數據加密又稱password學，它是一門歷史悠久的技術，指通過加密算法和加密密鑰將明文轉變為密文。而解密則是通過解密算法和解密密鑰將密文恢復為明文。數據加密眼下仍是計算機系統對信息進行保護的一種最可靠的辦法。它利用password技術對信息進行加密，實現信息隱蔽，從而起到保護信息的安全的作用。

一、概述

　　數據加密是指通過加密算法和加密密鑰將明文轉變為密文。而解密則是通過解密算法和解密密鑰將密文恢復為明文。它產生的歷史相當久遠，它是起源于要追溯于公元前2000年（幾個世紀了），盡管它不是如今我們所講的加密技術（甚至不叫加密）。但作為一種加密的概念。確實早在幾個世紀前就誕生了。當時埃及人是最先使用特別的象形文字作為信息編碼的。隨著時間推移，巴比倫、美索不達米亞和希臘文明都開始使用一些方法來保護他們的書面信息。

其最基本方法是易位法和置換法。其模型如右圖。

　　加密技術包含兩個元素：算法和密鑰。

算法是將普通的文本（或者能夠理解的信息）與一串數字（密鑰）的結合，產生不可理解的密文的步驟，密鑰是用來對數據進行編碼和解碼的參數。

　　不知不覺中，現實生活中，我們也在使用加密的技術。

比如：藏頭詩：

　　新雁才聞一兩聲

　　年年長是惹東風

　　快箭拂下西飛鵬

　　樂不專一須鏘鏗

　　電報：

　　電報收下來一般都是數碼比如一份報是1234 2234 3234…依據手里的password本用來解密，并且這個password本是要每隔一定時間就要換一本的。這在事前收發兩方就已有約定。什么時間換什么本。

收下一份報，首先要依據另外一份password把報轉成真碼，比方1相應2，2相應3…3相應4 原報文處理成例如以下2345，3345， 4345…當然這僅僅是打比方。然后再利用password本，依據password本上的解密方法，比方2345相應“我想”，3345相應“要吃”，4345相應“雞腿”…合起來就是我想要吃雞腿，你看這過程中沒了password本。特務即使拿下原報文1234也沒辦法。

　　這些，都是現實中加密樣例。

二、特征

1. 數據保密性　

　　保密性：指防止非法授權用戶獲得實用信息。現時生活有對應的樣例，比如，你要將一個秘密事情告訴別人，故而要將這個事情悄悄的告訴別人。

這樣可以防止非法用戶獲取授權。數據加密也是基于這種特性。

2. 數據完整性

　　完整性：指信息沒有被非授權用戶更改和破壞。包含信息在生成、傳輸、存儲中不被刪除、篡改、偽造等。比如，古代皇帝。下詔的時候。須要筆記和皇英。就是為了保證數據的完整性。

3. 不可抵賴性

不可抵賴性：指實體無法否認或抵賴以前發送、接受某信息或參與網絡信息交互活動的事實。古代的簽字畫押。也是這種原理把。

三、經常使用加密算法比較

1. Hash算法

　　hash算法的意義在于提供了一種高速存取數據的方法,它用一種算法建立鍵值與真實值之間的相應關系,(每個真實值僅僅能有一個鍵值,可是一個鍵值能夠相應多個真實值),這樣能夠高速在數組等條件中里面存取數據.

2. MD5算法

　　MD5的全稱是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），在90年代初由MITLaboratory for Computer Science和RSA Data Security Inc的Ronald L. Rivest開發出來，經MD2、MD3和MD4發展而來。它的作用是讓大容量信息在用數字簽名軟件簽署私人密匙前被"壓縮"成一種保密的格式（就是把一個隨意長度的字節串變換成一定長的大整數）。無論是MD2、MD4還是MD5。它們都須要獲得一個隨機長度的信息并產生一個128位的信息摘要。

盡管這些算法的結構或多或少有些相似。但MD2的設計與MD4和MD5全然不同，那是由于MD2是為8位機器做過設計優化的。而MD4和MD5卻是面向32位的電腦。這三個算法的描寫敘述和C語言源碼在Internet
RFCs 1321中有具體的描寫敘述（http://www.ietf.org/rfc/rfc1321.txt），這是一份最權威的文檔，由Ronald L. Rivest在1992年8月向IEFT提交。

