密码学
第2章密码学概论
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维吉尼亚密码示例 明文为polyalphabetic cipher,（多字母替换密码） 密钥K=RADIO， 用维吉尼亚密码加密。 方法：将明文串转化为对应的数字(a-0,…,z-25)，每5个 一组，进行模26运算。
法国密码分析人员断定这种密码是不可破译的。他们甚至根 本就懒得根据搞到的情报去复制一台ENIGMA。
在十年前法国和波兰签订过一个军事合作协议。波兰方面一 直坚持要取得所有关于ENIGMA的情报。既然看来自己拿着 也没什么用，法国人就把从施密特那里买来的情报交给了波 兰人。和法国人不同，破译ENIGMA对波兰来说至关重要， 就算死马也要当作活马医。后来英国应情报部门在波兰人的 帮助下于1940年破译了德国直至1944年还自认安全可靠的 ENIGMA的密码系统。
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密码学概述
– 表1-1 Polybius校验表
1 1 2 3 4 5 A F L Q V
2 B G M R W
3 C H N S X
4 D I/J O T Y
5 E K P U Z
• 古典密码（机械阶段） 古典密码（机械阶段）
– 古典密码的加密方法一般是文字置换，使用手工或机械变换的方 式实现。古典密码系统已经初步体现出近代密码系统的雏形，它 比古代加密方法复杂，其变化较小。古典密码的代表密码体制主 要有：单表代替密码、多表代替密码及转轮密码。Caesar密码就 是一种典型的单表加密体制；多表代替密码有Vigenere密码、Hill 密码；著名的Enigma密码就是第二次世界大战中使用的转轮密码。
第一章 密码学的发展历史
密码学的发展历程大致经历了三个阶段：古代加密方法、 古典密码和近代密码
• 古代加密方法（手工阶段） 古代加密方法（手工阶段）
源于应用的无穷需求总是推动技术发明和进步的直接 动力。存于石刻或史书中的记载表明，许多古代文明，包 括埃及人、希伯来人、亚述人都在实践中逐步发明了密码 系统。从某种意义上说，战争是科学技术进步的催化剂。 人类自从有了战争，就面临着通信安全的需求，密码技术 源远流长。 – 古代加密方法大约起源于公元前440年出现在古希腊战 争中的隐写术。当时为了安全传送军事情报，奴隶主 剃光奴隶的头发，将情报写在
密码学概述 (Cryptology Summary)
引言 密码学简介
• 密码学是一门古老而年轻的科学，在当今的信息 时代，大量敏感信息如法庭记录、私人文档、软 件源代码、银行交易、保险单据等常常通过公共 通信设施或计算机网络来进行交换。 • 为了保证这些信息的私密性、完整性、真实性， 必须使用技术手段对其进行处理。
什么是密码学？
什么是密码学？
密码学是一门关于信息安全和加密原理的学科。
它涉及到设计和使用密码算法来保护通信和数据的机密性、完整性和可用性。
密码学可以分为两个主要领域：对称加密和非对称加密。
对称加密是一种加密方法，使用相同的密钥对数据进行加密和解密。
这意味着发送方和接收方都必须共享相同的密钥才能进行安全的通信。
常见的对称加密算法包括DES，AES和RC4。
非对称加密是一种加密方法，使用一对密钥进行加密和解密。
这对密钥被称为公钥和私钥。
公钥可以公开给任何人，用于加密数据，而私钥只能由数据的接收方使用来解密数据。
这种方法保证了通信的安全性，因为即使公钥被泄露，攻击者也无法解密数据。
常见的非对称加密算法包括RSA和椭圆曲线密码算法。
密码学还涉及到其他领域，如哈希函数和数字签名。
哈希函数将任意长度的数据转换为固定长度的哈希值，用于验证数据的完整性。
数字签名使用非对称加密算法来验证数据的来源和完整性。
密码学在现代社会中起着重要的作用，保护着我们的个人隐私和敏感信息。
了解密码学的基本原理和工作方式有助于我们更好地理解信息安全的重要性，并采取适当的措施来保护我们的数据。
第四章 密码学基础1
混乱：
指明文、密钥和密文之间的统计关系尽可能
复杂，使得攻击者无法理出三者的相互依赖 关系。
s-p网络的轮函数包括3个变换：代换、 置换、密钥混合。
4.3.2 DES数据加密标准
1 算法简介
数据加密标准(Data Encryption Standard,DES) 是使用 最广泛的密码系统。1973年美国国家标准局征求国家 密码标准文字，IBM公司于1974年提交，于1977年被 采纳为DES。 DES出现后20年间，在数据加密方面发挥了不可替代的 作用。20世纪90年代后，随着技术的发展，密钥长度 偏短，DES不断传出被破译的进展情况。1998年12月 美国国家标准局不再用DES作为官方机密，推荐为一般 商业应用，于2001年11月发布了高级加密标准 （AES）。
