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數(shù)據(jù)加密技術與安全電子交易淺析
【摘要】 本文概要介紹了數(shù)據(jù)加密的一些經(jīng)典的方法，并且以此為基礎討論電子商務安全技術和SET協(xié)議。 【關鍵詞】密鑰，數(shù)據(jù)加密技術，DES，RSA，電子商務，SET一、引言
隨著當今計算機網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，計算機安全已經(jīng)成為社會各界關注的焦點。本文討論了數(shù)據(jù)加密的兩種分類，并選取兩種典型的方法加以講述。然后在此基礎上討論電子商務的一些安全技術和SET協(xié)議。
二、數(shù)據(jù)加密
設計一種密度強的密碼算法有兩種方法，一是研究用于密碼分析的所有可能性解法，然后設計一套規(guī)則以挫敗這些解法中的任何一種算法，于是便能構造一種能夠抗拒這些解法的算法，二是構造這樣的一些算法，使得要破解它就必須解一些問題，而這些問題被認為是不可解的。本文將要介紹的DES算法屬于第一種，而RSA則屬于第二種。
加密技術按照密鑰的公開與否可以分為兩種體系，第一是對稱密鑰體系，這里加密密鑰匙和解密密鑰是相同的。為了安全性，密鑰要定期的改變。對稱算法速度快，所以在處理大量數(shù)據(jù)的時候被廣泛使用，其關鍵是保證密鑰的安全。典型的算法有DES及其各種變形(如Triple DES)，IDEA，RC4、RC5以及古典密碼（如代換密碼和轉輪密碼）等。在眾多的對稱密碼中影響最大的是DES密碼。第二是公開密鑰體系，分別存在一個公鑰和私鑰，公鑰公開，私鑰保密。公鑰和私鑰具有一一對應的關系，用公鑰加密的數(shù)據(jù)只有用私鑰才能解開，其效率低于對稱密鑰體系，典型的算法有RSA、背包密碼，Elliptic Curve、ElGamal算法等等。最有影響的公鑰加密算法是RSA，足夠位數(shù)的RSA能夠抵抗到目前為止已知的所有密碼攻擊。下面選取兩體系中各最具有代表性最有影響的算法DES和RSA進行討論。
1.RSA算法
RSA算取自于它的創(chuàng)始人的名字:Rivest，Shamir，Adelman，該算法于1978年最早提出，至今仍沒有發(fā)現(xiàn)嚴重的安全漏洞。RSA基于數(shù)學難題，即具有大素數(shù)因子的合數(shù)分解，以最新的計算方法也還是計算上不可行的。數(shù)論經(jīng)驗表明，這個問題是難解的。
RSA使用兩個密鑰，一個是公鑰(public key，以下用PK表示)，一個是私鑰(private key，以下用SK表示) 加密時把明文分成塊，塊的大小可變，但不超過密鑰的長度。RSA把明文塊轉化為與密鑰長度相同的密文。其算法如下:
首先選擇兩個秘密的相異質數(shù)p，q，計算n=pq，取r是與(p-1)(q-1)互質的數(shù)，這里r便是SK。接著找一數(shù)m，使得rm==1mod(p-1)(q-1)，根據(jù)歐幾里得算法(a=bn+c,則a與b的gcd就等于b與c的gcd)，這樣的m一定可以找到。這里m和n便是公鑰PK。在編碼時，假設資料為A，將其分成等長數(shù)據(jù)N塊， 每塊為a<n。計算b==a^m mod(pq)，則b就是編碼后的資料。至于解碼，取c==b^r mod(pq)。則c=a 。黑客攻擊時他想得到r，這樣他就必須對n進行因式分解，選擇足夠大的質數(shù)p，q便能阻止他分解因式。
