密码学新方向

密码学的新方向
一、引言
一般来讲，信息安全主要包括系统安全及数据安全两方面的内容。系统安全一般采用防火墙、病毒查杀、防范等被动措施；而数据安全则主要是指采用现代密码技术 对数据进行主动保护，如数据保密、数据完整性、数据不可否认与抵赖、双向身份认证等。
密码技术是保障信息安全的核心技术。密码技术在古代就已经得到应用 ，但仅限于外交和军事等重要领域。随着现代计算机技 术的飞速发展，密码技术正在不断向更多其他领域渗透。它是集数学 、计算机科学、电子与通信等诸多学科于一身的交叉学 科。密码技术不仅能够保证机密性信息的加密,而且完成数字签名、身份验证、系统安全等功能。所以，使用密码技术不仅可以保证信息的机密性，而且可以保证信 息的完整性和确证性，防止信息被篡改、伪造和假冒。
　
二、密码学基础 及新方向提出的前提　
密码学(Cryptography)包括密码编码学和密码分析学。密码体制设计是密码编码学的主要内容，密码体制的破译是密码分析学的主要内容，密码编码 技术和密码分析技术是相互依相互支持、密不可分的两个方面。
密码体制有对称密钥密码体制和非对称密钥密码体制。对称密钥密码体制要求加密解密双方拥有相同的密钥。而非对称密钥密码体制是加密解密双方拥有不相同的密 钥，在不知道陷门信息的情况下，加密密钥和解密密钥是不能相互算出的。
然而密码学不仅仅只包含编码与破译，而且包括安全管理、安全协议设计、散列函数 等内容。不仅如此，密码学的进一步发展，涌现了大量 的新技术和新概念 ，如零知识 证明技术、盲签名、量子密码技术、混沌密码等。
密码学还有许许多多这样的问题。当前,密码学发展面临着挑战和机遇。计算机网络通信技术的发展和信息时代的到来，给密码学提供了前所未有的发展机遇。在密 码理论、密码技术、密码保障、密码管理等方面进行创造性思维，去开辟密码学发展的新纪元才是我们的追求。
三、密码学的新方向
对称密钥密码体制中,加密运算与解密运算使用同样的密钥。这种体制所使用的加密算法比较简单，而且高效快速、密钥简短、破译困难，但是存在着密钥传送和保 管的问题。例如：甲方与乙方通讯，用同一个密钥加密与解密。首先，将密钥分发出去是一个难题，在不安全的网络上分发密钥显然是不合适的；另外，如果甲方和 乙方之间任何一人将密钥泄露，那么大家都要重新启用新的密钥。
通常,使用的加密算法 比较简便高效,密钥简短,破译极其困难。但是,在公开的计算机网络上安全地传送和保管 密钥是一个严峻的问题。
1976年,Diffie和Hellman为解决密钥管理问题,在他们的奠基性 的工作”密码学的新方向”一文中,提出一种密钥交换协议,允许在不安全的媒体上通讯双方 交换信息,安全地达成一致的密钥,它是基于离散指数加密算法的新方案:交易双方仍然需要协商密钥，但离散指数算法的妙处在于:双方可以公开提交某些用于运 算的数据，而密钥却在各自计算机上产生，并不在网上传递。在此新思想的基础上,很快出现了”不对称密钥密码体 制”,即”公开密钥密码体制”,其中加密密钥不同于解密密钥,加密密钥公之于众,谁都可以 用,解密密钥只有解密人自己知道,分别称为”公开密钥”(public-key)和”秘密密钥”(priv ate-key), 由于公开密钥算法不需要联机密钥服务器，密钥分配协议简单，所以极大地简化了密钥管理。除加密功能外，公钥系统还可以提供数字签名。目前，公开密钥加密算 法主要有RSA、Fertezza、EIGama等。
我们说区分古典密码和现代密码的标志，也就是从76年开始，迪非，赫尔曼发表了一篇叫做《密码学的新方向》的文章，这篇文章是划时代的；同时1977年美 国的数据加密标准（DES）公布，这两件事情导致密码学空前研究。以前都认为密码是政府、军事、外交、安全等部门专用，从这时候起，人们看到密码已由公用 到民用研究，这种转变也导致了密码学的空前发展。
　　迄今为止的所有公钥密码体系中，RSA系统是最著名、使用最广泛的一种。RSA公开密钥密码系统是由R.Rivest、A.Shamir和 L.Adleman三位教授于1977年提出的，RSA的取名就是来自于这三位发明者姓氏的第一个字母。
RSA算法研制的最初目标是解决利用公开信道传输分发 DES 算法的秘密密钥的难题。而实际结果不但很好地解决了这个难题，还可利用 RSA 来完成对电文的数字签名，以防止对电文的否认与抵赖，同时还可以利用数字签名较容易地发现攻击者对电文的非法篡改，从而保护数据信息的完整性。
公用密钥的优点就在于：也许使用者并不认识某一实体，但只要其服务器认为该实体的CA(即认证中心Certification Authority的缩写)是可靠的，就可以进行安全通信，而这正是Web商务这样的业务所要求的。例如使用信用卡购物，服务方对自己的资源 可根据客户 CA的发行机构的可靠程度来授权。目前国内外尚没有可以被广泛信赖的CA，而由外国公司充当CA在我国是非常危险的。
公开密钥密码体制较秘密密钥密码体制处理速度慢，因此，通常把这两种技术结合起来能实现最佳性能。即用公开密钥密码技术在通信双方之间传送秘密密钥，而用 秘密密钥来对实际传输的数据加密解密。