字母表是循环的，Z后面的是A，能定义替换
表，即密钥。 明文：a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t uvwxyz 密文: D E F G H I J K L M N O P Q R S T U VWXYZABC
Caesar算法能用如下公式表示： C=E(3,m)=(m+3) mod 26 如果对字母表中的每个字母用它之后的第k个 字母来代换，而不是固定其后面第3个字母， 则得到了一般的Caesar算法： C=E(k,m)=(m+k) mod 26
如果加密、解密用不同的密钥，是非对 称加密。图解
Ek1(P)=C
Dk2(C)=P Dk2(Ek1(P))=P
4.1.3密码的分类 1按应用技术分：
手工密码 机械密码 电子机内乱密码
通过电子电线，程序进行逻辑运算，以少量制乱
密码学概述
密码学概述
密码学是一门研究保护信息安全的学科。
它涉及设计和使用密码算法，以确保敏感数据在传输和存储过程中得到保护。
密码学的目标是保密性、完整性、身份验证和不可抵赖性。
密码学分为两个主要领域：对称密码和公钥密码。
对称密码使用相同的密钥进行加密和解密，其主要方法有替换和置换。
常见的对称密码算法包括DES、AES和RC4。
公钥密码也称为非对称密码，使用一对密钥：公钥和私钥。
公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。
公钥密码算法具有更高的安全性和密钥管理的便利性。
常见的公钥密码算法包括RSA和椭圆曲线密码算法（ECC）。
除了对称密码和公钥密码，密码学还涉及其他重要概念，如哈希函数、数字签名和数字证书。
哈希函数将任意长度的数据映射为固定长度的哈希值，用于验证数据的完整性。
数字签名使用私钥生成数字签名，用于验证数据的身份和不可抵赖性。
数字证书由可信的第三方机构颁发，用于验证公钥的真实性和所有者身份。
密码学在现代通信和计算机系统中扮演着至关重要的角色，确保数据的安全传输和存储。
随着技术的不断发展，密码学也在不断进步，以应对不断出现的安全威胁和攻击。
什么是密码学？
什么是密码学？密码学是一门研究密码学理论与密码技术的学科，是信息安全领域不可或缺的一部分。
它涉及的范围广泛，包括数据加密、数字签名、身份认证等。
随着信息安全技术的逐步发展，密码学也愈加重要和广泛应用。
1. 密码学的起源密码学的历史可追溯到古代。
最早有关密码学的文献记载可追溯至公元前400年左右。
在历史上，密码学曾发挥过重要作用，如在二战中的阿兰·图灵破解纳粹德国的恩格玛密码机等事件中。
2. 密码学的分类（1）对称密钥密码学：在加密和解密过程中使用相同的密钥。
通常使用的加密算法有DES、AES等。
（2）非对称密钥密码学：在加密和解密过程中使用不同的密钥。
常用的算法有RSA、DSA等。
（3）哈希函数密码学：“哈希”把任意长度的输入（又叫做预映射，pre-image）“压缩”到某一固定长度的输出上（称为哈希值），且输入的数据量越大，输出值的信息量越小，也就是说不同的输入可能相同的输出。
常用的哈希函数有MD5、SHA-1等。
3. 密码学的应用（1）数据加密：数据加/解密可防止机密数据泄露，确保数据传输的完整性。
（2）数字签名：数字签名可以验证文档在传递过程中是否被篡改，确认文档的完整性，具有很高的安全性。
（3）身份认证：基于密码学的身份认证技术可以确保只有被授权的用户能够访问特定系统或应用程序，确保系统和数据的安全性和完整性。
4. 密码学的未来随着信息安全和隐私保护的日益重要，密码学的发展也愈加迅速。
未来，密码学将会在云计算、大数据、物联网等领域更加广泛地应用，需要不断创新和进一步研究加强相应领域的安全保护。
总结：密码学涉及领域广泛，适用于数据加密、数字签名、身份认证等场景。
在信息安全领域中起到至关重要的作用，对云计算、大数据、物联网等领域的发展起到积极促进作用。
密码学是什么
密码学是什么1、什么是密码学密码学（Cryptography）是一门研究保护信息安全的学科，旨在发明和推广应用用来保护信息不被未经授权的实体获取的一系列技术。
它的研究规定了认证方式，加密算法，数字签名等技术，使得信息在网络上传输的安全性得到有效保障。
2、密码学发展历史从古代祭祀文本，到中世纪以前采用信封保护信息，再到如今运用根据科学原理设计的隐藏手段来免受攻击，形成了自己独特的新时代——密码学从古至今飞速发展。
在古代，人们提出基于门限理论的“将信息隐藏在古文献中”的想法，致使密码学技术的研究进入一个全新的研究水平。
噬血无声的18世纪，密码学技术得到了按比例加密法、变换锁以及一些其他加密技术的发明，使得发送者可以保护其传输的信息安全性。