對于p，q的選擇，一般來說是足夠大的素數(shù)， 對于大，并沒有一個確定的界限，因為隨著計算機技術的發(fā)展，破解能力正在逐步增強(根據(jù)摩爾定理計算能力18個月就翻一番)。一般來說，安全等級高的，則密鑰選取大的，安全等級低些，則選取相對小些的數(shù)。RSA的安全性依賴于大數(shù)分解，然而值得注意的是，是否等同于大數(shù)分解一直未得到理論上的證明，并沒有證明要破解RSA就一定得進行大數(shù)分解。
2．DES
DES采用傳統(tǒng)的換位和置換的方法進行加密，在56比特密鑰的控制下，將64比特明文塊變換為64比特密文塊，加密過程包括16輪的加密迭代，每輪都采用一種乘積密碼方式（代替和移位）。首先是處理原密鑰，產(chǎn)生16個48位子密鑰K（i），i=1,2…16，接著處理64位數(shù)據(jù)塊，過程可以用下圖表示:
其中置換和g 函數(shù)的選擇都按特定的規(guī)則進行，g函數(shù)操作是先將R（I）擴充成48位后與K(I+1)異或運算，接著將所得的48位數(shù)分成8個6位數(shù)，記為B[I]，I=1,2…8，選取8個S密箱，將B[I]的第一位和第六位串聯(lián)成一個數(shù)記位m，取出B[I]的第二至五位串聯(lián)成一個四位數(shù)記位n，用S密箱中的第n行第m列的數(shù)替換B[I]，替換完全部的B[I]后，將B[1]至B[8]串聯(lián)成一個32位數(shù)，再經(jīng)過換位，至此g函數(shù)操作全部結束。將所得結果與L[I]異或后，得到R[I+1]。進行下一輪的加密，直到用完K（16），再經(jīng)過逆初始置換，全部加密過程結束。而脫密時只需要將密鑰順序倒過來，即第一輪用K（16），第二輪用K(15)，以次類推。
于是DES加密算法又可以簡單地用下式表示：
Ek(m) = N(IP)*T16*T15……T1*IP(m)
其中IP為初始置換，N( X)是X的逆，Ti，i = 1，2，…16是一系列的變換。Ek(m)表示明文m在密鑰k的作用下產(chǎn)生的密文
解密算法: N(Ek) = N(IP)*T1*T2……T16*IP[Ek(m)]
在應用時一般是將DES和RSA綜合起來使用。DES加密效率高，但是要解決密鑰的存儲問題，因為只要傳輸就難以保證密鑰不被泄露。這時可以采用如下策略：假如A要向B發(fā)送密文(DES)和密鑰SK，可以用B公布的公開密鑰對Sk進行RSA加密，將其結果和密文一起發(fā)送給B，B接受數(shù)據(jù)首先用自己的私鑰對SK進行解密，得到A的密鑰SK。再用SK解密密文。這樣就解決了密鑰的傳輸問題。因為沒有人知道B的私鑰，也就沒有辦法獲得SK。
三、安全電子交易
電子商務的關鍵是要保證商業(yè)活動的安全性，象傳統(tǒng)方法一樣安全可靠。而數(shù)據(jù)加密技術則構成了電子商務安全的基礎，可以說，沒有數(shù)據(jù)加密技術，就沒有電子商務的安全。電子商務主要有下面一些安全控制要求：第一，確定貿(mào)易伙伴身份的真實性；第二，確保信息的保密性，如怎樣保證用戶的信用卡號不被竊取，如何保證貨源定單等信息不被競爭對手獲悉；第三，保證電子定單等信息的真實性（未被冒充）以及在傳輸過程中未被篡改；第四，保證電子定單等信息的不可否認性，即交易的任何一方在未經(jīng)對方同意的情況下都不能出爾反爾；第五，在交易雙方發(fā)生糾紛時能得到合理的仲裁和解決。
由VISA和MASTCARD所開發(fā)SET（Secure Electronic Transaction）協(xié)議便能滿足以上的要求，它是在開放的網(wǎng)絡環(huán)境中卡支付安全協(xié)議，獲得了諸如microsoft，IBM等許多大公司的支持。
1．SET協(xié)議中交易的參與方
SET支付系統(tǒng)的參與放主要方有:
- 持卡人，即消費者，他們通過web瀏覽器或客戶端軟件購物；
- 商家，提供在線商店或商品光盤給消費者；