四、密码学的最新进展
在实际应用中不仅需要算法本身在数学证明上是安全的，同时也需要算法在实际应用中也是安全的。因此，在密码分析和攻击手段不断进步，计算机运算速度不断提 高以及密码应用需求不断增长的情况下，迫切需要发展密码理论和创新密码算法，在最近研究中，对密码学的发展提出了更多的新技术与新的研究方向．
1、在线/离线密码学
　　非对称密码的执行效率不能很好地满足速度的需要．针对效率问题，在线/离线的概念被提出。其主要观点是将一个密码体制分成两个阶段：在线执行阶段和离 线执行阶段。在离线执行阶段，一些耗时较多的计算可以预先被执行。在在线阶段，一些低计算量的工作被执行。
　　2.圆锥 曲线 密码学
　　圆锥曲线密码学是1998年由本文第一作者首次提出，C.Schnorr认为，除椭圆曲线密码以外这是人们最感兴趣的密码算法。在圆锥曲线群上的各项 计算比椭圆曲线群上的更简单，一个令人激动的特征是在其上的编码和解码都很容易被执行。同时，还可以建立模n的圆锥曲线群，构造等价于大整数分解的密码。
　　3.代理密码学
　　代理密码学包括代理签名和代理密码系统。两者都提供代理功能，另外分别提供代理签名和代理解密功能。　
　　4.密钥托管问题
　　在密钥托管系统中，法律强制访问域LEAF(Law Enforcement Access Field)是被通信加密和存储的额外信息块，用来保证合法政府实体或被授权第三方获得通信的明文消息。对于一个典型的密钥托管系统，LEAF可以通过获 得通信的解密密钥来构造。为了更合理，可以将密钥分成一些密钥碎片，用不同的密钥托管代理的公钥加密密钥碎片，再将加密的密钥碎片通过门限化的方法合成。 以此来解决“一次监控，永远监控”和“用户密钥完全地依赖于可信任托管机构”的问题。
　　5.基于身份的密码学
　　基于身份的密码学是由Shamir于1984年提出的。主要观点是，系统中不需要证书，可以使用用户的标识如姓名、电子邮件地址等作为公钥。用户的私 钥通过一个被称作私钥生成器PKG(Private Key Generator)的可信任第三方进行计算得到。目前，基于身份的方案包括基于身份的加密体制、可鉴别身份的加密和签密体制、签名体制、密钥协商体制、 鉴别体制、门限密码体制、层次密码体制等。
　　6.多方密钥协商问题
　　当前已有的密钥协商协议包括双方密钥协商协议、双方非交互式的静态密钥协商协议、双方一轮密钥协商协议、双方可验证身份的密钥协商协议以及三方相对应 类型的协议。如何设计多方密钥协商协议？存在多元线性函数(双线性对的推广)吗？如果存在，我们能够构造基于多元线性函数的一轮多方密钥协商协议。而且， 这种函数如果存在的话，一定会有更多的密码学应用。然而，直到现在，在密码学中，这个问题还远远没有得到解决。
　　7.可证安全性密码学
　　　对于公钥加密和数字签名等方案，我们建立相应的安全模型。在相应的安全模型，定义各种所需的安全特性。对于模型的安全性，目前可用的最好的证明方法 是随机预言模型ROM(Random Oracle Model)。这是由Bellare和Rogaway于1993年提出的，它是一种非标准化的计算模型。在这个模型中，任何具体的对象例如哈希函数，都被 当作随机对象。它允许人们规约参数到相应的计算，哈希函数被作为一个预言返回值，对每一个新的查询，将得到一个随机的应答。规约使用一个对手作为一个程序 的子例程，但是，这个子例程又和数学假设相矛盾，例如RSA是单向算法的假设。概率 理论和技术在随机预言模型中被广泛使用。
　　
五、结束语　　
密码学还有许许多多这样的问题。当前,密码学发展面临着挑战和机遇。计算机网络通信技术的发展和信息时代的到来，给密码学提供了前所未有的发展机遇。在密 码理论、密码技术、密码保障、密码管理等方面进行创造性思维，去开辟密码学发展的新纪元才是我们的追求。

参考文献：
1．冯登国，裴定一密码学导引【M】北京 科学出版社．1999
2．冯登国．国内91、密码学研究现状与发展趋势．通讯学报，2002．

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