20世纪，随着计算机科学、数学和通信学的迅猛发展，对于密码学的研究不断深入，密码破译也得到了彻底的结束。
3、密码学的应用密码学技术的应用正在不断的扩大，已经影响到计算机安全，电子商务，社交媒体，安全性协议。
其中，在计算机安全领域，应用的最广的就是网络安全了，例如使用数字签名，校验数据完整性及可靠性；实现密码认证，提高网络安全性；确保交易安全，实现交易无痕迹。
此外，在其他领域，还应用于支付货币，移动通信，数字信息传输，数字家庭，多媒体看门狗等。
4、密码学体系建设根据国家科学研究规划，国家建立自己的密码体系，推动密码学发展，建立一套完整的标准化体系，促进社会的网络安全发展，促进新的网络体系的快速发展，并且提出国家大力研究密码学，在国际技术水平上更具有单调作用和竞争优势。
5、总结综上所述，我们可以看到，密码学是一门相对年轻的学科，但是它在近十数年中有着突飞猛进的发展，并且把它妥善运用到了当今信息时代。
密码学研究实际上在不断推动并加强现代通信网络的安全性，使得更多的人群乐于在网上购买等等，为人们的网络安全提供了有效的保障。
只要把它的研究应用得当，密码学必将为更多的人带来更多的安全保障。
密码学
密码学英文是Cryptography。
源自希腊语kryptós（隐藏的）和gráphein（书写）。
是研究如何隐密地传递信息的学科。
现代的密码学是一般被认为是数学和计算机科学的分支。
在信息论里也有涉及。
密码学的首要目的是隐藏讯息的涵义，并不是隐藏讯息的存在。
密码学也促进了计算机科学。
特别是在於电脑与网路安全技术的发展。
先介绍几个术语：1.加密(encryption)算法指将普通信息（明文,plaintext）转换成难以理解的资料（密文,ciphertext）的过程。
与之相反的是解密(decryption)算法。
两者统称加解密。
加解密包括两部分：算法和密钥。
密钥是一个加解密算法的秘密参数，通常只通讯者拥有。
2.密码协议（cryptographic protocol）:指使用密码技术的通信协议（communication protocol）。
加解密演算法和密码协议是密码学研究的两大课题。
经典密码学近代以前的密码学。
只考虑信息的机密性（confidentiality）。
西方世界的最早的起源可以追述到秘密书信。
希罗多德的《历史》中就记载过。
介绍一下最古典的两个加密技巧：1.移位式（Transposition cipher）：将字母顺序重新排列。
例如Dave is killer变成Adev si likrel2.替代式（substitution cipher）：有系统地将一组字母换成其他字母或符号。
例如fly at once变成gmz bu podf（每个字母用下一个字母取代）。
凯撒密码是最经典的替代法，据传由古罗马帝国的皇帝凯撒发明。
用在与远方将领的通讯上，每个字母被往后位移三格字母所取代。
下面讲一下密码在近代以前的种种记载：早期基督徒使用密码学模糊他们写作的部份观点以避免遭受迫害。
666或部分更早期的手稿上的616是新约基督经启示录所指的野兽的数字常用来暗指专迫害基督徒的古罗马皇帝尼禄（Nero）。
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(2)已知明文攻击
根据一些相应的明文和密文进行的密码攻击。攻击者不仅得 到了一些密文，而且得到了这些密文对应的明文。如在实用中 获得某些密文所对应的明文是可能的，如电子邮件信头的格式 总是固定的，若加密电子邮件，必然有一段密文对应于信头。
逆序密码 Plain: SIMPLE CIPHER Cipher: REHP ICEL PMIS
围栏密码 Plain: S M L C P E I P E I H R Cipher: SMLC PEIP EIHR
4.3.2 代替密码(代换密码)
方法：明文中每一个字符被替换成密文中的另外一个字符， 代替后的各字母保持原来位置。对密文进行逆替换就可恢复 出明文。 代替密码类型(4种) ： (1)单表代替密码：明文的一个字符用相应的一个密文字符 代替。加密过程中是从明文字母表到密文字母表的一一映射。 例：恺撒（Caesar)密码。 (2)同音代替密码：它与简单代替密码系统相似，唯一的不 同是单个字符明文可以映射成密文的几个字符之一。同音代 替的密文并不唯一。 (3)多字母组代替密码：字符块被成组加密，例如“ABA”可 能对应“RTQ”，ABB可能对应“SLL”等。例：Playfair密 码. (4)多表代替密码：由多个单字母密码构成，每个密钥加密 对应位置的明文。 例：维吉尼亚密码。
用于解密的数学函数解密算法(Decryption Algorithm).
