密钥交换与数据加密流程揭秘 (密钥交换问题)

密钥交换与数据加密流程揭秘

一、引言

随着互联网技术的飞速发展，信息安全问题日益突出。
在网络通信过程中，如何确保信息的安全性和隐私性成为亟待解决的问题。
密钥交换与数据加密作为信息安全领域的重要组成部分，对于保障网络通信的安全具有重要意义。
本文将详细介绍密钥交换与数据加密的流程，帮助读者了解这一过程的工作原理及重要性。

二、密钥交换概述

密钥交换是密码学中的一种技术，用于在通信双方之间建立一个共享的秘密密钥，以实现对通信内容的加密保护。
其核心思想是通过一定的算法和协议，使通信双方能够在公开的网络环境中安全地交换密钥信息，从而确保通信的保密性和完整性。
密钥交换技术主要包括RSA算法、Diffie-Hellman密钥交换等。

三、密钥交换流程

密钥交换的流程一般分为以下几个步骤：

1. 密钥生成：通信双方各自生成一对公钥和私钥。公钥用于加密信息，可以公开分享；私钥用于解密信息，需要妥善保管。
2. 密钥交换：通信双方通过某种方式交换公钥。这一过程需要保证公钥传输的安全性，防止被第三方截获。
3. 密钥协商：通信双方收到对方的公钥后，利用收到的公钥和其他算法生成共享的秘密密钥。这个共享密钥将用于后续的通信加密。
4. 验证密钥：通信双方验证生成的共享密钥是否正确，以确保密钥交换过程的安全性。

四、数据加密概述

数据加密是对数据进行编码，以保护数据在存储和传输过程中的安全。
通过数据加密，即使数据被窃取或拦截，攻击者也无法获取原始信息。
数据加密主要包括对称加密和非对称加密两种类型。
对称加密使用相同的密钥进行加密和解密，具有较高的加密速度；非对称加密使用一对公钥和私钥进行加密和解密，具有较高的安全性。

五、数据加密流程

数据加密的流程主要包括以下几个步骤：

1. 选择加密算法：根据实际需求选择合适的加密算法。常见的加密算法包括AES、DES、RSA等。
2. 加密过程：使用选定的加密算法和密钥对数据进行加密处理。加密后的数据将变成密文，无法被未经授权的人员读取。
3. 传输或存储：加密后的数据通过网络传输或存储在存储设备中。
4. 解密过程：接收方收到加密数据后，使用正确的密钥和算法进行解密，恢复原始数据。

六、密钥交换与数据加密的结合应用

在实际应用中，密钥交换与数据加密往往结合使用，以提高通信安全。
例如，通信双方首先通过密钥交换协议生成共享密钥，然后使用该共享密钥对数据进行加密传输。
这种结合应用可以有效地防止数据在传输过程中被窃取或篡改。

七、案例分析

以SSL/TLS协议为例，该协议广泛应用于网络通信中的数据安全传输。
在SSL/TLS协议中，密钥交换和数据加密紧密结合，确保了网页浏览、邮件传输等网络活动的安全性。
通过RSA等非对称加密算法完成密钥交换，然后使用AES等对称加密算法对数据进行加密传输。
这一应用案例充分展示了密钥交换与数据加密在实际场景中的重要性。

八、总结

本文详细介绍了密钥交换与数据加密的流程，包括其基本概念、工作流程以及在实际中的应用。
通过了解这些流程，读者可以更好地理解信息安全领域的密码学原理和技术应用。
在当今互联网时代，保障信息安全显得尤为重要。
因此，掌握密钥交换与数据加密的原理和技术对于维护个人和企业的信息安全至关重要。

