軟件加密技術和注冊機制

　　本文是一篇軟件加密技術的基礎性文章，簡要介紹了軟件加密的一些基本常識和一些加密產品，適用於國內軟件開發商或者個人共享軟件開發者閱讀參考。

　　1、加密技術概述

　　一個密碼系統的安全性只在於密鑰的保密性，而不在算法的保密性。

　　對純數據的加密的確是這樣。對於你不願意讓他看到這些數據（數據的明文）的人，用可靠的加密算法，只要破解者不知道被加密數據的密碼，他就不可解讀這些數據。

　　但是，軟件的加密不同於數據的加密，它只能是“隱藏。不管你願意不願意讓他（合法用戶，或 Cracker）看見這些數據（軟件的明文），軟件最終總要在機器上運行，對機器，它就必須是明文。既然機器可以“看見這些明文，那麼 Cracker，通過一些技術，也可以看到這些明文。

　　於是，從理論上，任何軟件加密技術都可以破解。只是破解的難度不同而已。有的要讓最高明的 Cracker 忙上幾個月，有的可能不費吹灰之力，就被破解了。

　　所以，反盜版的任務（技術上的反盜版，而非行政上的反盜版）就是增加 Cracker 的破解難度。讓他們花費在破解軟件上的成本，比他破解這個軟件的獲利還要高。這樣 Cracker 的破解變得毫無意義——誰會花比正版軟件更多的錢去買盜版軟件？

　　2、密碼學簡介

　　2.1概念

　　（1） 發送者和接收者

　　假設發送者想發送消息給接收者，且想安全地發送信息：她想確信偷聽者不能閱讀發送的消息。

　　（2） 消息和加密

　　消息被稱為明文。用某種方法偽裝消息以隱藏它的內容的過程稱為加密，加了密的消息稱為密文，而把密文轉變為明文的過程稱為解密。

　　明文用M（消息）或P（明文）表示，它可能是比特流（文本文件、位圖、數字化的語音流或數字化的視頻圖像）。至於涉及到計算機，P是簡單的二進制數據。明文可被傳送或存儲，無論在哪種情況，M指待加密的消息。

　　密文用C表示，它也是二進制數據，有時和M一樣大，有時稍大（通過壓縮和加密的結合，C有可能比P小些。然而，單單加密通常達不到這一點）。加密函數E作用於M得到密文C，用數學表示為：

　　E（M）=C.

　　相反地，解密函數D作用於C產生M

　　D（C）=M.

　　先加密後再解密消息，原始的明文將恢復出來，下面的等式必須成立：

　　D（E（M））=M

　　（3） 鑒別、完整性和抗抵賴

　　除了提供機密性外，密碼學通常有其它的作用：.

　　（a） 鑒別

　　消息的接收者應該能夠確認消息的來源；入侵者不可能偽裝成他人。

　　（b） 完整性檢驗

　　消息的接收者應該能夠驗證在傳送過程中消息沒有被修改；入侵者不可能用假消息代替合法消息。

　　（c） 抗抵賴

　　發送者事後不可能虛假地否認他發送的消息。

　　（4） 算法和密鑰

　　密碼算法也叫密碼，是用於加密和解密的數學函數。（通常情況下，有兩個相關的函數：一個用作加密，另一個用作解密）

　　如果算法的保密性是基於保持算法的秘密，這種算法稱為受限制的算法。受限制的算法具有歷史意義，但按現在的標准，它們的保密性已遠遠不夠。大的或經常變換的用戶組織不能使用它們，因為每有一個用戶離開這個組織，其它的用戶就必須改換另外不同的算法。如果有人無意暴露了這個秘密，所有人都必須改變他們的算法。

　　更糟的是，受限制的密碼算法不可能進行質量控制或標准化。每個用戶組織必須有他們自己的唯一算法。這樣的組織不可能采用流行的硬件或軟件產品。但竊聽者卻可以買到這些流行產品並學習算法，於是用戶不得不自己編寫算法並予以實現，如果這個組織中沒有好的密碼學家，那麼他們就無法知道他們是否擁有安全的算法。

　　盡管有這些主要缺陷，受限制的算法對低密級的應用來說還是很流行的，用戶或者沒有認識到或者不在乎他們系統中內在的問題。

　　現代密碼學用密鑰解決了這個問題，密鑰用K表示。K可以是很多數值裡的任意值。密鑰K的可能值的范圍叫做密鑰空間。加密和解密運算都使用這個密鑰（即運算都依賴於密鑰，並用K作為下標表示），這樣，加/解密函數現在變成：

　　EK（M）=C

　　DK（C）=M.

　　DK（EK（M））=M.

