计算机网络信息安全技术中密码技术的发展经历了哪些阶段?分别发生了哪些显著的变化?
密码学是一门古老而新兴的学科。cryptography一词来源于希腊语“krypto’s”和“logos”,字面意思是“隐藏”和“信息”。密码学有一个很精彩的发展历程。当然,保密总是起着主要作用。所以有人把密码学的发展分为三个阶段:
第一阶段是从古代到1949。这个时期可以看作是科学密码学的前夜。现阶段的密码学可以说是一门艺术,而不是科学。密码学家通常基于感知和信念来设计和分析密码,而不是推理和证明。
从古埃及就开始使用密码学,但用于军事目的,不对外公开。
1844年,塞缪尔·莫尔斯发明了莫尔斯电码:一系列电子点被用于电报通信。电报的出现第一次使远距离快速传递信息成为可能。事实上,它增强了西方国家的交流能力。
20世纪初,意大利物理学家马可尼(Quirimo Marconi)发明了无线电报,使无线电波成为一种新的通信手段,实现了远距离通信的即时传输。马可尼的发明永远改变了密码世界。由于通过无线电波发送的每一条信息不仅要传送给我方,还要传送给敌方,这就意味着每一条信息都必须加密。
随着第一次世界大战的爆发,对密码器和解码器的需求急剧上升,一场全球性的秘密通信大战开始了。
一战初期,隐写术和密码学同时发挥作用。在索姆河前线的德法交界处,虽然有很多法国哨兵,但德军对盟军的驻军情况了如指掌,不断发动攻势使其处于被动地位,令法国情报人员迷惑不解。一天,一个德国农妇提着一个篮子过边境时被盘问。哨兵打开农妇提的篮子,看到里面装满了煮鸡蛋。里面没有什么可疑的东西,于是他下意识地捡起一个扔向空中。农妇慌忙接住。哨兵认为这很可疑。他们剥开鸡蛋,发现鸡蛋上写满了字迹,是一张详细的英军保护地图,以及师、旅的编号。原来,这种传递信息的方法是由一位德国化学家提供的,其做法并不复杂:用醋酸在蛋壳上写字,醋酸干后再将鸡蛋煮熟,字迹透过蛋壳印在蛋白质上,但外面没有痕迹。
1965438+2004年8月5日,英国“特尔戈尼亚”号船上的潜水员在北大西洋海底割断了德国电缆。他们的目的很简单,就是让德国的生活更艰难。出乎意料的是,这使得很多德国人的交流从有线变成了无线。结果英国人截获了很多不可能获得的情报。信息一旦被截获,就被送到英国海军部机密分析部40室。40号房间可以说是现代秘密分析组织的雏形,这里聚集了数学家、语言学家、象棋大师以及其他任何擅长解谜的人。
1965438+2004年9月,英国人收到了一份“珍贵”的礼物:盟军俄国人在波罗的海拦截了一艘德国巡洋舰“马格德堡”号,得到了一本德国海军的密码本。他们立即将密码本送到40号房间,让英国破译德国海军的秘密,并在战争中围困德国军舰。在以往的战争中,几乎从未出现过德国海军情报可以直接、流畅、经常几乎同时被读取的情况。
密码学史上最伟大的密码破解事件开始于1917 1.07 17。当时,英军截获了一份由德国最高外交密码0075加密的电报。这个难以想象的系统由10000个单词和短语组成,对应1000个数字代码组。这份秘密电报来自德国外交部长阿瑟·齐默尔曼,被送到德国驻华盛顿大使约翰·冯·贝伦多夫,然后送到德国驻墨西哥大使亨尼格·冯·埃克哈特,在那里解密,然后交给墨西哥总统瓦伦蒂诺·加汉萨。
这份秘密文件通过美国海底电缆从柏林发往华盛顿,英军在那里截获了它,并意识到它的重要性。然而,同样收到秘密副本的约翰·冯·贝伦多夫(John von Berendorf)在他的华盛顿办公室犯了一个致命的错误:他们用新的0075秘密副本翻译了电报,然后用旧的加密,通过电报发送到墨西哥城。大使先生没有意识到他犯了一个密码用户可能犯的最愚蠢和最可悲的错误。
此时,已经破解了旧密码的英国,对于未被破解的新外交密码系统也是手足无措,但没过多久,他们就从大使先生混乱的操作中得到了新旧密码对比版。随着齐默尔曼的秘密文件逐渐清晰,其重要性令人惊讶。
尽管美国远洋班轮“卢斯坦纳”号在1915年被德军击沉,但只要德国限制其潜艇的移动,美国将保持中立。齐默尔曼的电报总结了德国于2月1917日重启无限制海战以牵制英国的企图。为了让美国原地不动,齐默尔曼建议墨西哥入侵美国,重新宣布德克萨斯州、新墨西哥州和亚利桑那州为自己所有。德国还希望墨西哥说服日本攻击美国,德国将提供军事和财政援助。
英国海军部急于将破译的信息告知美国,而不让德国知道他们的密码已被破译。结果,一名英国特工成功潜入墨西哥电报局,拿到了一份送交墨西哥总统的解密文件。这样,秘密就可能被墨西哥方面泄露了,他们以此为掩护向美国泄露了信息。