怎样实现对私钥（公钥）进行解密？

要实现安全登录，可以采用下面三种方法，一种基于非对称加密算法，一种基于对称加密算法，最后一种基于散列算法。下面我们来分别讨论这三种方法。非对称加密算法中，目前最常用的是 RSA 算法和 ECC（椭圆曲线加密）算法。要采用非对称加密算法实现安全登录的话，首先需要在客户端向服务器端请求登录页面时，服务器生成公钥和私钥，然后将公钥随登录页面一起传递给客户端浏览器，当用户输入完用户名密码点击登录时，登录页面中的 JavaScript 调用非对称加密算法对用户名和密码用用公钥进行加密。然后再提交到服务器端，服务器端利用私钥进行解密，再跟数据库中的用户名密码进行比较，如果一致，则登录成功，否则登录失败。看上去很简单，但是这里有这样几个问题。目前 RSA 算法中，1024－2048 位的密钥被认为是安全的。如果密钥长度小于这个长度，则认为可以被破解。但这样的长度超过了程序设计语言本身所允许的数字运算范围，需要通过模拟来实现大数运算。而在 Web 系统的客户端，如果通过 JavaScript 来模拟大数运行的话，效率将会是很低的，因此要在客户端采用这样的密钥来加密数据的话，许多浏览器会发出执行时间过长，停止运行的警告。然而，解密或者密钥生成的时间相对于加密来说要更长。虽然解密和密钥生成是在服务器端执行的，但是如果服务器端是 PHP、ASP 这样的脚本语言的话，它们也将很难胜任这样的工作。 ECC 算法的密钥长度要求比 RSA 算法要低一些，ECC 算法中 160 位的密钥长度被认为与 RSA 算法中 1024 位的密钥长度的安全性是等价的。虽然仍然要涉及的模拟大数运算，但 ECC 算法的密钥长度的运算量还算是可以接受的，但是 ECC 算法比 RSA 算法要复杂的多，因此实现起来也很困难。对称加密算法比非对称加密算法要快得多，但是对称加密算法需要数据发送方和接受方共用一个密钥，密钥是不能通过不安全的网络直接传递的，否则密钥和加密以后的数据如果同时监听到的话，入侵者就可以直接利用监听到的密钥来对加密后的信息进行解密了。那是不是就不能通过对称加密算法实现安全登录呢？其实只要通过密钥交换算法就可以实现安全登录了，常用的密钥交换算法是 Diffie-Hellman 密钥交换算法。我们可以这样来实现密钥的安全传递，首先在客户端向服务器端请求登录页面时，服务器端生成一个大素数 p，它的本原根 g，另外生成一个随机数 Xa，然后计算出 Ya = gXa mod p，将 p、g、Ya 连同登录页面一起发送给客户端，然后客户端也生成一个随机数 Xb，计算 Yb = gXb mod p，然后再计算 K = YaXb mod p，现在 K 就是密钥，接下来就可以用 K 作密钥，用对称加密算法对用户输入进行加密了，然后将加密后的信息连同计算出来的 Yb 一同发送给服务器端，服务器端计算 K = YbXa mod p，这样就可以得到跟客户端相同的密钥 K 了，最后用客户端加密算法的相应解密算法，就可以在服务器端将加密信息进行解密了，信息解密以后进行比较，一致则登录成功，否则登录失败。需要注意的时候，这里服务器端生成的随机数 Xa 和客户端生成的随机数 Xb 都不传递给对方。传递的数据只有 p、g、Ya、Yb 和加密后的数据。但是如果我们不采用加密算法而采用散列算法对登录密码进行处理的话，可以避免被直接解密出原文，但是如果直接采用 MD5 或者 SHA1 来对登录密码进行处理后提交的话，一旦入侵者监听到散列后的密码，则不需要解密出原文，直接将监听到的数据提交给服务器，就可以实现入侵的目的了。而且，目前 MD5 算法已被破解，SHA1 算法则被证明从理论上可破解，就算采用离线碰撞，也可以找出与原密码等价的密码来。所以直接采用 MD5 或者 SHA1 来对密码进行散列处理也是不可行的。但是如果在散列算法中加入了密钥，情况就不一样了。 hmac 算法正好作了这样的事情，下面我们来看看如何用 hmac 算法实现安全登录。首先在客户端向服务器端请求登录页面时，服务器端生成一个随机字符串，连同登录页面一同发送给客户端浏览器，当用户输入完用户名密码后，将密码采用 MD5 或者 SHA1 来生成散列值作为密钥，服务器端发送来的随机字符串作为消息数据，进行 hmac 运算。然后将结果提交给服务器。之所以要对用户输入的密码进行散列后再作为密钥，而不是直接作为密钥，是为了保证密钥足够长，而又不会太长。服务器端接受到客户端提交的数据后，将保存在服务器端的随机字符串和用户密码进行相同的运算，然后进行比较，如果结果一致，则认为登录成功，否则登录失败。当然如果不用 hmac 算法，直接将密码和服务器端生成的随机数合并以后再做 MD5 或者 SHA1，应该也是可以的。这里客户端每次请求时服务器端发送的随机字符串都是不同的，因此即使入侵者监听到了这个随机字符串和加密后的提交的数据，它也无法再次提交相同的数据通过验证。而且通过监听到的数据也无法计算出密钥，所以也就无法伪造登录信息了。对称和非对称加密算法不仅适用于登录验证，还适合用于最初的密码设置和以后密码修改的过程中，而散列算法仅适用于登录验证。但是散列算法要比对称和非对称加密算法效率高。