　　有些算法使用不同的加密密鑰和解密密鑰，也就是說加密密鑰K1與相應的解密密鑰K2不同，在這種情況下：

　　EK1（M）=C

　　DK2（C）=M

　　DK2 （EK1（M））=M

　　所有這些算法的安全性都基於密鑰的安全性；而不是基於算法的細節的安全性。這就意味著算法可以公開，也可以被分析，可以大量生產使用算法的產品，即使偷聽者知道你的算法也沒有關系；如果他不知道你使用的具體密鑰，他就不可能閱讀你的消息。

　　密碼系統由算法、以及所有可能的明文、密文和密鑰組成的。

　　基於密鑰的算法通常有兩類：對稱算法和公開密鑰算法。下面將分別介紹：

　　2.2對稱密碼算法

　　對稱算法有時又叫傳統密碼算法，就是加密密鑰能夠從解密密鑰中推算出來，反過來也成立。在大多數對稱算法中，加/解密密鑰是相同的。這些算法也叫秘密密鑰算法或單密鑰算法，它要求發送者和接收者在安全通信之前，商定一個密鑰。對稱算法的安全性依賴於密鑰，洩漏密鑰就意味著任何人都能對消息進行加/解密。只要通信需要保密，密鑰就必須保密。

　　對稱算法的加密和解密表示為：

　　EK（M）=C

　　DK（C）=M

　　對稱算法可分為兩類。一次只對明文中的單個比特（有時對字節）運算的算法稱為序列算法或序列密碼。另一類算法是對明文的一組比特亞行運算，這些比特組稱為分組，相應的算法稱為分組算法或分組密碼。現代計算機密碼算法的典型分組長度為64比特——這個長度大到足以防止分析破譯，但又小到足以方便使用（在計算機出現前，算法普遍地每次只對明文的一個字符運算，可認為是序列密碼對字符序列的運算）。

　　2.3公開密碼算法

　　公開密鑰算法（也叫非對稱算法）是這樣設計的：用作加密的密鑰不同於用作解密的密鑰，而且解密密鑰不能根據加密密鑰計算出來（至少在合理假定的長時間內）。之所以叫做公開密鑰算法，是因為加密密鑰能夠公開，即陌生者能用加密密鑰加密信息，但只有用相應的解密密鑰才能解密信息。在這些系統中，加密密鑰叫做公開密鑰（簡稱公鑰），解密密鑰叫做私人密鑰（簡稱私鑰）。私人密鑰有時也叫秘密密鑰。為了避免與對稱算法混淆，此處不用秘密密鑰這個名字。

　　用公開密鑰K加密表示為

　　EK（M）=C.

　　雖然公開密鑰和私人密鑰是不同的，但用相應的私人密鑰解密可表示為：

　　DK（C）=M

　　有時消息用私人密鑰加密而用公開密鑰解密，這用於數字簽名（後面將詳細介紹），盡管可能產生混淆，但這些運算可分別表示為：

　　EK（M）=C

　　DK（C）=M

　　當前的公開密碼算法的速度，比起對稱密碼算法，要慢的多，這使得公開密碼算法在大數據量的加密中應用有限。

　　2.4單向散列函數

　　單向散列函數 H（M） 作用於一個任意長度的消息 M，它返回一個固定長度的散列值 h，其中 h 的長度為 m .

　　輸入為任意長度且輸出為固定長度的函數有很多種，但單向散列函數還有使其單向的其它特性：

　　（1） 給定 M ，很容易計算 h ；

　　（2） 給定 h ，根據 H（M） = h 計算 M 很難 ；

　　（3） 給定 M ，要找到另一個消息 M‘ 並滿足 H（M） = H（M’） 很難。

　　在許多應用中，僅有單向性是不夠的，還需要稱之為“抗碰撞的條件：

　　要找出兩個隨機的消息 M 和 M‘，使 H（M） = H（M’） 滿足很難。

　　由於散列函數的這些特性，由於公開密碼算法的計算速度往往很慢，所以，在一些密碼協議中，它可以作為一個消息 M 的摘要，代替原始消息 M，讓發送者為 H（M） 簽名而不是對 M 簽名 .

　　如 SHA 散列算法用於數字簽名協議 DSA中。

　　2.5數字簽名

　　提到數字簽名就離不開公開密碼系統和散列技術。

　　有幾種公鑰算法能用作數字簽名。在一些算法中，例如RSA，公鑰或者私鑰都可用作加密。用你的私鑰加密文件，你就擁有安全的數字簽名。在其它情況下，如DSA，算法便區分開來了？？數字簽名算法不能用於加密。這種思想首先由Diffie和Hellman提出 .

　　基本協議是簡單的 ：

　　（1） A 用她的私鑰對文件加密，從而對文件簽名。

　　（2） A 將簽名的文件傳給B.

　　（3） B用A的公鑰解密文件，從而驗證簽名。

　　這個協議中，只需要證明A的公鑰的確是她的。如果B不能完成第（3）步，那麼他知道簽名是無效的。

　　這個協議也滿足以下特征：

　　（1） 簽名是可信的。當B用A的公鑰驗證信息時，他知道是由A簽名的。

　　（2） 簽名是不可偽造的。只有A知道她的私鑰。

　　（3） 簽名是不可重用的。簽名是文件的函數，並且不可能轉換成另外的文件。

　　（4） 被簽名的文件是不可改變的。如果文件有任何改變，文件就不可能用A的公鑰驗證。

　　（5） 簽名是不可抵賴的。B不用A的幫助就能驗證A的簽名。

　　在實際應用中，因為公共密碼算法的速度太