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電子文本安全傳輸解決論文

摘要：如今新藥的審批需要在國際間進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的傳輸。傳統(tǒng)審批方式繁瑣且效率低，而利用互聯(lián)網(wǎng)傳輸電子文本即可保持?jǐn)?shù)據(jù)的安全可靠，又可大大節(jié)約人力、物力和財(cái)力等。本文介紹了加密和數(shù)字簽名算法的基本原理，并結(jié)合自己的思想，給出了醫(yī)藥審批中電子文本安全傳輸的解決方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)字簽名；加密技術(shù)；數(shù)字證書；電子文檔；安全問題

Abstract:Today’sapprovalofnewdrugsintheinternationalcommunityneedstocarryouttherawdatatransmission.Thetraditionalwayofexaminationandapprovalredtapeandinefficiency,andtheuseoftheInternettotransmitelectronictextcankeepdatasafeandreliable,butalsogreatlysavemanpower,materialandfinancialresources,andsoon.Inthispaper,encryptionanddigitalsignaturealgorithmofthebasicprinciples,combinedwithhisownideas,givenmedicalapprovalintheelectronictransmissionofthetextofthesecuritysolution.

Keywords:digitalsignature;encryptiontechnology;digitalcertificate;electronicdocuments;securityissues

1引言

隨著我國醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展，研制新藥，搶占國內(nèi)市場(chǎng)已越演越烈。以前一些醫(yī)藥都是靠進(jìn)口，不僅成本高，而且容易形成壁壘。目前，我國的醫(yī)藥研究人員經(jīng)過不懈的努力，開始研制出同類同效的藥物，然而這些藥物在走向市場(chǎng)前，必須經(jīng)過國際權(quán)威醫(yī)療機(jī)構(gòu)的審批，傳統(tǒng)方式是藥物分析的原始數(shù)據(jù)都是采用紙張方式，不僅數(shù)量多的嚇人，而且一旦有一點(diǎn)差錯(cuò)就需從頭做起，浪費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。隨著INTERNET的發(fā)展和普及，人們開始考慮是否能用互聯(lián)網(wǎng)來解決數(shù)據(jù)傳輸問題。他們希望自己的儀器所做的結(jié)果能通過網(wǎng)絡(luò)安全傳輸、并得到接收方認(rèn)證。目前國外針對(duì)這一情況已⒘四承┤砑歡捎詡鄹癜汗螅際醪皇嗆艸墑歟勾τ諮櫓そ錐危媸被嶸兜腦潁諍萇偈褂謾U餼透諞揭┭蟹⑹亂敵緯閃思際跗烤保綰慰⒊鍪視櫚南嚶θ砑創(chuàng)俳夜揭┥笈ぷ韉姆⒄咕統(tǒng)閃斯詰那把亓煊潁胰漲骯讜謖夥矯嫻難芯坎皇嗆芏唷?lt;/DIV>

本文闡述的思想：基本上是參考國際國內(nèi)現(xiàn)有的算法和體制及一些相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例，并結(jié)合個(gè)人的思想提出了一套基于公鑰密碼體制和對(duì)稱加密技術(shù)的解決方案，以確保醫(yī)藥審批中電子文本安全傳輸和防止竄改，不可否認(rèn)等。

2算法設(shè)計(jì)

2.1AES算法的介紹[1]

高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AdvancedEncryptionStandard）美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(NIST)在2000年10月選定了比利時(shí)的研究成果"Rijndael"作為AES的基礎(chǔ)。"Rijndael"是經(jīng)過三年漫長的過程，最終從進(jìn)入候選的五種方案中挑選出來的。

AES內(nèi)部有更簡(jiǎn)潔精確的數(shù)學(xué)算法,而加密數(shù)據(jù)只需一次通過。AES被設(shè)計(jì)成高速，堅(jiān)固的安全性能，而且能夠支持各種小型設(shè)備。

AES和DES的性能比較：

（1）DES算法的56位密鑰長度太短；

（2）S盒中可能有不安全的因素；

（3）AES算法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，密鑰安裝快、需要的內(nèi)存空間少，在所有平臺(tái)上運(yùn)行良好，支持并行處理，還可抵抗所有已知攻擊；

（4）AES很可能取代DES成為新的國際加密標(biāo)準(zhǔn)。

總之，AES比DES支持更長的密鑰，比DES具有更強(qiáng)的安全性和更高的效率，比較一下，AES的128bit密鑰比DES的56bit密鑰強(qiáng)1021倍。隨著信息安全技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)DES很多不足之處，對(duì)DES的破解方法也日趨有效。AES會(huì)代替DES成為21世紀(jì)流行的對(duì)稱加密算法。

2.2橢圓曲線算法簡(jiǎn)介[2]

2.2.1橢圓曲線定義及加密原理[2]