Van Oorschot和Wiener以前考慮過一個在散列中暴力搜尋沖突的函數（Brute-Force HashFunction），并且他們推測一個被設計專門用來搜索MD5沖突的機器（這臺機器在1994年的制造成本大約是一百萬美元）能夠平均每24天就找到一個沖突。

但單從1991年到2001年這10年間，竟沒有出現替代MD5算法的MD6或被叫做其它什么名字的新算法這一點，我們就能夠看出這個瑕疵并沒有太多的影響MD5的安全性。上面全部這些都不足以成為MD5的在實際應用中的問題。并且，因為MD5算法的使用不須要支付不論什么版權費用的，所以在一般的情況下（非絕密應用領域。但即便是應用在絕密領域內，MD5也不失為一種很優秀的中間技術）。MD5怎么都應該算得上是很安全的了。

　　算法的應用

　　MD5的典型應用是對一段信息（Message）產生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改。比方，在UNIX下有非常多軟件在下載的時候都有一個文件名稱同樣。文件擴展名為.md5的文件，在這個文件里通常僅僅有一行文本，大致結構如：

MD5 (tanajiya.tar.gz) = 0ca175b9c0f726a831d895e269332461

這就是tanajiya.tar.gz文件的數字簽名。MD5將整個文件當作一個大文本信息，通過其不可逆的字符串變換算法，產生了這個唯一的MD5信息摘要。假設在以后傳播這個文件的過程中，不管文件的內容發生了不論什么形式的改變（包含人為改動或者下載過程中線路不穩定引起的傳輸錯誤等），僅僅要你對這個文件又一次計算MD5時就會發現信息摘要不同樣，由此能夠確定你得到的僅僅是一個不對的文件。

假設再有一個第三方的認證機構，用MD5還能夠防止文件作者的"

抵賴"，這就是所謂的數字簽名應用。

　　MD5還廣泛用于加密和解密技術上。

比方在UNIX系統中用戶的password就是以MD5（或其他類似的算法）經加密后存儲在文件系統中。當用戶登錄的時候。系統把用戶輸入的password計算成MD5值，然后再去和保存在文件系統中的MD5值進行比較，進而確定輸入的password是否正確。

通過這種步驟，系統在并不知道用戶password的明碼的情況下就能夠確定用戶登錄系統的合法性。這不但能夠避免用戶的password被具有系統管理員權限的用戶知道。并且還在一定程度上添加了password被破解的難度。

　　正是由于這個原因，如今被黑客使用最多的一種破譯password的方法就是一種被稱為"跑字典"的方法。

有兩種方法得到字典。一種是日常搜集的用做password的字符串表。還有一種是用排列組合方法生成的，先用MD5程序計算出這些字典項的MD5值，然后再用目標的MD5值在這個字典中檢索。我們如果password的最大長度為8位字節（8
Bytes），同一時候password僅僅能是字母和數字，共26+26+10=62個字符，排列組合出的字典的項數則是P(62,1)+P(62,2)….+P(62,8)，那也已經是一個非常天文的數字了。存儲這個字典就須要TB級的磁盤陣列，并且這樣的方法另一個前提。就是能獲得目標賬戶的passwordMD5值的情況下才干夠。這樣的加密技術被廣泛的應用于UNIX系統中，這也是為什么UNIX系統比一般操作系統更為牢固一個重要原因。

　　算法描寫敘述

　　對MD5算法簡要的敘述能夠為：MD5以512位分組來處理輸入的信息，且每一分組又被劃分為16個32位子分組。經過了一系列的處理后，算法的輸出由四個32位分組組成，將這四個32位分組級聯后將生成一個128位散列值。

　　在MD5算法中，首先須要對信息進行填充，使其字節長度對512求余的結果等于448。

因此，信息的字節長度（Bits Length）將被擴展至N*512+448，即N*64+56個字節（Bytes），N為一個正整數。填充的方法例如以下，在信息的后面填充一個1和無數個0，直到滿足上面的條件時才停止用0對信息的填充。

