電子商務(wù)中混合數(shù)據(jù)加密技術(shù)的研究

唐杰 易波 戴慧敏

【摘 要】由于電子商務(wù)擁有了更加豐富的信息、更加簡單方便的交易和更加低廉的成本，受到了廣大用戶的歡迎。然而，現(xiàn)今阻礙電子商務(wù)快速發(fā)展的最大問題則是安全問題，數(shù)據(jù)加密技術(shù)是保證電子商務(wù)安全的核心技術(shù)，是電子商務(wù)安全技術(shù)的重要組成部分。目前使用的數(shù)據(jù)加密技術(shù)主要分成兩種：對稱加密技術(shù)和非對稱加密技術(shù)。文章通過剖析數(shù)據(jù)加密技術(shù)中的RSA和DES算法的特點(diǎn)和缺點(diǎn)，提出一種混合加密算法用以規(guī)避兩者的缺陷。

【關(guān)鍵詞】電子商務(wù)；數(shù)據(jù)加密；安全；對稱加密；非對稱加密

0 緒言

20世紀(jì)90年代以來，隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化和全球化成為不可抗拒的世界潮流，網(wǎng)絡(luò)逐步進(jìn)入商務(wù)交易活動中，并不斷影響著商務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展，電子商務(wù)已逐漸成為人們進(jìn)行商務(wù)活動的新模式[1]。電子商務(wù)實(shí)質(zhì)上就是商家或企業(yè)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為平臺運(yùn)用電子技術(shù)、信息技術(shù)及通信技術(shù)與客戶之間實(shí)現(xiàn)價(jià)值交換。電子商務(wù)是信息化時(shí)代下的新的商務(wù)模式，為了實(shí)現(xiàn)電子商務(wù)的安全交易，我們主要是應(yīng)用各種信息技術(shù)來保證交易過程的安全可靠，而數(shù)據(jù)加密技術(shù)就是確保電子商務(wù)安全交易的關(guān)鍵技術(shù)[2]。

簡單來說，數(shù)據(jù)加密技術(shù)的加密方式就是把即將發(fā)送的數(shù)據(jù)信息（我們稱之為明文）按某種加密算法進(jìn)行處理，處理之后得到的一段難以理解和解析的數(shù)據(jù)我們稱之為密文。接收方接收密文之后只能依靠相應(yīng)的密鑰才能解密還原成原來的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)加密技術(shù)的主要目的是保護(hù)數(shù)據(jù)不被第三方非法竊取或閱讀，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全控制。從數(shù)據(jù)加密的加密方式我們可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密的四個(gè)要素：明文，密文，密鑰（包括加密密鑰和解密密鑰），算法（包括加密算法和解密算法）。而數(shù)據(jù)加密技術(shù)一般以使用密鑰的方式來分類，分為對稱加密技術(shù)和非對稱加密技術(shù)兩種。

1 對稱加密技術(shù)（symmetric encryptions techniques）

對稱加密技術(shù)使用的加密密鑰和解密密鑰是同一個(gè)，因此也稱為單密鑰加密技術(shù)。由于加密解密使用的是同一個(gè)密鑰，數(shù)據(jù)信息的傳輸是否安全取決于通信雙方是否將密鑰泄密出去[3]。由此可見對稱加密技術(shù)的安全性取決于密鑰的保管是否機(jī)密。對稱加密技術(shù)的加密過程如圖3.1所示。

圖1 對稱密碼加密過程

以典型的對稱加密算法的DES算法為例，數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（Data Encryption Standard，DES）是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST，National Institute of Standards and Technology）于20世紀(jì)70年代中期公布的，其來源是美國 IBM 公司的一個(gè)密碼算法。DES是一種對稱密鑰分組加密密碼，處理64比特的明文分組同時(shí)產(chǎn)生64比特的密文（見圖2）。密鑰的有效長度為56比特；更確切的說，實(shí)際輸入的密鑰長度為 64比特，其中的8比特（8，16，…，64）用做校驗(yàn)位。

