數據加密作為一項基本技術是所有通信安全的基石。數據加密過程是由形形色色的加密算法來具體實施，它以很小的代價提供很大的安全保護。在多數情況下，數據加密是保證信息機密性的唯一方法。據不完全統計，到目前為止，已經公開發表的各種加密算法多達數百種。如果按照收發雙方密鑰是否相同來分類，可以將這些加密算法分為常規密碼算法和公鑰密碼算法。
信息安全防護問題是技術問題，更是涉及人因的系統問題，而目前最好的方法就是使用專業的加密軟件對其機密數據進行加密，這樣的話，加密直接作用于數據本身，只要加密算法不被破解，數據依然是安全的。
在常規密碼中，收信方和發信方使用相同的密鑰，即加密密鑰和解密密鑰是相同或等價的。比較著名的常規密碼算法有：美國的DES及其各種變形，比如TripleDES、GDES、New DES和DES的前身Lucifer； 歐洲的IDEA；日本的FEALN、LOKI91、Skipjack、RC4、RC5以及以代換密碼和轉輪密碼為代表的古典密碼等。在眾多的常規密碼中影響最大的是DES密碼。
常規密碼的優點是有很強的保密強度，且經受住時間的檢驗和攻擊，但其密鑰必須通過安全的途徑傳送。因此，其密鑰管理成為系統安全的重要因素。
在公鑰密碼中，收信方和發信方使用的密鑰互不相同，而且幾乎不可能從加密密鑰推導解密密鑰。比較著名的公鑰密碼算法有：RSA、背包密碼、McEliece密碼、DiffeHellman、Rabin、OngFiatShamir、零知識證明的算法、橢圓曲線、EIGamal算法等等。最有影響的公鑰密碼算法是RSA，它能抵抗到目前為止已知的所有密碼攻擊。
公鑰密碼的優點是可以適應網絡的開放性要求，且密鑰管理問題也較為簡單，尤其可方便的實現數字簽名和驗證。但其算法復雜，加密數據的速率較低。盡管如此，隨著現代電子技術和密碼技術的發展，公鑰密碼算法將是一種很有前途的網絡安全加密體制。
當然在實際應用中人們通常將常規密碼和公鑰密碼結合在一起使用，比如：利用DES或者IDEA來加密信息，而采用RSA來傳遞會話密鑰。如果按照每次加密所處理的比特來分類，可以將加密算法分為序列密碼和分組密碼。前者每次只加密一個比特而后者則先將信息序列分組，每次處理一個組。
一般的數據加密可以在通信的三個層次來實現: 鏈路加密、節點加密和端到端加密。
鏈路加密：
對于在兩個網絡節點間的某一次通信鏈路, 鏈路加密能為網上傳輸的數據提供安全保證。對于鏈路加密(又稱在線加密), 所有消息在被傳輸之前進行加密, 在每一個節點對接收到的消息進行解密, 然后先使用下一個鏈路的密鑰對消息進行加密, 再進行傳輸。在到達目的地之前, 一條消息可能要經過許多通信鏈路的傳輸。
由于在每一個中間傳輸節點消息均被解密后重新進行加密, 因此, 包括路由信息在內的鏈路上的所有數據均以密文形式出現。這樣, 鏈路加密就掩蓋了被傳輸消息的源點與終點。由于填充技術的使用以及填充字符在不需要傳輸數據的情況下就可以進行加密,這使得消息的頻率和長度特性得以掩蓋, 從而可以防止對通信業務進行分析。
盡管鏈路加密在計算機網絡環境中使用得相當普遍, 但它并非沒有問題。鏈路加密通常用在點對點的同步或異步線路上, 它要求先對在鏈路兩端的加密設備進行同步, 然后使用一種鏈模式對鏈路上傳輸的數據進行加密。這就給網絡的性能和可管理性帶來了副作用。
在線路/信號經常不通的海外或衛星網絡中,鏈路上的加密設備需要頻繁地進行同步, 帶來的后果是數據丟失或重傳。另一方面, 即使僅一小部分數據需要進行加密, 也會使得所有傳輸數據被加密。
在一個網絡節點, 鏈路加密僅在通信鏈路上提供安全性, 消息以明文形式存在, 因此所有節點在物理上必須是安全的, 否則就會泄漏明文內容。然而保證每一個節點的安全性需要較高的費用, 為每一個節點提供加密硬件設備和一個安全的物理環境所需要的費用由以下幾部分組成: 保護節點物理安全的雇員開銷,為確保安全策略和程序的正確執行而進行審計時的費用, 以及為防止安全性被破壞時帶來損失而參加保險的費用。
在傳統的加密算法中, 用于解密消息的密鑰與用于加密的密鑰是相同的,該密鑰必須被秘密保存, 并按一定規則進行變化。這樣, 密鑰分配在鏈路加密系統中就成了一個問題, 因為每一個節點必須存儲與其相連接的所有鏈路的加密密鑰, 這就需要對密鑰進行物理傳送或者建立專用網絡設施。而網絡節點地理分布的廣闊性使得這一過程變得復雜, 同時增加了密鑰連續分配時的費用。
鏈路加密(又稱在線加密)是傳輸數據僅在物理層前的數據鏈路層進行加密。接收方是傳送路徑上的各臺節點機，信息在每臺節點機內都要被解密和再加密，依次進行，直至到達目的地。
采用鏈路加密方式，從起點到終點，要經過許多中間節點，在每個節點地均要暴露明文（節點加密方法除外），如果鏈路上的某一節點安全防護比較薄弱，那么按照木桶原理（木桶水量是由最低一塊木板決定），雖然采取了加密措施，但整個鏈路的安全只相當于最薄弱的節點處的安全狀況。