所謂橢圓曲線指的是由韋爾斯特拉斯（Weierstrass）方程y2+a1xy+a3y＝x3+a2x2+a4x+a6(1)所確定的平面曲線。若F是一個(gè)域，ai∈F,i=1,2,…,6。滿足式1的數(shù)偶(x,y)稱為F域上的橢圓曲線E的點(diǎn)。F域可以式有理數(shù)域，還可以式有限域GF(Pr)。橢圓曲線通常用E表示。除了曲線E的所有點(diǎn)外，尚需加上一個(gè)叫做無窮遠(yuǎn)點(diǎn)的特殊O。

在橢圓曲線加密（ECC）中，利用了某種特殊形式的橢圓曲線，即定義在有限域上的橢圓曲線。其方程如下：

y2=x3+ax+b(modp)(2)

這里p是素?cái)?shù)，a和b為兩個(gè)小于p的非負(fù)整數(shù)，它們滿足：

4a3+27b2(modp)≠0其中，x,y,a,b∈Fp,則滿足式（2）的點(diǎn)（x,y）和一個(gè)無窮點(diǎn)O就組成了橢圓曲線E。

橢圓曲線離散對(duì)數(shù)問題ECDLP定義如下：給定素?cái)?shù)p和橢圓曲線E，對(duì)Q=kP,在已知P,Q的情況下求出小于p的正整數(shù)k。可以證明，已知k和P計(jì)算Q比較容易，而由Q和P計(jì)算k則比較困難，至今沒有有效的方法來解決這個(gè)問題，這就是橢圓曲線加密算法原理之所在。

2.2.2橢圓曲線算法與RSA算法的比較

橢圓曲線公鑰系統(tǒng)是代替RSA的強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。橢圓曲線加密方法與RSA方法相比，有以下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）安全性能更高如160位ECC與1024位RSA、DSA有相同的安全強(qiáng)度。

（2）計(jì)算量小，處理速度快在私鑰的處理速度上（解密和簽名），ECC遠(yuǎn)比RSA、DSA快得多。

（3）存儲(chǔ)空間占用小ECC的密鑰尺寸和系統(tǒng)參數(shù)與RSA、DSA相比要小得多，所以占用的存儲(chǔ)空間小得多。

（4）帶寬要求低使得ECC具有廣泛得應(yīng)用前景。

ECC的這些特點(diǎn)使它必將取代RSA，成為通用的公鑰加密算法。比如SET協(xié)議的制定者已把它作為下一代SET協(xié)議中缺省的公鑰密碼算法。

2.3安全散列函數(shù)（SHA）介紹

安全散列算法SHA(SecureHashAlgorithm，SHA)[1]是美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)局的國家標(biāo)準(zhǔn)FIPSPUB180-1，一般稱為SHA-1。其對(duì)長度不超過264二進(jìn)制位的消息產(chǎn)生160位的消息摘要輸出。

SHA是一種數(shù)據(jù)加密算法，該算法經(jīng)過加密專家多年來的發(fā)展和改進(jìn)已日益完善，現(xiàn)在已成為公認(rèn)的最安全的散列算法之一，并被廣泛使用。該算法的思想是接收一段明文，然后以一種不可逆的方式將它轉(zhuǎn)換成一段（通常更小）密文，也可以簡(jiǎn)單的理解為取一串輸入碼（稱為預(yù)映射或信息），并把它們轉(zhuǎn)化為長度較短、位數(shù)固定的輸出序列即散列值（也稱為信息摘要或信息認(rèn)證代碼）的過程。散列函數(shù)值可以說時(shí)對(duì)明文的一種“指紋”或是“摘要”所以對(duì)散列值的數(shù)字簽名就可以視為對(duì)此明文的數(shù)字簽名。

3數(shù)字簽名

“數(shù)字簽名”用來保證信息傳輸過程中信息的完整和提供信息發(fā)送者的身份認(rèn)證和不可抵賴性。數(shù)字簽名技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是公開密鑰加密技術(shù)，是用某人的私鑰加密的消息摘要用于確認(rèn)消息的來源和內(nèi)容。公鑰算法的執(zhí)行速度一般比較慢，把Hash函數(shù)和公鑰算法結(jié)合起來，所以在數(shù)字簽名時(shí)，首先用hash函數(shù)（消息摘要函數(shù)）將消息轉(zhuǎn)變?yōu)橄⒄缓髮?duì)這個(gè)摘

要簽名。目前比較流行的消息摘要算法是MD4,MD5算法，但是隨著計(jì)算能力和散列密碼分析的發(fā)展，這兩種算法的安全性及受歡迎程度有所下降。本文采用一種比較新的散列算法――SHA算法。

