基于混合密码体制的数据加密模型的研究
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在实际应用系统中， 通常将对称加密和非对称加密以 及不可逆加密结合起来使用，即混合加密体系.在混合加密 体系中，使用对称加密对要发送的数据进行加密，使用非对 称加密来加密对称加密算法的密钥， 使用不可逆加密来实 现对数据完整性的验证， 使用数字签名来验证发送者的身 份.这样就可以综合发挥各种算法的优点，既加快了加密解 密的速度，又解决了密钥保存和管理困难的问题；既起到了 加密的作用， 又实现了对数据完整性以及来源真实性的验 证. 3 实际系统中的数据加密解密过程
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基于混合密码体制的数据加密模型的研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
李瑞俊 集宁师范学院 计算机系,内蒙古 乌兰察布,012000
赤峰学院学报（自然科学版） Journal of Chifeng University 2014(18)
参考文献(4条) 1.李卫 计算机网络安全与管理 2004 2.邵波;王其和 计算机网络安全技术及应用 2005 3.卢开澄 计算机密码学 1999 4.谢希仁 计算机网络 2004
非对称加密的收发双方使用两个不同的密钥进行加密 解密，虽然要求它们必须配对使用，但它们的使用者却是分 离的，即各自使用自己的密钥加密或者解密，这样就很好地 避免了密钥的传输安全性问题； 尽管非对称加密适应了网 络对开放性的要求，但算法复杂，加密解密数据速度较慢. 2.3 无密钥加密
还有一种加密算法值得一提，这就是无密钥加密算法， 又称为不可逆加密算法. 它的特点是加密过程不需要密钥， 并且经过加密的数据无法被解密， 只有同样的输入信息经 过同样的不可逆算法才能得到相同的输出信息， 由于无法 从密文解密出明文，因此不可逆加密算法不适合数据加密， 而常用于进行数据完整性验证.
引用本文格式：李瑞俊 基于混合密码体制的数据加密模型的研究[期刊论文]-赤峰学院学报（自然科学版）
2014(18)
1 数据加密的基本概念 数据加密是通过信息的表现形式来伪装需要保护的敏
感信息，使非授权者不能了解被保护信息内容的过程.下面 先说明几个概念.
明文：需要隐蔽的原始信息，即待加密的信息.密文：隐 蔽以后的信息，即加密后的信息.加密：由明文生成密文的变 换过程.解密：由密文恢复明文的变换过程.加密算法：对明 文进行加密时采用的规则和方法.解密算法：对密文进行解 密时采用的规则和方法.加密密钥：加密时，加密算法所使用 的一种用于从明文映射到密文的工具.解密密钥：解密时，解 密算法所使用的一种用于从密文映射到明文的工具. 2 数据加密技术
而认证模型则不同，在认证模型中，发送方用自己的私 钥对明文进行加密得到密文，然后实现密文传输，接收方收 到密文后，使用发送方的公钥解密得到明文.这样就达到了 认证的目的，因为发送方是用自己的私钥加密的，而私钥是 发送方所独有的， 所以第三方是无法冒充发送方来生成密 文的，当然也唯一的验证了发送方的身份. 2.2.4 非对称加密的优缺点
非对称加密又称为公钥加密或双密钥加密， 它要求发 送方用于加密的密钥和接收方用于解密的密钥是互不相同 的，而且不能从其中的一个密钥推导出另一个密钥.也就是 说，它将加密功能和解密功能分离，其中一个密钥称为公开 密钥（简称公钥），它是不需要保密的或者说是可以公开的， 另一个密钥称为私有密钥（简称私钥），它是秘密保存的.公 钥和私钥必须配对使用， 只有两者搭配使用才能完成加密 解密的全过程. 2.2.2 非对称加密模型
非对称加密有两种模型：一种是加密模型，另一种是认 证模型.见图 2 和图 3.
