K=kG [其中 K,G为Ep(a,b)上的点,k为小于n(n是点G的阶)的整数]
不难发现,给定k和G,根据加法法则,计算K很容易;但给定K和G,求k就相对困难了。
这就是椭圆曲线
加密算法采用的难题。我们把点G称为基点(base point),k(k
密钥(privte key),K称为公开密钥(public key)ECC与RSA的比较 ECC和RSA相比,在许多方面都有对绝对的优势,主要体现在以下方面:
抗攻击性强。相同的密钥长度,其抗攻击性要强很多倍。
计算量小,处理速度快。ECC总的速度比RSA、DSA要快得多。
存储空间占用小。ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多,意味着它所占的存贮空间要小得多。这对于
加密算法在IC卡上的应用具有特别重要的意义。
带宽要求低。当对长消息进行加解密时,三类密码系统有相同的带宽要求,但应用于短消息时ECC带宽要求却低得多。带宽要求低使ECC在
无线网络领域具有广泛的应用前景。
ECC的这些特点使它必将取代RSA,成为通用的
公钥加密算法。比如SET协议的制定者已把它作为下一代SET协议中缺省的公钥密码算法。
下面两张表示是RSA和ECC的安全性和速度的比较。
RSA和ECC安全模长得比较
RSA和ECC速度比较
散列算法
散列算法也叫哈希算法,英文是Hash ,就是把任意长度的输入(又叫做预映射, pre-image),通过散列算法,变换成固定长度的输出,该输出就是散列值。这种转换是一种压缩映射,也就是,散列值的空间通常远小于输入的空间,不同的输入可能会散列成相同的输出,而不可能从散列值来唯一的确定输入值。简单的说就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的
消息摘要的函数。
HASH主要用于信息安全领域中
加密算法,它把一些不同长度的信息转化成杂乱的128位的编码,这些编码值叫做HASH值. 也可以说,hash就是找到一种数据内容和数据存放地址之间的映射关系散列是信息的提炼,通常其长度要比信息小得多,且为一个固定长度。加密性强的散列一定是不可逆的,这就意味着通过散列结果,无法推出任何部分的原始信息。任何输入信息的变化,哪怕仅一位,都将导致散列结果的明显变化,这称之为雪崩效应。散列还应该是防冲突的,即找不出具有相同散列结果的两条信息。具有这些特性的散列结果就可以用于验证信息是否被修改。
单向散列函数一般用于产生消息摘要,
密钥加密等,常见的有:
MD5(Message Digest Algorithm 5):是RSA
数据安全公司开发的一种
单向散列算法。
SHA(Secure Hash Algorithm):可以对任意长度的数据运算生成一个160位的数值;
在1993年,
安全散列算法(SHA)由美国国家标准和技术协会(NIST)提出,并作为
联邦信息处理标准(FIPS PUB 180)公布;1995年又发布了一个修订版FIPS PUB 180-1,通常称之为SHA-1。SHA-1是基于MD4算法的,并且它的设计在很大程度上是模仿MD4的。现在已成为公认的最安全的散列算法之一,并被广泛使用。
原理 SHA-1是一种
数据加密算法,该算法的思想是接收一段明文,然后以一种不可逆的方式将它转换成一段(通常更小)密文,也可以简单的理解为取一串输入码(称为预映射或信息),并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值(也称为信息摘要或信息认证代码)的过程。
单向散列函数的安全性在于其产生散列值的操作过程具有较强的单向性。如果在输入序列中嵌入密码,那么任何人在不知道密码的情况下都不能产生正确的散列值,从而保证了其安全性。SHA将输入流按照每块512位(64个字节)进行分块,并产生20个字节的被称为信息认证代码或信息摘要的输出。
该算法输入
报文的最大长度不超过264位,产生的输出是一个160位的
报文摘要。输入是按512 位的分组进行处理的。SHA-1是不可逆的、防冲突,并具有良好的雪崩效应。
通过散列算法可实现
数字签名实现,数字签名的原理是将要传送的明文通过一种函数运算(Hash)转换成报文摘要(不同的明文对应不同的报文摘要),报文摘要加密后与明文一起传送给接受方,接受方将接受的明文产生新的报文摘要与发送方的发来报文摘要解密比较,比较结果一致表示明文未被改动,如果不一致表示明文已被篡改。
MAC (信息认证代码)就是一个散列结果,其中部分输入信息是密码,只有知道这个密码的参与者才能再次计算和验证MAC码的合法性。MAC的产生参见下图。
SHA-1与MD5的比较 因为二者均由MD4导出,SHA-1和MD5彼此很相似。相应的,他们的强度和其他特性也是相似,但还有以下几点不同:
对强行供给的安全性:最显著和最重要的区别是SHA-1摘要比MD5摘要长32 位。使用强行技术,产生任何一个报文使其摘要等于给定报摘要的难度对MD5是2数量级的操作,而对SHA-1则是2数量级的操作。这样,SHA-1对强行攻击有更大的强度。
对密码分析的安全性:由于MD5的设计,易受密码分析的攻击,SHA-1显得不易受这样的攻击。
速度:在相同的硬件上,SHA-1的运行速度比MD5慢。
两者比较
对称与非对称算法比较
以上综述了两种加密方法的原理,总体来说主要有下面几个方面的不同:
一、 在管理方面:公钥
密码算法只需要较少的资源就可以实现目的,在
密钥的分配上,两者之间相差一个指数级别(一个是n一个是n)。所以
私钥密码算法不适应
广域网的使用,而且更重要的一点是它不支持
数字签名。
二、 在安全方面:由于公钥密码算法基于未解决的数学难题,在破解上几乎不可能。对于私钥密码算法,到了AES虽说从理论来说是不可能破解的,但从计算机的发展角度来看。
公钥更具有优越性。
三、 从速度上来看:AES的软件实现速度已经达到了每秒数兆或数十
兆比特。是公钥的100倍,如果用硬件来实现的话这个比值将扩大到1000倍。
加密算法的选择 前面的章节已经介绍了对称解密算法和
非对称加密算法,有很多人疑惑:那我们在实际使用的过程中究竟该使用哪一种比较好呢?