加密和解密算法的操作通常都是在一组密钥的控制下进 行的,分别称为加密密钥(Encryption Key)和解密密钥
(Decryption Key).
1.密码系统(体制)
一个密码系统(体制)包括所有可能的明文、密文、 密钥、加密算法和解密算法。
密码编码学研究是对信息进行编码实现信息保密性 的科学。
密码分析学则是研究、分析、破译密码的科学。
现代密码学除了包括密码编码学和密码分析学外, 还包括安全管理、安全协议设计、散列函数等内容。
基本术语
消息被称为明文(Plaintext)。用某种方法伪装消息以
隐藏它的内容的过程称为加密(Encrtption)，被加密的 消息称为密文(Ciphertext)，而把密文转变为明文的过 程称为解密(Decryption). 用于加密的数学函数加密算法(Encryption Algorithm).
4.3 传统密码学
传统密码体制采用手工或机械操作的方式实现加/解密。
4.3.1 置换密码 方法：将明文(Plain)字母互相换位，明文的字母不变， 但顺序被打乱。 如线路加密法，明文以固定的宽度水 平写出，密文(Cipher)按垂直方向读出。 例如，明文：COMPUTERSYSTEMSECURITY COMPU TERSY STEMS ECURI TY 密文：CTSETOETCYMREUPSMRUYSI
3.密码分析
密码分析是研究在不知道密钥的情况下如何恢复明文的 科学。 通常假设攻击者知道正在使用的密码体制。对于攻击 者来说，在不知道密钥的情况下，要想读懂密文，就要 根据他的知识和掌握的情报来进行密码分析。 攻击(分析)方法一般有以下3类：
(1)穷举攻击：又称作蛮力攻击,是指密码分析者用试遍所 有密钥的方法来破译密码,即对可能的密钥或明文的穷举.
已知：C1,P1=DK(C1), C2, P2=DK(C2), … , Ci,Pi=DK(Ci)。其中，P1 , P2 ,… , Pi 是由攻击者选择的。 推导出密钥K。
4. 密码体制的安全性
一个安全的密码体制应当具有如下性质：
(1)从密文恢复明文应该是困难的,即使分析者知道明文空间。
(2)从密文计算出明文部分信息应该是困难的。 (3)从密文探测出简单却有用的事实应该是困难的。
第3阶段 1976~
1976年：Diffie
& Hellman 的 “New Directions in Cryptography” 提出了不对称密钥密
1977年DES正式成为标准 1977年Rivest,Shamir & Adleman提出了RSA公钥算法 80年代出现“过渡性”的“Post DES”算法,如IDEA，
RCx，CAST等
90年代逐步出现椭圆曲线等其他公钥算法 2001年Rijndael成为DES的替代者 主要特点：公钥密码使得发送端和接收端无密钥传输的
保密通信成为可能
4.2 密码学基本概念
密码学(Cryptology)是研究信息系统安全保密的科 学,它包括两个分支：密码编码学(Cryptography)和 密码分析学(Cryptanalytics) 。
密钥 K 不安全信道
密钥 K
明文 M
明文 M
加密变换
密文 C
解密变换
密码分析
2.密码体制形式化描述
通常一个密码体制可以表示为一个五元组(P，C，K，E，D)， 其中： （1）P是可能明文的有限集称为明文空间 （2）C是可能密文的有限集称为密文空间
（3）K是一切可能密钥构成的有限集称为密钥空间
（4）对于密钥空间的任一密钥有一个加密算法和相应的解密 算法使得Ek：P->C 和Dk:C->P分别为加密和解密函数，且满足 Dk（Ek（P））=P。
1.单表代替密码
方法:列出明文字母与密文字母的一一对应关系。明 文 来自 文 明 文 密 文a
b
c A p K
d N q L
e D r