4解決方案：

下面是醫(yī)藥審批系統(tǒng)中各個(gè)物理組成部分及其相互之間的邏輯關(guān)系圖：

4解決方案：

下面是醫(yī)藥審批系統(tǒng)中各個(gè)物理組成部分及其相互之間的邏輯關(guān)系圖：

圖示：電子文本傳輸加密、簽名過程

下面是將醫(yī)藥審批過程中的電子文本安全傳輸?shù)慕鉀Q方案：

具體過程如下：

（1）發(fā)送方A將發(fā)送原文用SHA函數(shù)編碼，產(chǎn)生一段固定長度的數(shù)字摘要。

（2）發(fā)送方A用自己的私鑰（keyA私）對(duì)摘要加密，形成數(shù)字簽名，附在發(fā)送信息原文后面。

（3）發(fā)送方A產(chǎn)生通信密鑰（AES對(duì)稱密鑰），用它對(duì)帶有數(shù)字簽名的原文進(jìn)行加密，傳送到接收方B。這里使用對(duì)稱加密算法AES的優(yōu)勢(shì)是它的加解密的速度快。

（4）發(fā)送方A用接收方B的公鑰（keyB公）對(duì)自己的通信密鑰進(jìn)行加密后，傳到接收方B。這一步利用了數(shù)字信封的作用，。

（5）接收方B收到加密后的通信密鑰，用自己的私鑰對(duì)其解密，得到發(fā)送方A的通信密鑰。

（6）接收方B用發(fā)送方A的通信密鑰對(duì)收到的經(jīng)加密的簽名原文解密，得數(shù)字簽名和原文。

（7）接收方B用發(fā)送方A公鑰對(duì)數(shù)字簽名解密，得到摘要；同時(shí)將原文用SHA－1函數(shù)編碼，產(chǎn)生另一個(gè)摘要。

（8）接收方B將兩摘要比較，若一致說明信息沒有被破壞或篡改。否則丟棄該文檔。

這個(gè)過程滿足5個(gè)方面的安全性要求：（1）原文的完整性和簽名的快速性：利用單向散列函數(shù)SHA－1先將原文換算成摘要，相當(dāng)原文的指紋特征，任何對(duì)原文的修改都可以被接收方B檢測(cè)出來，從而滿足了完整性的要求；再用發(fā)送方公鑰算法（ECC）的私鑰加密摘要形成簽名，這樣就克服了公鑰算法直接加密原文速度慢的缺點(diǎn)。（2）加解密的快速性：用對(duì)稱加密算法AES加密原文和數(shù)字簽名，充分利用了它的這一優(yōu)點(diǎn)。（3）更高的安全性：第四步中利用數(shù)字信封的原理，用接收方B的公鑰加密發(fā)送方A的對(duì)稱密鑰，這樣就解決了對(duì)稱密鑰傳輸困難的不足。這種技術(shù)的安全性相當(dāng)高。結(jié)合對(duì)稱加密技術(shù)(AES)和公開密鑰技術(shù)(ECC)的優(yōu)點(diǎn)，使用兩個(gè)層次的加密來獲得公開密鑰技術(shù)的靈活性和對(duì)稱密鑰技術(shù)的高效性。（4）保密性：第五步中，發(fā)送方A的對(duì)稱密鑰是用接收方B的公鑰加密并傳給自己的，由于沒有別人知道B的私鑰，所以只有B能夠?qū)@份加密文件解密，從而又滿足保密性要求。（5）認(rèn)證性和抗否認(rèn)性：在最后三步中，接收方B用發(fā)送方A的公鑰解密數(shù)字簽名，同時(shí)就認(rèn)證了該簽名的文檔是發(fā)送A傳遞過來的；由于沒有別人擁有發(fā)送方A的私鑰，只有發(fā)送方A能夠生成可以用自己的公鑰解密的簽名，所以發(fā)送方A不能否認(rèn)曾經(jīng)對(duì)該文檔進(jìn)進(jìn)行過簽名。

5方案評(píng)價(jià)與結(jié)論

為了解決傳統(tǒng)的新藥審批中的繁瑣程序及其必有的缺點(diǎn)，本文提出利用基于公鑰算法的數(shù)字簽名對(duì)文檔進(jìn)行電子簽名，從而大大增強(qiáng)了文檔在不安全網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下傳遞的安全性。

本方案在選擇加密和數(shù)字簽名算法上都是經(jīng)過精心的比較，并且結(jié)合現(xiàn)有的相關(guān)應(yīng)用實(shí)例情況，提出醫(yī)藥審批過程的解決方案，其優(yōu)越性是：將對(duì)稱密鑰AES算法的快速、低成本和非對(duì)稱密鑰ECC算法的有效性以及比較新的算列算法SHA完美地結(jié)合在一起，從而提供了完整的安全服務(wù)，包括身份認(rèn)證、保密性、完整性檢查、抗否認(rèn)等。

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