密钥交换技术解决什么问题

网络身份验证问题

试分析企业在制定电子商务安全策略时应考虑哪些问题

电子商务的发展已将全球的商务企业都推进到一场真的商业革命大潮中，潮起潮落，安全问题是关键。电子商务系统是活动在Internet平台上的一个涉及信息、资金和物资交易的综合交易系统，其安全对象是一个开放的、人在其中频繁活动的、与社会系统紧密耦合的复杂系统，它是由商业组织本身(包括营销系统、支付系统、配送系统等)与信息技术系统复合构成的。系统的安全目标与安全策略，是由组织的性质与需求所决定的。电子商务安全从整体上可分为两大部分：计算机网络安全和商务交易安全。一、计算机网络安全的内容包括1. 未进行操作系统相关安全配置2. 未进行CGI程序代码审计3. 拒绝服务(Denial of Service)攻击4. 安全产品使用不当5. 缺少严格的网络安全管理制度二、计算机商务交易安全的内容包括1. 窃取信息由于未采用加密措施，数据信息在网络上以明文形式传送，入侵者在数据包经过的网关或路由器上可以截获传送的信息。通过多次窃取和分析，可以找到信息的规律和格式，进而得到传输信息的内容，造成网上传输信息泄密。 2. 篡改信息当入侵者掌握了信息的格式和规律后，通过各种技术手段和方法，将网络上传送的信息数据在中途修改，然后再发向目的地。这种方法并不新鲜，在路由器或网关上都可以做此类工作。 3. 假冒由于掌握了数据的格式，并可以篡改通过的信息，攻击者可以冒充合法用户发送假冒的信息或者主动获取信息，而远端用户通常很难分辨。 4. 恶意破坏由于攻击者可以接入网络，则可能对网络中的信息进行修改，掌握网上的机要信息，甚至可以潜入网络内部，其后果是非常严重的。三、电子商务对安全环境的要求1. 确保信息的安全要求包括有效性、机密性、完整性、可靠性/不可抵赖性/鉴别等2. 确保授权合法性3. 确保交易者身份的确定性4. 确保内部网的严密性四、电子商务网络安全保护措施电子商务的一个重要技术特征是利用计算机技术来传输和处理商业信息。因此，电子商务安全问题的对策从整体上可分为计算机网络安全措施和商务交易安全措施两大部分。 (一) 计算机网络问题的解决措施1. 保护网络安全2. 保护应用安全3. 保护系统安全(二) 电子商务安全问题的解决措施经过数十年的探索，电子商务安全防范策略从最初的商务信息保密性发展到商务信息的完整性、可用性、可控性和不可否认性，进而又发展为“攻、防、测、控、管、评”等多方面的基础理论和实施技术。目前，电子商务安全领域已经形成了9大核心技术，它们是：密码技术、身份验证技术、访问控制技术、防火墙技术、安全内核技术、网络反病毒技术、信息泄露防治技术、网络安全漏洞扫描技术、入侵检测技术。 1. 加密技术加密技术是电子商务采取的基本安全措施，交易双方可根据需要在信息交换的阶段使用。加密技术分为两类，即对称加密和非对称加密。 1) 对称加密对称加密又称私钥加密，即信息的发送方和接收方用同一个密钥去加密和解密数据。它的最大优势是加/解密速度快，适合于对大数据量进行加密，但密钥管理困难。如果进行通信的双方能够确保专用密钥在密钥交换阶段未曾泄露，那么机密性和报文完整性就可以通过这种加密方法加密机密信息、随报文一起发送报文摘要或报文散列值来实现。 2) 非对称加密非对称加密又称公钥加密，使用一对密钥来分别完成加密和解密操作，其中一个公开发布(即公钥)，另一个由用户自己秘密保存(即私钥)。