美国愤怒了。所有人都被激怒了。最初,只有东海岸的人关心。现在,整个中西部都在担心墨西哥的举动。电文被破译六周后,美国对德国宣战。当伍德罗·威尔逊总统要求对德国宣战时,站在他身后的是一个团结愤怒的国家,时刻准备着与德国作战。
这可能是密码破解史上,当然也是情报史上最著名的事件。齐默尔曼的电报让整个美国相信德国是国家的敌人。德国通过破译密码打败了俄军,而俄军又因为自己的密码被破译而加速了灭亡。
第一次世界大战前,密码学的重要进展很少出现在公开文件中。直到1918,20世纪最有影响力的密码分析文章之一威廉·f·弗里德曼的专著《重合指数及其在密码学中的应用》作为私人河岸实验室的研究报告问世。实际上,这部作品所涉及的工作是在战时完成的。第一次世界大战后,完全秘密工作的美国陆军和海军的保密部门开始在密码学方面取得根本性的进展。但公开的文献很少。
但是随着技术的飞速发展,简单的明文字母替换法已经被频率分析毫无困难地破解了,曾经完美的Vigenere密码及其变种也被英国人查尔斯·巴贝奇破解了。顺便说一句,这个查尔斯·巴贝奇不是凡人。他设计了差分机和解析机,这个东西就是现在计算机的先驱。这个事实给人两个启示:第一,没有“绝对安全”的密码是破解不了的,只是时间问题;第二,似乎只要你足够聪明去破解代码。在第二次世界大战中,密码学发挥了重要作用。许多人认为,盟军赢得战争完全是因为二战中发明的数字计算机破解了德国和日本的密码。
1918年,加利福尼亚州奥克兰的爱德华·H·赫伯恩申请了旋转车轮机的第一项专利。这种装置在几乎50年的时间里被指定为美军的主要密码设备,它通过转轮的方式不断改变明文和密文之间的字母映射关系。因为轮子的存在,每次网格旋转相当于加密一次明文,每次的密钥都不一样,密钥的个数就是所有字母的个数-26。
同年,密码学领域的一件大事终于发生了:在德国天才亚瑟·谢尔比乌斯的努力下,第一台非人工编码密码机——英格玛密码机诞生了。密文是二战时期德军最重要的通信武器,也是密码学史上的传奇。当时,盟军依靠位于英国伦敦北部布莱克利公园的“政府密码与密码学研究所”,尽力破译德军的“谜团”。双方隔着英吉利海峡浴血奋战,写下了战争史上精彩的一页,后来成为无数电影和相册的主要情节,《猎杀U571》就是其中之一。
随着高速、大容量、自动保密通信的要求,机械与电路相结合的转轮加密设备的出现,使经典密码体制退出了历史舞台。
第二阶段是1949到1975。
1949克劳德·香农的安全系统通信理论为现代密码学奠定了理论基础。从1949到1967,密码学文献几乎是空白。多年来,密码学是军方的专属领域。美国国家安全局和前苏联、英国、法国、以色列等国的安全机构,在对自己的通信进行加密的残酷游戏中,投入了大量的财力,同时又想尽办法破译他人的通信。面对这些政府,个人既没有专业知识,也没有足够的财力来保护自己的秘密。
1967年,大卫卡恩的《密码破译者》问世,该书相当完整地记述了密码学的过去历史。解码器的意义不仅在于它涉及的领域非常广泛,还在于它让成千上万的人了解了密码学。此后,密码学文章开始大量涌现。几乎与此同时,为美国空军研制早期敌我识别设备的霍斯特·费斯特尔,在纽约约克镇高地的IBM沃森实验室度过了一生。在那里,他开始研究美国数据加密标准(DES)。到20世纪70年代初,IBM已经发表了几篇Feistel和他的同事们关于这个主题的技术报告。
第三阶段是从1976到现在。diffie和hellman在1976发表的文章《密码学的新趋势》引发了一场密码学的革命。首先,他们证明了在发送方和接收方不需要密钥传输就可以进行安全通信,从而开创了公钥密码学的新时代。
1978,R.L.Rivest,A.Shamir和雷纳德·阿德勒曼实现了RSA公钥密码体制。
1969年,哥伦比亚大学的Stephen Wiesner首先提出了“共轭编码”的概念。1984年,在子思想的启发下,H. Bennett和G. Brassard提出了量子理论的BB84协议,由此诞生了量子密码学理论。其安全性在于:1,窃听行为可被发现;2.它可以抵抗无限的计算行为。
1985年,Miller和Koblitz首次将有限域上的椭圆曲线应用于公钥密码体制,其安全性基于椭圆曲线上的离散对数问题。
1989年,R.Mathews、D.Wheeler、L.M.Pecora和Carroll等人首次将混沌理论应用于序列密码和安全通信理论,为序列密码的研究开辟了一条新的途径。
2000年,欧盟推出了新的欧洲数据加密、数字签名和数据完整性计划NESSIE,研究序列密码、分组密码、公钥密码、哈希函数、随机噪声发生器等技术,满足21世纪信息安全发展的综合需求。
建议你参考以下书籍:《密码学基础》、《密码学原理》、《OpenSSL》等。