然后。在在這個結果后面附加一個以64位二進制表示的填充前信息長度。

經過這兩步的處理。如今的信息字節長度=N*512+448+64=(N+1)*512，即長度恰好是512的整數倍。這樣做的原因是為滿足后面處理中對信息長度的要求。

　　MD5中有四個32位被稱作鏈接變量（Chaining Variable）的整數參數，他們分別為：A=0x01234567，B=0x89abcdef。C=0xfedcba98，D=0x76543210。

　　當設置好這四個鏈接變量后，就開始進入算法的四輪循環運算。循環的次數是信息中512位信息分組的數目。

　　將上面四個鏈接變量拷貝到另外四個變量中：A到a，B到b。C到c。D到d。

　　主循環有四輪（MD4僅僅有三輪），每輪循環都非常相似。

第一輪進行16次操作。每次操作對a、b、c和d中的當中三個作一次非線性函數運算，然后將所得結果加上第四個變量，文本的一個子分組和一個常數。再將所得結果向右環移一個不定的數，并加上a、b、c或d中之中的一個。最后用該結果代替a、b、c或d中之中的一個。

以一下是每次操作中用到的四個非線性函數（每輪一個）。

　　　F(X,Y,Z) =(X&Y)|((~X)&Z)

　　　G(X,Y,Z) =(X&Z)|(Y&(~Z))

　　　H(X,Y,Z) =X^Y^Z

　　　I(X,Y,Z)=Y^(X|(~Z))

　　　（&是與。|是或，~是非，^是異或）

　　這四個函數的說明：假設X、Y和Z的相應位是獨立和均勻的。那么結果的每一位也應是獨立和均勻的。F是一個逐位運算的函數。即，假設X。那么Y，否則Z。函數H是逐位奇偶操作符。

　　如果Mj表示消息的第j個子分組（從0到15），<<ff(a,b,c,d,mj,s,ti)表示a=b+((a+(f(b,c,d)+mj+ti)<<gg(a,b,c,d,mj,s,ti)表示a=b+((a+(g(b,c,d)+mj+ti)<<hh(a,b,c,d,mj,s,ti)表示a=b+((a+(h(b,c,d)+mj+ti)<<ii(a,b,c,d,mj,s,ti)表示a=b+((a+(i(b,c,d)+mj+ti)<< <="" p="">

　　這四輪（64步）是：

　　第一輪

　　　FF(a,b,c,d,M0,7,0xd76aa478)

　　　FF(d,a,b,c,M1,12,0xe8c7b756)

　　　FF(c,d,a,b,M2,17,0x242070db)

FF(b,c,d,a,M3,22,0xc1bdceee)

　　　FF(a,b,c,d,M4,7,0xf57c0faf)

　　　FF(d,a,b,c,M5,12,0x4787c62a)

　　　FF(c,d,a,b,M6,17,0xa8304613)

　　　FF(b,c,d,a,M7,22,0xfd469501)

　　　FF(a,b,c,d,M8,7,0x698098d8)

　　　FF(d,a,b,c,M9,12,0x8b44f7af)

　　　FF(c,d,a,b,M10,17,0xffff5bb1)

　　　FF(b,c,d,a,M11,22,0x895cd7be)

　　　FF(a,b,c,d,M12,7,0x6b901122)

　　　FF(d,a,b,c,M13,12,0xfd987193)

　　　FF(c,d,a,b,M14,17,0xa679438e)

　　　FF(b,c,d,a,M15,22,0x49b40821)

　　第二輪

　　　GG(a,b,c,d,M1,5,0xf61e2562)

　　　GG(d,a,b,c,M6,9,0xc040b340)

　　　GG(c,d,a,b,M11,14,0x265e5a51)

　　　GG(b,c,d,a,M0,20,0xe9b6c7aa)

　　　GG(a,b,c,d,M5,5,0xd62f105d)

　　　GG(d,a,b,c,M10,9,0x02441453)

　　　GG(c,d,a,b,M15,14,0xd8a1e681)

