论数据加密在网络安全中的应用方案

・信息安全技术及应用・　论数据加密在网络安全中的应用方案　何摘明　ｆ广州康大职业技术学院计算机科学与技术，广东广州５１１３６３）　要：本文在明确数据加密技术在网络中作用的基础上，首先简要阐述了相关数据加密技术，接着重点研究了认证方式的具　体应用方案，有效实现了用户和服务器间的相互认证，能显著增强网络系统的安全性。　关键词：数据加密；身份认证；网络安全　中图分类号：ＴＰ２７４　文献标识码：Ａ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｄａｔａ　Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ＨＥ　Ｍｉｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｋａｎｇｄａ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　１　３６３）　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｄａｔａ　ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　我们已经步人“网络时代”，在企业、政府、家庭、个人纷纷上　网，电子商务、网站建设风起云涌的同时，网络安全及其相关问　题也越来越突出。网络上的安全问题主要有以下几种：窃听、篡　分析等攻击手段的影响；存储口令Ｈａｓｈ值则易受到字典攻击。　本文在挑战／应答方案的基础上，设计了一种实用有效的一次性　口令身份认证方案。　改、冒　解决这些问题的有效手段之—就是使用数据加密技术。　本方案中使用下列标志：ＩＤ表示用户Ａ的身份标识符；ｐｗ　代表用户的登录口令；ＰＡ代表用户的公钥；Ｋ　Ｋ　分别代表服务　器的公钥和私钥；Ｋ表示用户与服务器之间的会话密钥。　２．２注册过程　数据加密技术是保障信息安全的最基本、最核心的技术措　施。数据加密也是现代密码学的主要组成部分，主要是通过对数　据的加密和数字签名来实现的。本文主要研究数字签名方式的　身份验证。　当用户在第一次使用此身份认证方案之前必须在服务器注　册，完成系统初始化。具体分以下几步完成：　（１）用户向服务器提出注册请求。　（２）ＪＪ￣务器选择一条安全的椭圆曲线。生成自己的公私钥对　（ＫｓＲ、Ｋ￥）并将Ｋ　传送给用户。　（３）用户将ＩＤ由Ｋ　加密传送给服务器。　ｆ４）服务器解密ＩＤ，看ＩＤ是否在列表中，如果在提示用户重　１　网络安全中的数据加密技术　网络数据加密的实现是由密码技术来完成的。密码技术可　应用在两大服务中：密码体制，如加密、解密、口令存储等；认证和　完整性，如实体认证、数字签名等。从而协助达到对网络传送数　据的保密、完整性和验证的目的。　密码体制包括单钥和双钥，单钥体制的加密密钥和解密密　钥相同。在进行保密通信之前，双方都必须持有本次通信的密　新输入，如果不在提示用户输入认证数据。　（５）用户在［１，ｎ一１］上选取随机数ｋ，计算ＰＡ＝ｋＧ。用户端再计　算Ｋ＝ｋｘＫ　＝（Ｋｘ，Ｋｙ），检验有Ｋ≠０，否则重新选择随机数；用户　输入自己的ＩＤ与ｐｗ，再生成一个随机数Ｒ１，计算Ａ＝Ｈ（ＩＤ，ｐｗ＋　Ｒ１），Ｈ为一个安全的单向散列函数。　钥，然后一方用此密钥对数据进行加密，另一方用相同的密钥进　行解密，从而完成了数据的保密传送。双钥体制的每个用户都有　一对密钥，可公开发布的公钥和用户专有的私钥。这一对密钥在　数学上是彼此相关的，用一把密钥加密只能用另一把解密，而且　通常已知一把密钥推得另一把密钥的可能性是极小的，所以一　把密钥可以公开，而另一把密钥则保密【２１。　