图 1 对称密码体制的模型 2.1.3 对称加密原理
对称加密的收发双方使用同一个密钥进行加密解密， 所以要求密钥一定是保密的.发送方用密钥对明文进行加密 得到密文，然后实现密文传输，接收方接收到密文后用同一 个密钥进行解密得到明文， 所以这就要求在第三方不掌握 密钥的情况下， 即使截获了密文， 也无法从密文恢复为明 文，即从密文求得明文是极其困难的，为了达到这一点，要求 加密解密算法应该是复杂的，但是要便于计算机快速实现.
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图 2 公钥密码体制的加密模型
图 3 公钥密码体制的认证模型 2.2.3 非对称加密原理
对于加密模型来讲， 显然发送方在加密数据前首先必
须知道接收方的公钥， 然后利用接收方的公钥对明文进行 加密得到密文，然后实现密文传输，接收方得到密文后，使 用自己的私钥解密，得到明文.这样一旦数据被加密，那么只 有接收方才能解密，因为只有接收方才有解密用的私钥，而 这个私钥是接收方绝对保密的， 所以这样就起到了数据加 密的作用.
摘 要： 当前，随着互联网的空前发展和不断普及，网络安全已经成为当今网络社会的焦点问题.由于互联网本身的不安 全性，不仅需要对存储的数据进行加密，而且更重要的是如何保证数据在传输过程中的安全性.本文从数据加密的角度，构建 了一种基于混合密码体制的数据加密模型.
关键词： 数据加密；密钥；公钥加密；不可逆加密 中图分类号：TP309.7 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2014）09-0010-02
数字签名是用于确认发送方身份和验证数据完整性的 一个加密的消息摘要， 它是建立在公钥加密体制和安全单 向散列函数的组合基础之上的， 数字签名没有提供信息内 容的保密性， 因为许多时候证明信息的来源真实性以及信 息的完整性要比隐蔽信息的内容更加重要， 也就是说只需 验证信息的完整性和确认发送者的身份， 而不需要信息的 保密性. 2.4 混合加密体系
图 4 基于混合密码体制的数据加密模型
综合上面的阐述得知，公钥密码体制灵活，但速度慢； 对称加密体制速度快，但密钥分发和管理困难.为了既能有 效的保证数据传输的机密性和完整性， 又能保证对数据源 的认证，所以提出了上述的混合加密体制，图 4 即给出了这 种基于混合密码体制的数据加密模型.
加密解密过程描述： （1）加密明文.加密过程采用对称加密算法，这时需要用 到保密密钥，为了更进一步提高安全性，所以使用一次性保 密密钥. （2）加密一次性保密密钥.因为一次性保密密钥也需要 传输到接收方，并且一定要保证它的保密性，所以对一次性 保密密钥也需要加密， 加密过程采用非对称加密算法的加 密模型，即用接收方的公钥加密，生成加密后的一次性保密 密钥. （3）生成消息摘要.为了达到完整性的验证，这时还需要 用不可逆加密算法（例如：安全单向散列函数）来生成消息 摘要. （4）生成数字签名.为了验证发送方的身份，需要针对消 息摘要再生成数字签名， 这个过程采用非对称加密算法的 认证模型，即用发送方的私钥对消息摘要进行加密，生成数 字签名. （5）传输密文、加密后的一次性保密密钥以及数字签名 到接收方. （6）恢复一次性保密密钥.接收方收到发送方传输过来 的密文、加密后的保密密钥以及数字签名后，首先通过自己 的私钥解密那个加密后的保密密钥，得到一次性保密密钥. （7）恢复明文.接收方根据上一步得到的一次性保密密 钥解密密文，得到明文. （8）得到消息摘要.接收方通过发送方的公钥解密数字 签名，得到消息摘要. （9）生成消息摘要.接收方根据第（7）步解密得到的明 文，再用同样地安全单向散列函数得到一个消息摘要. （10）核对消息摘要.接收方核对上述（8）、（9）两步的这 两个消息摘要是否一致， 如果一致则说明信息在传输中未 被修改，即完整性得到了验证；否则说明信息的完整性遭到 破坏. 这样就完成了数据加密解密的全过程， 既做到了对明 文的加密，又做到了完整性的验证，也做到了身份认证，至 此数据加密解密过程结束. 对于数据加密技术来讲，加密和解密是一对矛盾，任何 加密方法都不可能保证数据的绝对安全.随着加密技术的发 展和改进，将有更安全更易于实现的算法不断产生，数据的 安全性也会进一步提高. 为数据安全提供更为有力的保障、 探讨一种相对安全的加密模式是科技工作者共同努力的目 标. — —— —— —— —— —— —— —— —— —— 参考文献： 〔1〕李卫.计算机网络安全与管理[M].北京:清 华 大 学 出 版 社, 2004. 〔2〕邵波,王其和.计算机网络安全技术及 应 用[M].北 京:电 子 工 业 出 版 社 ,2005. 〔3〕卢 开 澄 .计 算 机 密 码 学 [M].北 京 :清 华 大 学 出 版 社 ,1999. 〔4〕谢 希 仁 .计 算 机 网 络 [M].北 京 :清 华 大 学 出 版 社 ,2004.