- 發(fā)卡人，它是一金融機構，為持卡人開帳戶，并且發(fā)放支付卡；
- 受款銀行，它為商家建立帳戶，并且處理支付卡的認證和支付事宜
- 支付網(wǎng)關，是由受款銀行或指定的第三方操縱的設備，它處理商家的支付信息，同時也包括來自消費者的支付指令
SET支付系統(tǒng)還涉及到認證機構（CA），但是它不參與SET的支付流程，它給各參與方頒發(fā)證書，各參與方可以通過查看對方的證書，來確定對方是否準確而不是冒充的。要建立安全的電子商務系統(tǒng)，首先必須有一個健全可信的CA。
2．SET所采用的安全措施
SET采用的安全措施，幾乎全部以數(shù)據(jù)加密技術為基礎，可以說沒有加密技術，就沒有安全電子交易。SET協(xié)議把對稱密鑰體制和公開密鑰體制完美的結合了起來，充分利用了DES效率高速度快，RSA安全性高，密鑰管理簡便的優(yōu)點。下面以數(shù)據(jù)加密技術為基礎，討論SET所采用的安全措施。
1數(shù)字簽名
數(shù)字簽名采用RSA算法，數(shù)據(jù)發(fā)送方采用自己的私鑰加密數(shù)據(jù)，接受方用發(fā)送方的公鑰解密，由于私鑰和公鑰之間的嚴格對應性，使用其中一個只能用另一個來解，保證了發(fā)送方不能抵賴發(fā)送過數(shù)據(jù)，完全模擬了現(xiàn)在生活中的簽名。
2數(shù)字信封
發(fā)送方將消息用DES加密，并將DES對稱密鑰用接受方的公鑰加密，稱為消息的“數(shù)字信封”，將數(shù)字信封與DES加密后的消息一起發(fā)給接受方。接受者收到消息后，先用其密鑰打開數(shù)字信封，得到發(fā)送方的DES對稱密鑰，再用此對稱密鑰去解開數(shù)據(jù)。只有用接受方的RSA密鑰才能夠打開此數(shù)字信封，確保了接受者的身份。
3雙重簽名
數(shù)字簽名在SET協(xié)議中一個重要的應用就是雙重簽名。在交易中持卡人發(fā)往銀行的支付指令是通過商家轉發(fā)的，為了避免在交易的過程中商家竊取持卡人的信用卡信息，以及避免銀行跟蹤持卡人的行為，侵犯消費者隱私，但同時又不能影響商家和銀行對持卡人所發(fā)信息的合理的驗證，只有當商家同意持卡人的購買請求后，才會讓銀行給商家負費，SET協(xié)議采用雙重簽名來解決這一問題。
假設持卡人C(customer)從商家M(mechant)購買商品，他不希望商家看到他的信用卡信息，也不希望銀行B(bank)看到他有關商品的信息，于是他采用雙重簽名，流程如圖并說明如下：
首先C產(chǎn)生發(fā)往M的訂購信息OI和發(fā)往B的支付指令PI，并分別產(chǎn)生OI，PI的摘要H(OI)，H(PI)。其中摘要由一個單向HASH函數(shù)作用于消息產(chǎn)生，它是一個唯一對應此消息的值，其它任何消息用HASH函數(shù)作用都不能產(chǎn)生此值，因此用消息摘要可以檢查消息在中途是否被篡改。連接H(OI)和H(PI)得到OP，再生成OP的摘要H(OP)，用C的RSA私鑰簽名H(OP)，得sign[H(OP)]，稱為雙重簽名。C將消息{OI，H(PI)，sign[H(OP)]}發(fā)給M，將{PI，H(OI)，sign[H(OP)]}發(fā)給B。在驗證雙重簽名時，接受者分別創(chuàng)建消息摘要，M生成H(OI)，B生成H(PI)，再分別將H(OI)/H(PI)與另一接受到的摘要H(PI)/H(OI)連接，生成OP及其摘要H(OP)’，接受者M/B用C的RSA公鑰解開sign[H(OP)]，得到H(OP)，比較H(OP)’與H(OP)是否相同，如果相同，則表示數(shù)據(jù)完整且未被篡改，如果不同，則丟棄數(shù)據(jù)。
3．SET交易流程
