第1章 密碼學(xué)簡介

1.1 引言

在當(dāng)今計算機(jī)和電子通信技術(shù)迅速發(fā)展的時代，信息是推動社會前進(jìn)的巨大資源，人們可以隨時隨地享用各種信息服務(wù)。隨著Internet的廣泛應(yīng)用，個人通信、辦公自動化、電子郵件、電子自動轉(zhuǎn)賬支付系統(tǒng)、自動零售業(yè)務(wù)等的相繼建立與實現(xiàn)，各種計算和通信系統(tǒng)已經(jīng)成為人類生活環(huán)境的重要組成部分，它們以多媒體形式收集、分析、存儲、展示和傳播信息，并作為獨立產(chǎn)品或與其他物理產(chǎn)品相結(jié)合為人類的政治、經(jīng)濟(jì)、軍事和文化服務(wù)。在這種背景下，如何安全有效地使用各種信息已成為保證人類社會發(fā)展的重要基石；與此同時，各種竊密的黑客技術(shù)也得到了前所未有的發(fā)展，用戶對信息的安全存儲、安全處理和安全傳輸?shù)男枨笤絹碓狡惹校苍絹碓礁撸绾未_保信息在公開網(wǎng)絡(luò)上的傳輸與處理過程中，不被非法竊取、竊聽、偽造和篡改，即信息的認(rèn)證與保密的問題，成為了人們關(guān)注的問題，因此密碼學(xué)理論與其實現(xiàn)技術(shù)，就成為信息科學(xué)與技術(shù)中的一個重要研究領(lǐng)域，并日益受到重視。

信息安全（即密碼安全技術(shù)）是一個綜合的、多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，它結(jié)合數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、電子與通信等諸多學(xué)科于一身，通過綜合利用數(shù)學(xué)、物理、通信、計算機(jī)等諸多學(xué)科的長期知識積累和最新發(fā)展成果，進(jìn)行自主創(chuàng)新研究，提出系統(tǒng)、完整、協(xié)同的解決方案。與其他學(xué)科相比，信息安全的研究更強(qiáng)調(diào)自主性和創(chuàng)新性，自主性可以杜絕后門，保護(hù)國家主權(quán)；而創(chuàng)新性可以抵抗各種攻擊，適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需求。信息安全的目的就在于保證數(shù)據(jù)信息在確定的時間、確定的地點條件下只能被擁有使用權(quán)限的用戶所使用或識別。一般來說，信息安全至少應(yīng)具有以下五個方面的特性。

① 機(jī)密性：防止未經(jīng)授權(quán)的信息被獲取，如未經(jīng)授權(quán)，則無法理解信息本身的真正含義（加密信息）等。

② 完整性：防止未經(jīng)授權(quán)的信息被更改（修改、刪除、增加），如未經(jīng)授權(quán)則無法對信息進(jìn)行任何形式的更改。一般用于防止對信息的主動、惡意的篡改。

③ 可獲取性：防止未經(jīng)授權(quán)的信息被截流（在信息傳輸過程中的非法截取）。

④ 真實性：真實性就是通過一系列的技術(shù)手段驗證信息的真實性。

⑤ 持久性：指長時間信息保存的可靠性、準(zhǔn)確性等。

加密是實現(xiàn)信息安全的一種重要手段，加密技術(shù)可使一些重要數(shù)據(jù)存儲在不安全的計算機(jī)上，或在不安全的信道上傳送，只有持有合法密鑰的那方才可獲得明文。然而僅僅考慮加密算法是不足以確保數(shù)據(jù)安全的，還必須考慮在數(shù)據(jù)加密和存儲過程中所可能發(fā)生的攻擊行為，再好的加密算法也需要系統(tǒng)的支撐，由此就提出了信息安全對系統(tǒng)的要求。采用軟件實現(xiàn)的加密系統(tǒng)雖然系統(tǒng)成本較低，但是具有占用主機(jī)系統(tǒng)資源較多、核心模塊容易被跟蹤和替換、密鑰管理難度較大的特點。同時傳統(tǒng)的軟件加/解密技術(shù)已經(jīng)越來越不能滿足信息安全對運算速度和系統(tǒng)安全性的要求了。因此，現(xiàn)代密碼學(xué)提出了使用硬件加密系統(tǒng)，這樣不僅可以減輕主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存和CPU的負(fù)擔(dān)，從整體上提高服務(wù)器的性能，還能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性，從而推動各種安全應(yīng)用的快速發(fā)展。