　　　GG(b,c,d,a,M4,20,0xe7d3fbc8)

　　　GG(a,b,c,d,M9,5,0x21e1cde6)

　　　GG(d,a,b,c,M14,9,0xc33707d6)

　　　GG(c,d,a,b,M3,14,0xf4d50d87)

　　　GG(b,c,d,a,M8,20,0x455a14ed)

　　　GG(a,b,c,d,M13,5,0xa9e3e905)

　　　GG(d,a,b,c,M2,9,0xfcefa3f8)

　　　GG(c,d,a,b,M7,14,0x676f02d9)

　　　GG(b,c,d,a,M12,20,0x8d2a4c8a)

　　第三輪

　　　HH(a,b,c,d,M5,4,0xfffa3942)

　　　HH(d,a,b,c,M8,11,0x8771f681)

　　　HH(c,d,a,b,M11,16,0x6d9d6122)

　　　HH(b,c,d,a,M14,23,0xfde5380c)

　　　HH(a,b,c,d,M1,4,0xa4beea44)

　　　HH(d,a,b,c,M4,11,0x4bdecfa9)

　　　HH(c,d,a,b,M7,16,0xf6bb4b60)

　　　HH(b,c,d,a,M10,23,0xbebfbc70)

　　　HH(a,b,c,d,M13,4,0x289b7ec6)

　　　HH(d,a,b,c,M0,11,0xeaa127fa)

　　　HH(c,d,a,b,M3,16,0xd4ef3085)

　　　HH(b,c,d,a,M6,23,0x04881d05)

　　　HH(a,b,c,d,M9,4,0xd9d4d039)

　　　HH(d,a,b,c,M12,11,0xe6db99e5)

　　　HH(c,d,a,b,M15,16,0x1fa27cf8)

　　　HH(b,c,d,a,M2,23,0xc4ac5665)

　　第四輪

　　　II(a,b,c,d,M0,6,0xf4292244)

　　　II(d,a,b,c,M7,10,0x432aff97)

　　　II(c,d,a,b,M14,15,0xab9423a7)

　　　II(b,c,d,a,M5,21,0xfc93a039)

　　　II(a,b,c,d,M12,6,0x655b59c3)

　　　II(d,a,b,c,M3,10,0x8f0ccc92)

　　　II(c,d,a,b,M10,15,0xffeff47d)

　　　II(b,c,d,a,M1,21,0x85845dd1)

　　　II(a,b,c,d,M8,6,0x6fa87e4f)

　　　II(d,a,b,c,M15,10,0xfe2ce6e0)

　　　II(c,d,a,b,M6,15,0xa3014314)

　　　II(b,c,d,a,M13,21,0x4e0811a1)

　　　II(a,b,c,d,M4,6,0xf7537e82)

　　　II(d,a,b,c,M11,10,0xbd3af235)

　　　II(c,d,a,b,M2,15,0x2ad7d2bb)

　　　II(b,c,d,a,M9,21,0xeb86d391)

　　常數ti能夠例如以下選擇：

　　在第i步中，ti是4294967296*abs(sin(i))的整數部分，i的單位是弧度。(4294967296等于2的32次方)全部這些完畢之后，將A、B、C、D分別加上a、b、c、d。然后用下一分組數據繼續執行算法。