圖2 DES加密原理圖

2 非對稱加密技術(shù)（asymmetric encryption techniques）

非對稱加密技術(shù)由美國斯坦福大學(xué)Henman教授于1977年提出的一種新的密鑰交換技術(shù)，通訊雙方擁有一對唯一對應(yīng)的密鑰—公開密鑰和私有密鑰，我們簡稱為公鑰和私鑰[4]。公鑰與私鑰是唯一對應(yīng)的，用公鑰加密的數(shù)據(jù)只能用私鑰來解密；用私鑰加密的數(shù)據(jù)只能用公鑰來解密，加密的過程如圖3所示。非對稱加密技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于私鑰是由用戶個(gè)人私密保管的，私鑰的機(jī)密性得到了保證；即使公鑰被第三方非法截獲，沒有與之匹配的私鑰，第三方也無法解密。典型的非對稱加密算法有：RSA、Diffe Hell-man、Rabin、零知識證明的算法、橢圓曲線、EIGamal 算法等等。

圖3 非對稱加密的過程

以著名的非對稱加密算法RSA算法為例，RSA加密算法是由Adleman，Rivest和Shamir三個(gè)人共同提出的一種基于大整數(shù)分解的加密算法，它的基本原理是數(shù)論的歐拉定理：將兩個(gè)大質(zhì)數(shù)相乘十分容易，但是要將其乘積進(jìn)行因式分解卻十分困難[5]。

RSA具體的加密方式是[6]：

假設(shè)D為明文數(shù)據(jù)，隨機(jī)選擇兩個(gè)不同的大質(zhì)數(shù)a和b。

令N=a*b>D，f（N）=（a-1）*（b-1），其中f（N）指的是N的歐拉函數(shù)。

隨機(jī)選擇一個(gè)加密密鑰X（其中0

通過計(jì)算生成公鑰（X，N）和私鑰（Y，N）

RSA算法的安全性依賴于大數(shù)的分解，它具有加密簡單，便于理解；密鑰機(jī)密性高，不易被破解等優(yōu)點(diǎn)。它是目前應(yīng)用最廣泛的非對稱加密算法，能夠抵抗到現(xiàn)今為止已知的所有密碼攻擊，并已被ISO推薦為公鑰數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)。

3 混合加密算法與實(shí)現(xiàn)

針對兩種加密技術(shù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，對它們進(jìn)行比較的結(jié)果如下：

第一，在密鑰管理方面，非對稱加密技術(shù)的密鑰管理更為簡單和方便；它不僅支持?jǐn)?shù)字簽名，從密鑰的分發(fā)方面我們就可以看出非對稱加密算法更加適合開放性的網(wǎng)絡(luò)。

第二，在數(shù)據(jù)安全方面，由于非對稱加密算法使用的密鑰更復(fù)雜，密鑰的使用更機(jī)密，所以在安全方面相比對稱加密算法更有優(yōu)勢。

第三，運(yùn)行速度方面，由于密鑰長度的不同，對稱加密算法的加解密速度是非對稱加密算法百倍以上。

通過以上的比較我們會發(fā)現(xiàn)，兩種加密技術(shù)各有自身的優(yōu)勢和缺陷。在這里我們不禁想是否可以綜合兩種技術(shù)來使用，利用自身的優(yōu)點(diǎn)來彌補(bǔ)對方的缺點(diǎn)，達(dá)到既能實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證和提高數(shù)字簽名的速度，又能保證數(shù)據(jù)加解密的速度、安全性。例如可以將摘要函數(shù)技術(shù)、對稱加密技術(shù)和非對稱加密技術(shù)結(jié)合起來，形成一種混合加密體制?；旌霞用荏w制首先利用摘要函數(shù)將數(shù)據(jù)信息生成一個(gè)摘要，再把這個(gè)摘要用非對稱加密的私鑰進(jìn)行加密，形成數(shù)字簽名，然后利用對稱加密技術(shù)將數(shù)字簽名和信息變成密文，用非對稱加密的公鑰對對稱加密的密鑰進(jìn)行加密，生成數(shù)字信封，最后將數(shù)字信封和密文發(fā)送出去。