数据加密技术是计算机网络安全的关键所在.在计算机 网络中数据加密技术有很多种分类方法， 如果按照收发双 方加密解密时使用的密钥是否相同来分类， 可以分为对称 加密和非对称加密. 2.1 对称加密 2.1.1 概念
对称加密又称为常规加密、 保密密钥加密或单密钥加 密， 它要求发送方用于加密的密钥和接收方用于解密的密 钥是相同的. 2.1.2 对称加密模型
对称密码体制的模型比较简单，见图 1.
2.1.4 对称加密的优缺点 因为加密解密使用相同的密钥， 因而对称加密简化了
加密解密的处理过程，所以计算量小，加密效率高，加密解 密速度快，适合于大批量数据加密的场合；但同样是因为加 密解密使用相同的密钥， 所以对称加密技术的安全性完全 依赖于对密钥的保密性， 保证密钥的安全性来自百度文库就成为了对 称加密技术的关键所在，否则密钥一旦泄漏，整个加密系统 就如同虚设，因此密钥的分发和管理困难. 2.2 非对称加密 2.2.1 概念
第 30 卷 第 9 期（下） 2014 年 9 月
赤 峰 学 院 学 报（自 然 科 学 版 ） Journal of Chifeng University（Natural Science Edition）
Vol. 30 No.9 Sep. 2014
基于混合密码体制的数据加密模型的研究
李瑞俊
（集宁师范学院 计算机系， 内蒙古 乌兰察布 012000）
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基于混合密码体制的数据加密模型的研究
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
李瑞俊 集宁师范学院 计算机系,内蒙古 乌兰察布,012000
赤峰学院学报（自然科学版） Journal of Chifeng University 2014(18)
参考文献(4条) 1.李卫 计算机网络安全与管理 2004 2.邵波;王其和 计算机网络安全技术及应用 2005 3.卢开澄 计算机密码学 1999 4.谢希仁 计算机网络 2004
非对称加密的收发双方使用两个不同的密钥进行加密 解密，虽然要求它们必须配对使用，但它们的使用者却是分 离的，即各自使用自己的密钥加密或者解密，这样就很好地 避免了密钥的传输安全性问题； 尽管非对称加密适应了网 络对开放性的要求，但算法复杂，加密解密数据速度较慢. 2.3 无密钥加密
还有一种加密算法值得一提，这就是无密钥加密算法， 又称为不可逆加密算法. 它的特点是加密过程不需要密钥， 并且经过加密的数据无法被解密， 只有同样的输入信息经 过同样的不可逆算法才能得到相同的输出信息， 由于无法 从密文解密出明文，因此不可逆加密算法不适合数据加密， 而常用于进行数据完整性验证.
引用本文格式：李瑞俊 基于混合密码体制的数据加密模型的研究[期刊论文]-赤峰学院学报（自然科学版）
2014(18)
1 数据加密的基本概念 数据加密是通过信息的表现形式来伪装需要保护的敏
感信息，使非授权者不能了解被保护信息内容的过程.下面 先说明几个概念.