持卡人發(fā)出購物請求，它包含了真正的交易行為。購物請求是協(xié)議中最復雜的信息，它包括兩個部分：發(fā)網(wǎng)商家的定單指令OI和通過商家轉發(fā)往網(wǎng)關的支付指令PI，通過雙重簽名將PI和OI結合起來（雙重簽名見上文說明），生成 sign[H（OP）]。持卡人生成對稱密鑰，對支付指令PI加密，再用網(wǎng)關的公鑰對此對稱密鑰和持卡人帳號加密，形成數(shù)字信封。最后將持卡人證書，OI，PI密文，數(shù)字信封，sign[H（OP）]，PI和OI各自的消息摘要等發(fā)給商家，其中有消息是通過商家轉發(fā)給支付網(wǎng)關的。
商家接受持卡人的購物請求，認證持卡人的證書。接著驗證雙重簽名，看數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否被篡改。如數(shù)據(jù)完整，則處理定單信息，產(chǎn)生支付請求。
將支付請求用HASH算法生成摘要，并簽名，網(wǎng)關收到后用商家公鑰解密，并確認支付請求是此商家所發(fā)在且在途中未被篡改。生成對稱密鑰對支付請求加密，并用網(wǎng)關公鑰加密形成數(shù)字信封。最后將商家證書，支付請求密文，商家數(shù)字簽名，數(shù)字信封和持卡人通過商家轉發(fā)的：sign[H（OP）]，OI摘要，PI密文，持卡人數(shù)字信封，持卡人證書等發(fā)往支付網(wǎng)關。
商家認證網(wǎng)關的證書，用私鑰打開數(shù)字信封，得到網(wǎng)關對稱密鑰，用此密鑰解開支付應答，產(chǎn)生摘要。用網(wǎng)關公鑰解開其數(shù)字簽名，得到支付原始支付應答摘要，并與新產(chǎn)生的摘要比較，如果相同，則數(shù)據(jù)完整，如果不同則丟棄。
商家產(chǎn)生購物應答，對購物應答生成摘要，并簽名，將商家證書，購物應答，數(shù)字簽名一起發(fā)往持卡人。如果交易成功，則發(fā)貨。
持卡人接受購物應答，驗證商家證書。對購去應答產(chǎn)生摘要，用商家公鑰解開數(shù)字簽名，得到原始摘要，將之與新產(chǎn)生的摘要比較，相同則表示數(shù)據(jù)完整，不同則丟棄。至此，交易流程結束。
以上簡要地討論了SET協(xié)議的主要的交易流程及其中的數(shù)據(jù)流向的問題。若要深刻的了解出錯處理以及各種消息的格式，可以參照參考數(shù)目[3]。
四．結束語
本文了討論了數(shù)據(jù)加密技術，介紹了當今使用最為廣泛的DES和RSA算法。DES效率高，但是密鑰保存難，RSA安全性高，但是效率低，在實際應用中經(jīng)常把兩者結合起來使用。保證安全性是電子商務的核心環(huán)節(jié)，SET協(xié)議充分地予以考慮，并在交易流程中充分地體現(xiàn)了這一點。它使用的主要技術有，數(shù)字簽名，數(shù)字信封，雙重簽名等，而這些無不以數(shù)據(jù)加密技術為基礎。
參考資料 ：
- 盧起駿等譯，計算機網(wǎng)絡保密系統(tǒng)設計與實現(xiàn)指南，科學技術文獻出版社重慶分社，1987
- SET Secure Electronic Transaction Specification
：Business Description, May,31,1997- SET Secure Electronic Transaction Specification
：Programmer’s Guide, May,31,1997 - 金海連等，網(wǎng)上交易流程，市場與電腦，1999年3月
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