其中，關(guān)鍵的數(shù)據(jù)加、解密過程選擇結(jié)合DES 和 RSA 算法的混合算法保證用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩訹7]。具體的算法設(shè)計(jì)是用 DES 算法加密信息，而DES 算法的會話密鑰用 RSA 來傳遞。這種設(shè)計(jì)方案既可以保留 DES算法加、解密的高效率，又可以保留 RSA 密鑰管理的安全性和方便性。其數(shù)據(jù)加密程序執(zhí)行流程如圖4所示。

圖4 信息加密模塊程序執(zhí)行流程圖

（1）用戶向服務(wù)器發(fā)送請求時(shí)，服務(wù)器會先生成一個(gè)RSA公鑰和與之對應(yīng)的私鑰。

（2）服務(wù)器將公鑰傳遞給用戶，用戶端使用RSA公鑰來加密自己生成的DES密鑰。

（3）用戶將加密后的DES密鑰傳遞給服務(wù)器。

（4）服務(wù)器使用RSA私鑰解密用戶端發(fā)來的DES密鑰。

混合算法加密過程的實(shí)現(xiàn)可以通過調(diào)用Mircosoft CryptoAPI庫中的加密模塊來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)用CryptEncryptMessage（）函數(shù)加密消息，CryPtEncrypt（）函數(shù)加密文件，具體的加密函數(shù)如下：

（1）消息加密函數(shù)——CryptEncryptMessage（）

BOOL WINAPI CryptEncryptMessage（

PCRYPT_ENCRYPT_MESSAGE_PARA pEncryptPara， //結(jié)構(gòu)包含的加密參數(shù)

DWORD cRecipientCert， //證書數(shù)組元素的個(gè)數(shù)

PCCERT_CONTEXT rgpRecipientCert[]， //證書數(shù)組的指針

const BYTE *pbToBeEncrypted， //待加密的消息

DWORD cbToBeEncrypted， //待加密的消息大小

BYTE *pbEncryptedBlob， //消息加密后密文指針

DWORD *pcbEncryptedBlob //消息加密后的密文大小指針

）；

（2）文件加密函數(shù)——CryPtEncrypt（）

BOOL WINAPI CryptEncrypt（

HCRYPTKEY hKey， //加密密鑰句柄

HCRYPTHASH hHash， //哈希對象句柄

BOOL Final， //加密結(jié)束標(biāo)記

DWORD dwFlags， //預(yù)留的備用

BYTE *pbData， //加密后密文指針

DWORD *pdwDataLen， //加密后密文長度指針

DWORD dwBufLen //加密對象的指定長度

）；

表1 文件組成加密前后變化

4 結(jié)束語

這個(gè)混合加密體制使用摘要函數(shù)算法，大大提高了身份驗(yàn)證和數(shù)字簽名的速度，同時(shí)結(jié)合兩種加密技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提高了數(shù)據(jù)加解密的速度和安全性。如果用戶信息在傳遞中丟失了，缺少DES密鑰也無法被解釋，即便是DES密鑰也丟失了，缺少了解密所需要的RSA私鑰，用戶數(shù)據(jù)還是無法被解釋。這樣就通過雙重混合加密的技術(shù)保證了用戶數(shù)據(jù)安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蘭宜生.電子商務(wù)基礎(chǔ)教程[M].清華大學(xué)出版社，2007.

[2]崔新宇.電子結(jié)算的安全研究及實(shí)現(xiàn)[D].南京理工大學(xué)，2008.

[3]Shamir A. On the security of DES[C]//Advances in Cryptology. Springer-Verlag， 1985：280-281.

[4]Bernard M Waxman.Routing of Multipoint Connections[J].IEEE J.on Seleeted Area Sin Communi Cations，1988，6（9）：1617-1622.

[5]劉東升.電子商務(wù)中的安全支付與SSL.SET[J].安防科技，2006，6（2）：13-16.

[6]Laih S，Chen K Y.Generating Visible RSA Publie Keys for PKI[C]//Spring Verlag，2004-01-14.

[7]Ren W.Miao Z.A Hybrid Encryption Algorithm Based on DES and RSA in Bluetooth Communication[C]//Modeling，Simulation and Visualization Methods （WMSVM），2010 Second International Conference on. IEEE，2010：221-225.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]