我们应该根据自己的使用特点来确定,由于非对称加密算法的运行速度比对称加密算法的速度慢很多,当我们需要加密大量的数据时,建议采用对称加密算法,提高加解密速度。
对称加密算法不能实现签名,因此签名只能
非对称算法。
由于对称加密算法的
密钥管理是一个复杂的过程,密钥的管理直接决定着他的安全性,因此当数据量很小时,我们可以考虑采用
非对称加密算法。
在实际的操作过程中,我们通常采用的方式是:采用非对称加密算法管理
对称算法的密钥,然后用对称加密算法加密数据,这样我们就集成了两类加密算法的优点,既实现了加密速度快的优点,又实现了安全方便管理密钥的优点。
如果在选定了
加密算法后,那采用多少位的
密钥呢?一般来说,密钥越长,运行的速度就越慢,应该根据的我们实际需要的安全级别来选择,一般来说,RSA建议采用1024位的数字,ECC建议采用160位,AES采用128为即可。
密码学在现代的应用, 随着密码学商业应用的普及,公钥密码学受到前所未有的重视。除传统的密码应用系统外,PKI系统以公钥密码技术为主,提供加密、签名、认证、密钥管理、分配等功能。
保密通信:保密通信是密码学产生的动因。使用公私钥密码体制进行保密通信时,信息接收者只有知道对应的密钥才可以解密该信息。
数字签名:数字签名技术可以代替传统的手写签名,而且从安全的角度考虑,数字签名具有很好的防伪造功能。在政府机关、军事领域、商业领域有广泛的应用环境。
秘密共享:秘密共享技术是指将一个秘密信息利用
密码技术分拆成n个称为共享因子的信息,分发给n个成员,只有k(k≤n)个合法成员的共享因子才可以恢复该秘密信息,其中任何一个或m(m≤k)个成员合作都不知道该秘密信息。利用秘密共享技术可以控制任何需要多个人共同控制的秘密信息、命令等。
认证功能:在公开的信道上进行敏感信息的传输,采用签名技术实现对消息的真实性、完整性进行验证,通过验证
公钥证书实现对通信主体的
身份验证。
密钥管理:密钥是保密系统中更为脆弱而重要的环节,公钥密码体制是解决密钥管理工作的有力工具;利用公钥密码体制进行
密钥协商和产生,
保密通信双方不需要事先共享秘密信息;利用公钥密码体制进行密钥分发、保护、
密钥托管、
密钥恢复等。
基于公钥密码体制可以实现以上通用功能以外,还可以设计实现以下的系统:安全
电子商务系统、电子现金系统、电子选举系统、
电子招投标系统、电子彩票系统等。
公钥密码体制的产生是密码学由传统的政府、军事等应用领域走向商用、民用的基础,同时互联网、电子商务的发展为密码学的发展开辟了更为广阔的前景。
加密算法的未来 随着计算方法的改进,计算机运行速度的加快,网络的发展,越来越多的算法被破解。
在2004年国际密码学会议(Crypto’2004)上,来自中国
山东大学的
王小云教授做的破译MD5、HAVAL-128、MD4和
RIPEMD算法的报告,令在场的国际顶尖密码学专家都为之震惊,意味着这些算法将从应用中淘汰。随后,SHA-1也被宣告被破解。
历史上有三次对DES有影响的攻击实验。1997年,利用当时各国 7万台计算机,历时96天破解了DES的
密钥。1998年,电子边境基金会(EFF)用25万美元制造的
专用计算机,用56小时破解了DES的密钥。1999年,EFF用22小时15分完成了破解工作。因此。曾经有过卓越贡献的DES也不能满足我们日益增长的需求了。
最近,一组研究人员成功的把一个512位的整数分解因子,宣告了RSA的破解。
我们说数据的安全是相对的,可以说在一定时期一定条件下是安全的,随着硬件和网络的发展,或者是另一个王小云的出现,目前的常用
加密算法都有可能在短时间内被破解,那时我们不得不使用更长的密钥或更加先进的算法,才能保证数据的安全,因此加密算法依然需要不断发展和完善,提供更高的加密安全强度和运算速度。
纵观这两种算法一个从DES到3DES再到AES,一个从RSA到ECC。其发展角度无不是从
密钥的简单性,成本的低廉性,管理的简易性,
算法的复杂性,保密的安全性以及计算的
快速性这几个方面去考虑。因此,未来算法的发展也必定是从这几个角度出发的,而且在实际操作中往往把这两种算法结合起来,也需将来一种集两种算法优点于一身的新型算法将会出现,到那个时候,电子商务的实现必将更加的快捷和安全。