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g U t P
h Q u R
i I v S
j B w T
k C x V
l E y X
m F z Z
W J n G o H
M O
例:明文为network security,则相就的密文为:GDPTHMC ODARMIPX
密码学发展阶段
密码学发展可以分为三个阶段：
1949年之前(传统密码阶段)
密码学是一门艺术
1949～1975年
密码学成为科学
1976年以后
密码学的新方向——公钥密码
学
第1阶段－古典密码
密码学还不是科学,而是艺术 出现一些密码算法和加密设备 密码算法的基本手段出现，针对的是字符 简单的密码分析手段出现
(2)统计分析攻击：指密码分析者通过分析密文和明文的 统计规律来破译密码。
(3)数学分析攻击：指密码分析者针对加密算法的数学依 据，通过数学求解的方法来破译密码。
具体密码攻击类型：
(1)唯密文攻击 (2)已知明文攻击
(3)选择明文攻击 (4)选择密文攻击
具体密码攻击类型：
(1)唯密文攻击
即仅根据密文进行的密码攻击。攻击者有一些密文，它们是 使用同一加密算法和同一密钥加密的。攻击者的任务就是恢复 尽可能多的明文。
扩散是指将明文的统计特性散布到密文中去。实现方式 是使得明文中的每一位影响密文中的多位值，即密文中 的每一位受明文中的多位影响；将密钥的每位数字尽可 能扩散到更多的密文数字中去，以防止对密钥进行逐段 破译。 混乱的目的就是使密文和密钥之间的统计关系变得尽可 能复杂。使用复杂的非线性代换算法可以得到预期的混 淆效果。
著名的恺撒（Caesar）密码： 加密时它的每一个明文字符都由其右边第3个字符代替,即 A由D代替，B由E代替,W由Z代替,X由A代替，Y由B代替，Z 由C代替； 解密就是逆代换。
单表代换密码特点：
优点：是简单，易于实现。 缺点：一个明文字母与一个密文字母的对应关系是固定的，易受统 计分析攻击。因为英文文章中各字母的出现频率遵循一定的统 计规律，具体统计如下表：
已知：P1,C1=EK(P1), P2, C2=EK(P2), … , Pi,Ci=EK(Pi) 推导出密钥K；或者从Ci+1=EK(Pi+1)推出Pi+1的算法。
具体密码攻击类型(续)：
(3)选择明文攻击
攻击者不仅可以得到一些消息的密文和相应的明文，而 且还可以选择一些明文，并获取相应的密文。即攻击者让 对手加密一段事先选定的明文，并获得加密后的结果。
密码体制的安全性评价
评价密码体制安全性有不同的途径，包括无条件安全性、 计算安全性、可证明安全性。
(1)无条件安全性。如密码分析者具有无限的计算能力，密码 体制也不能被攻破，那么该密码体制就是无条件安全的。(如一 次一密乱码本对于唯密文攻击是无条件安全的) (2)计算安全性。理论上除一文一密外，没有绝对安全的密码 体制，通常称一个密码体制是安全的是指计算上安全的，即密 码分析者为了破译密码，穷尽其时间、存储资源仍不可得，或 破译所耗资材已超出因破译而获得的获益。 (3)可证明安全性。即将密码体制的安全性归结为数学难题， 如大数的因子分解问题等。可证明安全性只是说明密码体制的 安全与一个数学问题是相关的，但是并没有证明密码体制是安 全的，因此可证明安全性也称为归约安全性。
第四章 密码学基础
4.1密码学概述
密码学发展史
公元前5世纪，古希腊斯巴达就出现了原始的密码器。（用 带子缠绕木棍，沿木棍纵向写好明文，解下来的带子上就 是杂乱无章的密文。）
公元前1世纪，著名的恺撒（Caesar）密码就被用于高卢战 争。恺撒密码是一种简单的单字母替代密码。 公元16世纪晚期，著名的维吉尼亚密码（Vigenere cypher）,一种多表加密的替换密码。 二战中破译的德国“恩格玛（Enigma）”，加快了二战胜 利的步伐。 DES（数据加密标准） 公开密钥密码 量子密码学