信息交换的过程是：甲方生成一对密钥并将其中的一把作为公钥向其他交易方公开，得到该公钥的乙方使用该密钥对信息进行加密后再发送给甲方，甲方再用自己保存的私钥对加密信息进行解密。 2. 认证技术认证技术是用电子手段证明发送者和接收者身份及其文件完整性的技术，即确认双方的身份信息在传送或存储过程中未被篡改过。 1) 数字签名数字签名也称电子签名，如同出示手写签名一样，能起到电子文件认证、核准和生效的作用。其实现方式是把散列函数和公开密钥算法结合起来，发送方从报文文本中生成一个散列值，并用自己的私钥对这个散列值进行加密，形成发送方的数字签名;然后，将这个数字签名作为报文的附件和报文一起发送给报文的接收方;报文的接收方首先从接收到的原始报文中计算出散列值，接着再用发送方的公开密钥来对报文附加的数字签名进行解密;如果这两个散列值相同，那么接收方就能确认该数字签名是发送方的。数字签名机制提供了一种鉴别方法，以解决伪造、抵赖、冒充、篡改等问题。 2) 数字证书数字证书是一个经证书授权中心数字签名的包含公钥拥有者信息以及公钥的文件数字证书的最主要构成包括一个用户公钥，加上密钥所有者的用户身份标识符，以及被信任的第三方签名第三方一般是用户信任的证书权威机构(CA)，如政府部门和金融机构。用户以安全的方式向公钥证书权威机构提交他的公钥并得到证书，然后用户就可以公开这个证书。任何需要用户公钥的人都可以得到此证书，并通过相关的信任签名来验证公钥的有效性。数字证书通过标志交易各方身份信息的一系列数据，提供了一种验证各自身份的方式，用户可以用它来识别对方的身份。 3. 电子商务的安全协议除上文提到的各种安全技术之外，电子商务的运行还有一套完整的安全协议。目前，比较成熟的协议有SET、SSL等。 1) 安全套接层协议SSLSSL协议位于传输层和应用层之间，由SSL记录协议、SSL握手协议和SSL警报协议组成的。 SSL握手协议被用来在客户与服务器真正传输应用层数据之前建立安全机制。当客户与服务器第一次通信时，双方通过握手协议在版本号、密钥交换算法、数据加密算法和Hash算法上达成一致，然后互相验证对方身份，最后使用协商好的密钥交换算法产生一个只有双方知道的秘密信息，客户和服务器各自根据此秘密信息产生数据加密算法和Hash算法参数。 SSL记录协议根据SSL握手协议协商的参数，对应用层送来的数据进行加密、压缩、计算消息鉴别码MAC，然后经网络传输层发送给对方。 SSL警报协议用来在客户和服务器之间传递SSL出错信息。 2) 安全电子交易协议SETSET协议用于划分与界定电子商务活动中消费者、网上商家、交易双方银行、信用卡组织之间的权利义务关系，给定交易信息传送流程标准。 SET主要由三个文件组成，分别是SET业务描述、SET程序员指南和SET协议描述。 SET协议保证了电子商务系统的机密性、数据的完整性、身份的合法性。 SET协议是专为电子商务系统设计的。它位于应用层，其认证体系十分完善，能实现多方认证。在SET的实现中，消费者帐户信息对商家来说是保密的。但是SET协议十分复杂，交易数据需进行多次验证，用到多个密钥以及多次加密解密。而且在SET协议中除消费者与商家外，还有发卡行、收单行、认证中心、支付网关等其它参与者。总之，电子商务是国民经济和社会信息化的重要组成部分，对我国实现全面建设小康社会的宏伟目标具有十分重要的意义。我国电子商务仍处在起步阶段，还存在着应用范围不广、水平不高和安全威胁等问题，我们面前的道路只能是制定并不断完善加快电子商务发展的具体政策措施，持续推进我国电子商务健康发展。