最后的輸出是A、B、C和D的級聯。

　　當你依照我上面所說的方法實現MD5算法以后，你能夠用下面幾個信息對你做出來的程序作一個簡單的測試。看看程序有沒有錯誤。

　　　MD5 ("") = d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e

　　　MD5 ("a") = 0cc175b9c0f1b6a831c399e269772661

　　　MD5 ("abc") = 900150983cd24fb0d6963f7d28e17f72

　　　MD5 ("message digest") = f96b697d7cb7938d525a2f31aaf161d0

　　　MD5 ("abcdefghijklmnopqrstuvwxyz") = c3fcd3d76192e4007dfb496cca67e13b

　　　MD5 ("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789") =

d174ab98d277d9f5a5611c2c9f419d9f

　　　MD5 ("123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890123456789

01234567890") = 57edf4a22be3c955ac49da2e2107b67a

　　MD5的安全性

　　MD5相對MD4所作的改進：

　　　1. 添加了第四輪。

　　　2. 每一步均有唯一的加法常數。

　　　3. 為減弱第二輪中函數G的對稱性從(X&Y)|(X&Z)|(Y&Z)變為(X&Z)|(Y&(~Z))；

　　　4. 第一步加上了上一步的結果，這將引起更快的雪崩效應。

　　　5. 改變了第二輪和第三輪中訪問消息子分組的次序，使其更不相似；

　　　6. 近似優化了每一輪中的循環左移位移量以實現更快的雪崩效應。

各輪的位移量互不同樣。

3. RSA算法

RSA算法是一種非對稱password算法。所謂非對稱，就是指該算法須要一對密鑰。使用當中一個加密。則須要用還有一個才干解密。

RSA的算法涉及三個參數。n、e1、e2。

當中，n是兩個大質數p、q的積，n的二進制表示時所占用的位數，就是所謂的密鑰長度。 e1和e2是一對相關的值，e1能夠隨意取。但要求e1與(p-1)*(q-1)互質；再選擇e2，要求

(e2*e1)mod((p-1)*(q-1))=1。

(n及e1),(n及e2)就是密鑰對。

RSA加解密的算法全然同樣,設A為明文，B為密文，則：A=B^e1 mod n；B=A^e2 mod n；

e1和e2能夠互換使用，即：

A=B^e2 mod n。B=A^e1 mod n；

補充：

對明文進行加密。有兩種情況須要這樣作：

1、您向朋友傳送加密數據，您希望僅僅有您的朋友能夠解密。這種話，您須要首先獲取您朋友的密鑰對中公開的那一個密鑰。e及n。然后用這個密鑰進行加密，這樣密文僅僅有您的朋友能夠解密，由于相應的私鑰僅僅有您朋友擁有。

2、您向朋友傳送一段數據附加您的數字簽名。您須要對您的數據進行MD5之類的運算以取得數據的"指紋"。再對"指紋"進行加密，加密將使用您自己的密鑰對中的不公開的私鑰。您的朋友收到數據后，用相同的運算獲得數據指紋，再用您的公鑰對加密指紋進行解密，比較解密結果與他自己計算出來的指紋是否一致，就可以確定數據是否的確是您發送的、以及在傳輸過程中是否被篡改。

密鑰的獲得，通常由某個機構頒發（如CA中心）。當然也能夠由您自己創建密鑰。但這樣作，

您的密鑰并不具有權威性。

計算方面，按公式計算即可了，假設您的加密強度為1024位。則結果會在有效數據前面補0以補齊不足的位數。補入的0并不影響解密運算。

4. DES算法

DES(Data Encryption Standard)滿足了國家標準局欲達到的4個目的:提供高質量的數據保護。防止數據未經授權的泄露和未被察覺的改動；具有相當高的復雜性，使得破譯的開銷超過可能獲得的利益，同一時候又要便于理解和掌握。

DES算法把64位的明文輸入塊變為64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位數據塊按位又一次組合，并把輸出分為L0、R0兩部分。每部分各長32位，并進行前后置換（輸入的第58位換到第一位，第50位換到第2位，依此類推，最后一位是原來的第7位），終于由L0輸出左32位，R0輸出右32位，依據這個法則經過16次迭代運算后。得到L16、R16，將此作為輸入，進行與初始置換相反的逆置換。即得到密文輸出。

DES算法的入口參數有三個：Key、Data、Mode。當中Key為8個字節共64位，是DES算法的工作密鑰；Data也為8個字節64位。是要被加密或被解密的數據；Mode為DES的工作方式，有兩種：加密或解密，假設Mode為加密，則用Key去把數據Data進行加密，生成Data的password形式作為DES的輸出結果；如Mode為解密。則用Key去把password形式的數據Data解密，還原為Data的明碼形式作為DES的輸出結果。在使用DES時。兩方預先約定使用的”password”即Key，然后用Key去加密數據。接收方得到密文后使用相同的Key解密得到原數據，這樣便實現了安全性較高的傳輸數據。