认证与完整性主要采用基于口令的认证方法。这种认证方　法很简单，系统事先保存每个用户的二元组信　ｇ，（ＩＤ，ＰＷ）。进入　系统时用户输入ＩＤ和ｐｗ，系统根据保存的用户信息和用户输　（６）将ＩＤ，Ｒ１及Ａ用Ｋ　加密，即ａ＝ＥＫ　（ＩＤ，Ｒ１，Ａ）及ＰＡ传送　给服务器。　（７）服务器计算ＫｓｓｘＰ　＝Ｋ＝（Ｋ…Ｋ），然后用Ｋ　解密ａ，将得出　的ＩＤ，Ｒ１，Ａ及Ｋ　Ｋ　保存在服务器的数据库中，以待认证时使　用。　入的信息相比较，从而判断用户身份的合法性。这种认证方法的　优点在于：一般的系统ｆ如ＵＮＩＸ，Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＮＴ等）都提供了对口　令认证的支持，对于封闭的小型系统来说不失为一种简单可行　的方法ｐＩ。此外，为提高该技术的安全强度，通常使用密码算法对　一２．３认证过程　为了进入系统，用户在登录时必须采用挑战／应答方式执行　次身份认证过程。本方案中第ｉ次身份认证过程如下：　步骤１：用户输入用户标识ＩＤ，在ｆ１，ｎ一１］之间产生随机数ｋ，　计算Ｐ＾＝ｋＧ，Ｋ＝ＫｘＫｓＲ：（Ｋ　，Ｋ），将ＩＤ用Ｋ　加密后即ＩＤ　＝Ｅ　Ｉ：１令进行加密保存和加密传输，但对重传和假冒攻击也毫无抵　抗能力。　（ＩＤ）及Ｐ　传送给服务器，向服务器提出认证请求。　步骤２：服务器计算Ｋ　ｘＰ　＝Ｋ＝（Ｋ　，Ｋ　）然后用Ｋ　解密　２应用方案的设计　２．１方案描述　ＩＤ　，使ＩＤ＝ＤＫ　（ＩＤ，）＇判断ＩＤ是否属于Ｌｉｓｔ（Ｌｉｓｔ为服务器存　放的用户标识列表），若ＩＤ∈Ｌｉｓｔ，表明此ＩＤ合法，计算Ｍ＝Ｈ　０Ｄ，Ｋｘ），取出存放的随机数Ｒ。，并将ａ：｛Ｒ　，Ｍ＝Ｈ（ＩＤ，Ｋ　）｝用共同　作为网络安全的第一道防线，身份认证有着至关重要的作　用。目前最常用的认证机制是使用静态口令进行用户身份验证，　但这种方式存在许多固有的弱点：易于猜测，在传输过程中容易　被窃听。而且也存在实现上的弱点：若不加密，可以被清楚地看　到明文；即使加密，也易受重放攻击、差分密码分析和线性密码　的密钥凡加密后传送给用户。否则说明该ＩＤ不合法，终止与用　户的会话。　步骤３：用户解密ａ，分解出Ｒｉ和Ｍ，（下转第４６页）　一Ｄ　（一　—行的上面插入了—个空行。　行标题行，Ｎ行记录组成的台账呢？很简单。第一步，紧挨台账右　侧的列中从第三行到第Ｎ行，输入任意数字，然后在该列里选中　第三行到第Ｎ＋Ｉ行区域（注意第Ｎ＋Ｉ行是空白），双击右下角的　第四步，选择表头行，执行“编辑”一“复制”；选中Ａ列中需　加表头的数据区域，执行菜单命令“编辑”一“定位”一“定位条　件”，在打开对话框中，选择“空值”，单击“确定”，这时会选　中刚插入的空行；再执行“编辑”一“粘贴”，将表头行粘贴在每　行数据上面；删除右侧输入数字的列，这样工资条就最后完成了　（如图５）　“填充柄”，使之一直填充到台账的结束行。第二步，执行菜单命　令“编辑”一“定位”一“定位条件”，在打开的对话框中，选择“空　值”，然后单击“确定”。第三步，执行菜单“插入”一“行”命令，这　时从第Ｎ＋Ｉ行开始，每隔Ｎ行的上面插入了一个空行。第四步，　复制表头行，选中Ａ列中需加表头的数据区域，执行菜单命令　“编辑”一“定位”一“定位条件”，在打开的“定位条件”对话框中，　选择“空值”，然后单击“确定”，这时会选中刚插入的空行；再执　行“编辑”一“粘贴”；删除右侧输人数字的列，这样符合要求的台　账就最后完成了。　３结束语　由于实际工作的要求，产生了开篇提出的问题，并给出了三　种解决方法。