现，在近代密码时期，出现了无线电密码技术。在那时，专门用来加密密

码的轮转机虽然大大提高了加密速度，但是产生的密钥数量却是有限的，很容易就被破解掉。

因此，密码技术在近代还不能称之为一门真正意义上的学科。因此，也有学者认为近代密码时

期和古典密码时期应该合为同一个时期。在近代时期，几乎没有过关于密码学相关的文献，直

到香农发表的一篇论文。他将信息论这一概念引入密码学之中，引入了不确定性、唯一解距离

等计算方法，为现代密码学的发展打下了坚实的基础。此后，美国国家标准局发布了DES（数

据加密标准），并应用于多个部门。随后，着名的密码学家迪菲和赫尔曼首次提出了 RAS 体

制（公钥密码体制），打开了密码学这门学科的新领域。由于计算机技术的飞速发展，过去人

们认为足够安全的 DES 算法，已经不够安全了。于是，比利时的几位密码学家提出了新的

AES 算法，取代了从前的DES 算法。此后，密码学的研究逐渐走向了高潮，在信息时代的今

天，人们更是离不开密码学技术。

　　 2　密码学的基本理论

2.1 密码学的基本要素

密码学的五大要素为：消息空间（M）、密文空间（C）、密钥空间（K）、加密算法（E）和

解密算法（D），以上五个元素成为密码学的一个密码系统。消息空间，又称为铭文空间，就

是还没有进行加密处理的消息集合。密文空间同理，指经过加密处理的消息集合。密钥又分为

“加密密钥和解密密钥，它通常是一个可变的参数，用于解开加密信息或者伪装信息的一把钥

”匙。密钥根据一定的规则和算法，也就是加密算法（解密算法），把明文（密文）转换成密

文（明文）。简单来说，在密码学中，我们认为这个密码系统是不是足够安全，要看这个密码

系统是否容易被破解。如果密码破译者能够直接根据密文推算出明文或者密钥，或是密码拦截

者可以直接获取这个密码系统的密钥序列，那么我们就称这个密码系统是不够安全的。另外，

一个安全的密码系统还应该满足的是，消息接收者能够得到完整并且真实的消息，加密和解密

的算法也应该相对于简单轻便。

2.2 密码学的基本功能

密码学的主要目的就是隐藏信息的真正含义，而不是抹去信息本身。早期的密码学仅仅是可以

对文字进行加解密操作，但随着科技技术的发展，如今已经可以对语音、图像等进行加解密操

作了。密码学对信息提供的保护主要有四个方面：机密性、数据完整性、鉴别和不可否认性。

2.2.1 机密性

只允许被授权的用户查看信息内容，非授权用户可以查看加密厚的信息，但是不能破解出其中

的真正含义。

2.2.2 数据完整性

指数据或信息在传递过程中不被受到非授权的修改或破坏。非授权修改包括对信息的篡改、删

除、插入等，通常通过数据签名、数据加密等技术来保证对数据的完整性。另外，用户本身也

需要能够检测出非法操作的能力。

2.2.3 鉴别

鉴别，包括对用户身份和数据来源的识别。对于一次安全的通信过程，通信双方必须都为预期

的身份，这是所说的身份的识别。即非法用户不能够冒充通信的对方去获取信息，双方能够对

对方的身份进行鉴别。对于数据，能够由所预期的实体发送或者接受，这就是对数据来源的识

别。可以通过数据加密、数字签名等技术来保证这种鉴别服务，从提供数据鉴别这方面的服务

来说，密码学的鉴别服务也包括了数据完整性服务。

2.2.4 不可否认性

发送方不能否认自己发送信息的行为。接收方收到信息后，也不能够否认自己接收到了发送方

的信息，即密码学的不可否认性。可以通过对称加密算法或者非对称加算法来实现这服务。

密码学实质上就是研究如何让信息具有机密性、数据完整性、可鉴别性和不可否认性的一门学

科。它主要包含两个分支：密码编码学和密码分析学。密码编码学就是研究安全的密码协议。

在密码学中，除了加密算法之外，密码协议也一样重要。密码协议就是指使用密码技术的通信

协议，用来保证数据的机密性和完整性。密码分析，就是研究如何破解密码的学科。

2.3 密码系统的安全性

一个密码系统的安全性，跟密码算法本身和除了算法之外的一些因素都有关系。一个密码算法

本身具有的安全性，是密码系统安全性的基础保证，它取决于密码的设计水平等等。攻击者如

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摘要：

密码学的基本理论、加密方法及其网络安全应用摘要：随着计算机技术的发展和信息社会的到来，通过网络交换信息已经成为人们主要交换信息的方式，所以信息安全就变得尤为重要。在古代，密码学常常用于军事、政治等机密性部门之中。然而，由于现代计算机技术的不断发展，我们许多使用的计算机软件的安全需要依赖于密码技术。因此，密码学逐步的发展成为一个综合性的学科，它涉及的学科非常之多，与信息论、数学、计算机科学等都有着紧密的联系。密码学在保障网络信息的完整性、真实性和机密性发挥了及其大的作用，这些方面都大大提升了网络的安全性。本文主要阐述了密码学的基本理论和它的技术应用，希望能为研究人员提供一定的帮助。　关键词：密码...

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