Miranda 当今世界信息技术的发展日新月异，信息技术已广泛深入到社会各个领域，应发挥着越来越重要的作用。世界各国都在致力于信息化建设，以“金桥”、“金卡”、“金卫”、“金关”、“金税”工程为代表的系列工程，正是我国发展信息化建设的重要举措。在“金”系列工程中，集成电路卡（Intergrated Circuit Card，简称IC卡）应用非常广泛。
在IC卡应用系统中，IC卡中信息的安全问题是人们关注的焦点问题。针对IC卡应用系统的特点，其安全性的关键在于卡中信息的安全。对多数攻击者而言，复制IC卡或窃取，更改卡中的信息才是其最终目的。为了更有效地保护卡中的信息，采用一种有效的、安全可靠的加密算法，实现对卡中信息的加密存储是相当必要的。
基于这一目标，本文以国际加密标准DES算法为基础，在传统三重DES加密模式的基础上，提出了一种改进的三重DES加密算法，并将其成功地应用到了医疗保险（下文简称医保）系统的IC卡结算业务之中。
1 IC卡应用系统简介
IC卡将集成电路芯片镶嵌在塑料基片中，封装称卡片的形状。它与其他类型的卡（如磁卡、条形码卡、光电卡等）想必其优势是“存储容量大”，智能型卡还具有微处理器，资料信息安全可靠，使用持久，能防磁、防静电等干扰；成本低、使用简便。因此，IC卡的应用领域日趋广泛，它作为信息的载体在信息社会中起着越来越重要的作用。
1.1 IC卡的基本特征
在IC卡应用系统中，使用较广的是IC卡中的一种——逻辑加密存储卡。这种卡具有如下性质：
（1）卡中设有口令（password）保护；
（2）对卡上电后，必须通过口令校验，才能够对卡进行写操作；
（3）只有通过口令校验后，卡中口令才可以进行读取与修改；
（4）对卡中数据区的读操作无需经过口令校验；
（5）卡中还设有口令校验错误计数，以免对口令进行穷举分析。口令校验没出错一次，错误计数减1，如果错误计数减为0，则卡被锁死。但如果错误计数大于0时，一旦口令核对正确，错误计数将恢复初始值。
1.2 对IC卡的攻击手段
对于IC卡的攻击者，其最主要的目的是摄取卡中的信息，或者对卡进行非法复制，或者篡改卡中的内容，或者冒用他人的卡等，以达到破坏系统的目的。对IC进行攻击的有效途径通常有以下两种：
1.2.1 穷举法
口令的穷举攻击是指通过对IC卡口令空间（口令的所有可能值的集合）进行遍历搜索来破获口令。若攻击者拥有IC卡应用系统的使用许可权（可以读写IC卡），那么他就可以利用穷举法破获卡中的口令。
1.2.2 中途拦截
中途拦截是指在IC卡与应用系统间的通信过程中截获信息，利用IC卡在口令校验后，对卡下电前可以独处口令的性质。攻击者可以在IC卡上引线并接通读写器，赶在卡下电前读出卡中口令。中途拦截法实施的条件是：攻击者必须掌握IC卡应用系统，并掌握好对IC卡上电且口令校验成功后直接对卡下电之前的时机。
由上可以看出，如果仅依赖IC卡中存放的口令进行保密是不太安全的。因为通过IC卡中的口令长度是非常有限的，容易被穷举法攻击；对穷举法攻击比较困难时，也容易为中途拦截法攻击。当然有人提出过一些措施以抗击中途拦截攻击，但仍然不是非常安全可靠。所以，有必要加强对卡中数据的保密，使得即使口令保护失效时，攻击者也很难获取卡中信息。
2 基于DES的三重加密算法
IC卡应用系统的特点要求：对卡中数据的加密/解密算法的安全性要高，加密/解密速度要快（因为读写卡中信息均需要进行解密/加密操作）。于是，选用了三重DES加密算法，传统的三重加密算法各分组明文之间互不影响。该文采用各分组明文间有一定影响的方法，对原算法进行了改进，使得消息明文的影响范围加大，加密强度得到提高。
2.1 传统三重DES加密算法
DES是一个分组加密算法，它是1975年由IBM公司提出的，1977年美国国家标准局宣布DES可以用于非国家保密机构，这使得它成为目前应用最广泛的加密算法之一。
DES算法的密钥长度为64位，但是其中有8位仅作为奇偶校验，所以它实际是一个56位的加密算法。DES算法的优势在于它易于硬软件实现、算法速度快、算法安全性高。但它的56位密钥毕竟少了点。由于新的密码分析方法的出现，使它受到了威胁。因此在实际应用中，加强它的加密强度是相当必要的。
三重DES加密算法是DES算法的强化形式之一，它对每一个64位分组明文用3个密钥进行加密来提高算法的强度。
2.2 改进的三重DES加密算法
在传统三重加密强化算法中，只是对每一个分组明文（8个字节）进行了加密强化，整个明文消息的各分组在加密时相互独立，互不影响，每一个分组密文只受该分组的8字节明文及三个密钥的影响。因而，一个字节的明文发生变化，只引起对应的8字节密文发生变化。它的影响力仅在8个字节范围内。若能够使得各个消息明文分组之间相互影响，即狂打每个字节明文的影响力，那么三重加密算法的强度必定会增强。
基于这一考虑，设计了一个改进的三重DES加密算法，算法描述如下所示。
算法的加密过程：
2.3 算法的安全性分析
传统的DES算法，其安全性是经过实践检验的，至今还没有对它进行成功攻击的案例。三重DES加密算法，由于采用了三个不同的密钥，及时采用针对性的时间-存储折衷的中间相遇攻击方法，其时间复杂度也是非常高的，并且由于时间和存储空间的限制，这种攻击法只有理论意义，可以说三重加密是安全的。
该文提出的改进三重DES算法，在三次DES分组加密之间各增加了一次分组换位变化T，这种变换打乱了分组结构，使得原有的明文的扩散范围变大，其扩散范围依赖于T的选择。无论密码分析者从明文开始，还是从密文开始，增加的换位变化T都将有效地阻止其分析。因此，这种加密算法可以有效地抵抗中间相遇攻击和穷举攻击，其安全性足以让人们放心。
另外，由于增加了两次换位变换，所以算法的执行速度会比传统DES加密慢。但是只要T选取得当，且CPU速度不断提高，这种影响几乎可以忽略不计。