比较三种方法，笔者觉得第一种方法比较难懂，不　宜采用；第二种方法适合制作工资条、成绩单一类的问题（即一　行标题，一行记录的问题）；接着又给出了第三种办法。最后在引　申中给出了制作有两行表头工资条和由很多记录组成的台账问　图５最后效果　题（即一行标题，Ｎ行记录的问题）的解决办法。最后希望这些小　２　引申　技巧能给读者工作上带来一些方便。　（１）方法三中例子的表头如果不是一行，而是占两行的情况　参考文献：　下怎么办呢？很简单。按顺序执行完第三步之后，再执行一遍第　ｆ１］ＥｘｃｅｌＨｏｍｅ．Ｅｘｃｅｌ应用大全［ＭＩ．北京：人民邮电出版社，　二、三步（目的是插入两行空白行），然后执行最后一步，就完成　２００８（３）．　制作了占两行表头的工资条。　【２】ＥｘｃｅｌＨｏｍｅＥｘｃｅ１．实战技巧精粹［Ｍ】．北京：人民邮电出版　（２）那文章开头第一个问题如何实现？即如何实现每页由一　社．２００７．　（上接第２３页）并根据本身存储的ＩＤ和密钥Ｋ　计算Ｈ（ＩＤ，Ｋ　），　案在认证过程中的性能指标，从这个表中各个性能指标的对比，　将它与传送来的Ｍ相比较，如果两者相等说明服务器是合法的，　我们就能清晰的看出这两个方案在执行性能上的差异。　继续执行步骤４；否则用户终止与服务器的通信，再重新登录到　表４—１　两种方案的性能指标对比　系统进行身份认证。　步骤４：用户根据接收到的Ｒ。；计算Ａ＝Ｈ（ＩＤ，ｐｗ＋Ｒ）；生成随　服务器端　信息传送次数　方案　机数Ｒ。＋．，利用Ｒ。＋　计算Ｂ＝Ｈ（ＩＤ，ｐｗ＋Ｒ。＋　），Ｂ就是进行下一次身　散列次数　数据存储　客户至服务器　服务器至客户　份验证的校验符；分别计算出Ｈ（Ｂ），Ｘ和Ｙ，使Ｈ（Ｂ）＝Ｈ（ＩＤ，Ｒ．，Ｂ），　Ｓ／ＫＥＹ　１　Ｈｎ（ｓｅｅｄ／ｐｗ），ＩＤ，Ｓｅｑ－１　２　１　Ｘ＝Ａ＋（Ｂ＋ＩＤ），Ｙ＝Ｈ（Ｂ）＋Ｂ；将Ｘ，Ｙ，Ｒ　，用共享密钥Ｋ　加密后传送　到服务器。　今力＿蕖　３　ＩＤ，，Ａ＝Ｈ（ＩＤ，ｐｗ）　２　１　步骤５：服务器解密ｘ，Ｙ，Ｒｉ＋．，然后根据己存储的校验符Ａ　４结束语　和接收的ｘ，Ｙ…Ｒ。对用户进行身份验证。服务器用存储的校验　身份认证作为数据加密技术的应用之一，在网络安全中占　符Ａ和ＩＤ，计算Ｘ＋Ａ得到Ｂ；根据Ｂ，计算Ｈ（Ｂ）＝Ｙ＋Ｂ；计算Ｈ　有很重要的地位。本文在挑战／应答方案的基础上，设计了一种实　（ＩＤ，Ｋ　，Ｂ），验证Ｈ（ＩＤ，Ｋ　，Ｂ）是否与上面计算所得的Ｈ（Ｂ）相同，如　用有效的一次性口令身份认证方案。该方案克服了通常情况下　果不同向用户发送“认证失败”的错误消息，断开连接。否则向用　挑战／应答方案的弱点，有效地保护了用户的身份，明显减少了认　户发送“认证成功”的消息。更新服务器端存储的校验符Ａ和　证服务器的开销，实现了用户和服务器间的相互认证，可以用在　分布式网络环境下，方便与其他系统集成，有效地防止了重放攻　随机数Ｒ　（使Ａ—Ｂ，Ｒ　Ｒ　），以便下一次身份认证过程使用。　击、字典攻击等攻击手段，能显著增强应用系统的安全性。　３应用方案的性能分析　参考文献：　在认证方案中，衡量其执行性能的指标主要有以下几个：散　［１】方铖．网络安全与用户身份认证［Ｊ］．长春师范学院学报（自　列运算的次数；存储数据的数量；认证数据的传送次数。将本方　然科学版），２００８，（０４）：４６—４７．　案与Ｓ／ＫＥＹ方案相比较可以看出，在注册过程中两个方案的部　【２］ｔ艳柏，谭璐．网络安全的探讨【ＪＪ．长春大学学报，２００５，（Ｏ２）：　分指标就存在着差异。　２１－２４．　［３】黄清，胡蓉．网络安全系统中的身份认证技术应用及其发　下面的表４—１列出了Ｓ／ＫＥＹ口令序列认证方案和本认证方　展ｌＪ１．中国现代教育装备，２００７，（０１）：９４—９５．