鏈路加密，每條物理鏈路上，不管用戶多少，可使用一種密鑰。在極限情況下，每個節點都與另外一個單獨的節點相連，密鑰的數目也只是n*(n-1)/2 種。這里n是節點數而非用戶數，一個節點一般有多個用戶。
節點加密：
盡管節點加密能給網絡數據提供較高的數據安全性, 但它在操作方式上與鏈路加密是類似的: 兩者均在通信鏈路上為傳輸的消息提供安全性; 都在中間節點先對消息進行解密,然后進行數據加密。因為要對所有傳輸的數據進行加密, 所以數據加密過程對用戶是透明的。
然而,與鏈路加密不同, 節點加密不允許消息在網絡節點以明文形式存在,它先把收到的消息進行解密, 然后采用另一個不同的密鑰進行加密, 這一過程是在節點上的一個安全模塊中進行。
節點加密要求報頭和路由信息以明文形式傳輸, 以便中間節點能得到如何處理消息的信息。因此這種方法對于防止攻擊者分析通信業務是脆弱的。
節點加密能給網絡數據提供較高的安全性,但它在操作方式上與鏈路加密是類似的兩者均在通信鏈路上為傳輸的消息提供安全性;都在中間節點先對消息進行解密,然后進行加密。因為要對所有傳輸的數據進行加密,所以加密過程對用戶是透明的。然而,與鏈路加密不同,節點加密不允許消息在網絡節點以明文形式存在,它先把收到的消息進行解密,然后采用另一個不同的密鑰進行加密,這一過程是在節點上的一個安全模塊中進行。
節點加密要求報頭和路由信息以明文形式傳輸,以便中間節點能得到如何處理消息的信息。因此這種方法對于防止攻擊者分析通信業務是脆弱的。
端到端加密：
端到端加密允許數據在從源點到終點的傳輸過程中始終以密文形式存在。采用端到端加密(又稱脫線加密或包加密),消息在被傳輸時到達終點之前不進行解密,因為消息在整個傳輸過程中均受到保護,所以即使有節點被損壞也不會使消息泄露。
端到端加密系統的價格便宜些,并且與鏈路加密和節點加密相比更可靠,更容易設計、實現和維護。端到端加密還避免了其它加密系統所固有的同步問題,因為每個報文包均是獨立被加密的,所以一個報文包所發生的傳輸錯誤不會影響后續的報文包。此外,從用戶對安全需求的直覺上講,端到端加密更自然些。單個用戶可能會選用這種加密方法,以便不影響網絡上的其他用戶,此方法只需要源和目的節點是保密的即可。端到端加密系統通常不允許對消息的目的地址進行加密,這是因為每一個消息所經過的節點都要用此地址來確定如何傳輸消息。由于這種加密方法不能掩蓋被傳輸消息的源點與終點,因此它對于防止攻擊者分析通信業務是脆弱的。
加密傳輸方式的比較：
端到端加密系統的價格便宜些,并且與鏈路加密和節點加密相比更可靠,更容易設計、實現和維護。端到端加密還避免了其它加密系統所固有的同步問題, 因為每個報文包均是獨立被加密的, 所以一個報文包所發生的傳輸錯誤不會影響后續的報文包。此外,從用戶對安全需求的直覺上講,端到端加密更自然些。單個用戶可能會選用這種加密方法, 以便不影響網絡上的其他用戶,此方法只需要源和目的節點是保密的即可。
端到端加密系統通常不允許對消息的目的地址進行加密, 這是因為每一個消息所經過的節點都要用此地址來確定如何傳輸消息。由于這種加密方法不能掩蓋被傳輸消息的源點與終點, 因此它對于防止攻擊者分析通信業務是脆弱的。
數據保密變換使數據通信更安全，但不能保證在傳輸過程中絕對不會泄密。因為在傳輸過程中，還有泄密的隱患。
采用鏈路加密方式，從起點到終點，要經過許多中間節點，在每個節點地均要暴露明文（節點加密方法除外），如果鏈路上的某一節點安全防護比較薄弱，那么按照木桶原理（木桶水量是由最低一塊木板決定），雖然采取了加密措施，但整個鏈路的安全只相當于最薄弱的節點處的安全狀況。鏈路加密，每條物理鏈路上，不管用戶多少，可使用一種密鑰。在極限情況下，每個節點都與另外一個單獨的節點相連，密鑰的數目也只是n*(n-1)/2 種。這里n是節點數而非用戶數，一個節點一般有多個用戶。
采用端--端加密方式，只是發送方加密報文，接收方解密報文，中間節點不必加、解密，也就不需要密碼裝置。此外，加密可采用軟件實現，使用起來很方便。在端--端加密方式下，每對用戶之間都存在一條虛擬的保密信道，每對用戶應共享密鑰（傳統密碼保密體制，非公鑰體制下），所需的密鑰總數等于用戶對的數目。對于幾個用戶，若兩兩通信，共需密鑰n*(n-1)/2種，每個用戶需(n-1)種。這個數目將隨網上通 信用戶的增加而增加。為安全起見，每隔一段時間還要更換密鑰，有時甚至只能使用一次密鑰，密鑰的用量很大。
從身份認證的角度看，鏈路加密只能認證節點，而不是用戶。使用節點A密鑰的報文僅保證它來自節點A。報文可能來自A的任何用戶，也可能來自另一個路過節點A的用戶。因此鏈路加密不能提供用戶鑒別。端--端加密對用戶是可見的，可以看到加密后的結果，起點、終點很明確，可以進行用戶認證。
總之，鏈路加密對用戶來說比較容易，使用的密鑰較少，而端--端加密比較靈活，用戶可見。對鏈路加密中各節點安全狀況不放心的用戶也可使用端--端加密方式。