明文：需要隐蔽的原始信息，即待加密的信息.密文：隐 蔽以后的信息，即加密后的信息.加密：由明文生成密文的变 换过程.解密：由密文恢复明文的变换过程.加密算法：对明 文进行加密时采用的规则和方法.解密算法：对密文进行解 密时采用的规则和方法.加密密钥：加密时，加密算法所使用 的一种用于从明文映射到密文的工具.解密密钥：解密时，解 密算法所使用的一种用于从密文映射到明文的工具. 2 数据加密技术
而认证模型则不同，在认证模型中，发送方用自己的私 钥对明文进行加密得到密文，然后实现密文传输，接收方收 到密文后，使用发送方的公钥解密得到明文.这样就达到了 认证的目的，因为发送方是用自己的私钥加密的，而私钥是 发送方所独有的， 所以第三方是无法冒充发送方来生成密 文的，当然也唯一的验证了发送方的身份. 2.2.4 非对称加密的优缺点
非对称加密又称为公钥加密或双密钥加密， 它要求发 送方用于加密的密钥和接收方用于解密的密钥是互不相同 的，而且不能从其中的一个密钥推导出另一个密钥.也就是 说，它将加密功能和解密功能分离，其中一个密钥称为公开 密钥（简称公钥），它是不需要保密的或者说是可以公开的， 另一个密钥称为私有密钥（简称私钥），它是秘密保存的.公 钥和私钥必须配对使用， 只有两者搭配使用才能完成加密 解密的全过程. 2.2.2 非对称加密模型
非对称加密有两种模型：一种是加密模型，另一种是认 证模型.见图 2 和图 3.
图 1 对称密码体制的模型 2.1.3 对称加密原理
对称加密的收发双方使用同一个密钥进行加密解密， 所以要求密钥一定是保密的.发送方用密钥对明文进行加密 得到密文，然后实现密文传输，接收方接收到密文后用同一 个密钥进行解密得到明文， 所以这就要求在第三方不掌握 密钥的情况下， 即使截获了密文， 也无法从密文恢复为明 文，即从密文求得明文是极其困难的，为了达到这一点，要求 加密解密算法应该是复杂的，但是要便于计算机快速实现.
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图 2 公钥密码体制的加密模型
图 3 公钥密码体制的认证模型 2.2.3 非对称加密原理
对于加密模型来讲， 显然发送方在加密数据前首先必
须知道接收方的公钥， 然后利用接收方的公钥对明文进行 加密得到密文，然后实现密文传输，接收方得到密文后，使 用自己的私钥解密，得到明文.这样一旦数据被加密，那么只 有接收方才能解密，因为只有接收方才有解密用的私钥，而 这个私钥是接收方绝对保密的， 所以这样就起到了数据加 密的作用.
摘 要： 当前，随着互联网的空前发展和不断普及，网络安全已经成为当今网络社会的焦点问题.由于互联网本身的不安 全性，不仅需要对存储的数据进行加密，而且更重要的是如何保证数据在传输过程中的安全性.本文从数据加密的角度，构建 了一种基于混合密码体制的数据加密模型.
关键词： 数据加密；密钥；公钥加密；不可逆加密 中图分类号：TP309.7 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2014）09-0010-02
数字签名是用于确认发送方身份和验证数据完整性的 一个加密的消息摘要， 它是建立在公钥加密体制和安全单 向散列函数的组合基础之上的， 数字签名没有提供信息内 容的保密性， 因为许多时候证明信息的来源真实性以及信 息的完整性要比隐蔽信息的内容更加重要， 也就是说只需 验证信息的完整性和确认发送者的身份， 而不需要信息的 保密性. 2.4 混合加密体系
图 4 基于混合密码体制的数据加密模型
综合上面的阐述得知，公钥密码体制灵活，但速度慢； 对称加密体制速度快，但密钥分发和管理困难.为了既能有 效的保证数据传输的机密性和完整性， 又能保证对数据源 的认证，所以提出了上述的混合加密体制，图 4 即给出了这 种基于混合密码体制的数据加密模型.
加密解密过程描述： （1）加密明文.加密过程采用对称加密算法，这时需要用 到保密密钥，为了更进一步提高安全性，所以使用一次性保 密密钥. （2）加密一次性保密密钥.因为一次性保密密钥也需要 传输到接收方，并且一定要保证它的保密性，所以对一次性 保密密钥也需要加密， 加密过程采用非对称加密算法的加 密模型，即用接收方的公钥加密，生成加密后的一次性保密 密钥. （3）生成消息摘要.为了达到完整性的验证，这时还需要 用不可逆加密算法（例如：安全单向散列函数）来生成消息 摘要. （4）生成数字签名.为了验证发送方的身份，需要针对消 息摘要再生成数字签名， 这个过程采用非对称加密算法的 认证模型，即用发送方的私钥对消息摘要进行加密，生成数 字签名. （5）传输密文、加密后的一次性保密密钥以及数字签名 到接收方. （6）恢复一次性保密密钥.接收方收到发送方传输过来 的密文、加密后的保密密钥以及数字签名后，首先通过自己 的私钥解密那个加密后的保密密钥，得到一次性保密密钥. （7）恢复明文.接收方根据上一步得到的一次性保密密 钥解密密文，得到明文. （8）得到消息摘要.接收方通过发送方的公钥解密数字 签名，得到消息摘要. （9）生成消息摘要.接收方根据第（7）步解密得到的明 文，再用同样地安全单向散列函数得到一个消息摘要. （10）核对消息摘要.接收方核对上述（8）、（9）两步的这 两个消息摘要是否一致， 如果一致则说明信息在传输中未 被修改，即完整性得到了验证；否则说明信息的完整性遭到 破坏. 这样就完成了数据加密解密的全过程， 既做到了对明 文的加密，又做到了完整性的验证，也做到了身份认证，至 此数据加密解密过程结束. 对于数据加密技术来讲，加密和解密是一对矛盾，任何 加密方法都不可能保证数据的绝对安全.随着加密技术的发 展和改进，将有更安全更易于实现的算法不断产生，数据的 安全性也会进一步提高. 为数据安全提供更为有力的保障、 探讨一种相对安全的加密模式是科技工作者共同努力的目 标. — —— —— —— —— —— —— —— —— —— 参考文献： 〔1〕李卫.计算机网络安全与管理[M].北京:清 华 大 学 出 版 社, 2004. 〔2〕邵波,王其和.计算机网络安全技术及 应 用[M].北 京:电 子 工 业 出 版 社 ,2005. 〔3〕卢 开 澄 .计 算 机 密 码 学 [M].北 京 :清 华 大 学 出 版 社 ,1999. 〔4〕谢 希 仁 .计 算 机 网 络 [M].北 京 :清 华 大 学 出 版 社 ,2004.
数据加密技术是计算机网络安全的关键所在.在计算机 网络中数据加密技术有很多种分类方法， 如果按照收发双 方加密解密时使用的密钥是否相同来分类， 可以分为对称 加密和非对称加密. 2.1 对称加密 2.1.1 概念
对称加密又称为常规加密、 保密密钥加密或单密钥加 密， 它要求发送方用于加密的密钥和接收方用于解密的密 钥是相同的. 2.1.2 对称加密模型
对称密码体制的模型比较简单，见图 1.
2.1.4 对称加密的优缺点 因为加密解密使用相同的密钥， 因而对称加密简化了
加密解密的处理过程，所以计算量小，加密效率高，加密解 密速度快，适合于大批量数据加密的场合；但同样是因为加 密解密使用相同的密钥， 所以对称加密技术的安全性完全 依赖于对密钥的保密性， 保证密钥的安全性来自百度文库就成为了对 称加密技术的关键所在，否则密钥一旦泄漏，整个加密系统 就如同虚设，因此密钥的分发和管理困难. 2.2 非对称加密 2.2.1 概念
第 30 卷 第 9 期（下） 2014 年 9 月
赤 峰 学 院 学 报（自 然 科 学 版 ） Journal of Chifeng University（Natural Science Edition）
Vol. 30 No.9 Sep. 2014
基于混合密码体制的数据加密模型的研究
李瑞俊
（集宁师范学院 计算机系， 内蒙古 乌兰察布 012000）