现代密码学第18讲HMAC
现代密码学PPT课件
信息安全所面临的威胁来自很多方面，并且随着时 间的变化而变化。这些威胁可以宏观地分为人为威 胁和自然威胁。
自然威胁可能来自于各种自然灾害、恶劣的场地环 境、电磁辐射和电磁干扰、网络设备自然老化等。 这些事件有时会直接威胁信息的安全，影响信息的 存储媒质。
3. 完整性业务
和保密业务一样，完整性业务也能应用于消息流、 单个消息或一个消息的某一选定域。用于消息流的 完整性业务目的在于保证所接收的消息未经复制、 插入、篡改、重排或重放，即保证接收的消息和所 发出的消息完全一样；这种服务还能对已毁坏的数 据进行恢复，所以这种业务主要是针对对消息流的 篡改和业务拒绝的。应用于单个消息或一个消息某 一选定域的完整性业务仅用来防止对消息的篡改。
2. 认证业务
用于保证通信的真实性。在单向通信的情况下，认 证业务的功能是使接收者相信消息确实是由它自己 所声称的那个信源发出的。在双向通信的情况下， 例如计算机终端和主机的连接，在连接开始时，认 证服务则使通信双方都相信对方是真实的（即的确 是它所声称的实体）；其次，认证业务还保证通信 双方的通信连接不能被第三方介入，以假冒其中的 一方而进行非授权的传输或接收。
恶意软件指病毒、蠕虫等恶意程序，可分为两类， 如图1.2所示，一类需要主程序，另一类不需要。前 者是某个程序中的一段，不能独立于实际的应用程 序或系统程序；后者是能被操作系统调度和运行的 独立程序。来自图1.2 恶意程序分类
对恶意软件也可根据其能否自我复制来进行分类。 不能自我复制的一般是程序段，这种程序段在主程 序被调用执行时就可激活。能够自我复制的或者是 程序段（病毒）或者是独立的程序（蠕虫、细菌 等），当这种程序段或独立的程序被执行时，可能 复制一个或多个自己的副本，以后这些副本可在这 一系统或其他系统中被激活。以上仅是大致分类， 因为逻辑炸弹或特洛伊木马可能是病毒或蠕虫的一 部分。
现代密码学总结汇总
现代密码学总结第一讲绪论•密码学是保障信息安全的核心•安全服务包括：机密性、完整性、认证性、不可否认性、可用性•一个密码体制或密码系统是指由明文（m或p）、密文（c）、密钥（k）、加密算法（E）和解密算法（D）组成的五元组。
•现代密码学分类：•对称密码体制：（又称为秘密密钥密码体制，单钥密码体制或传统密码体制）密钥完全保密；加解密密钥相同；典型算法：DES、3DES、AES、IDEA、RC4、A5 •非对称密码体制：（又称为双钥密码体制或公开密钥密码体制）典型算法：RSA、ECC第二讲古典密码学•代换密码：古典密码中用到的最基本的处理技巧。
将明文中的一个字母由其它字母、数字或符号替代的一种方法。
（1）凯撒密码：c = E(p) = (p + k) mod (26) p = D(c) = (c –k) mod (26)（2）仿射密码：明文p ∈Z26，密文c ∈Z26 ，密钥k=(a,b) ap+b = c mod (26)（3）单表代换、多表代换Hill密码：（多表代换的一种）——明文p ∈(Z26)m，密文c ∈(Z26)m，密钥K ∈{定义在Z26上m*m的可逆矩阵}——加密c = p * K mod 26 解密p = c * K-1 mod 26Vigenere密码：查表解答（4）转轮密码机：•置换密码•••：将明文字符按照某种规律重新排列而形成密文的过程列置换，周期置换•密码分析：•统计分析法：移位密码、仿射密码和单表代换密码都没有破坏明文的频率统计规律，可以直接用统计分析法•重合指数法• 完全随机的文本CI=0.0385，一个有意义的英文文本CI=0.065• 实际使用CI 的估计值CI ’：L ：密文长。
fi ：密文符号i 发生的数目。
第三讲 密码学基础第一部分 密码学的信息论基础• Shannon 的保密通信系统模型发送者接收者信源分析者加密解密安全信道无噪信道安全信道MM MCK K密钥源发送者接收者信源分析者加密解密无噪信道安全信道MM MC KK ’密钥源无噪信道•一个密码体制是一个六元组：（P, C, K 1, K 2, E, D )P--明文空间 C--密文空间 K 1 --加密密钥空间K2 --解密密钥空间E --加密变换D --解密变换对任一k∈K1,都能找到k’∈K2，使得D k’ (E k (m))=m，m M. •熵和无条件保密•)(1log)()(≥=∑i iaixpxpXH设随机变量X={xi | i=1,2,…,n}, xi出现的概率为Pr(xi) ≧0, 且, 则X的不确定性或熵定义为熵H(X)表示集X中出现一个事件平均所需的信息量(观察前)；或集X中每出现一个事件平均所给出的信息量(观测后).•设X={x i|i=1,2,…,n}, x i出现的概率为p(x i)≥0，且∑i=1,…,n p(x i)=1;Y={y i|i=1,2,…,m}, y i出现的概率为p(y i)≥0，且∑i=1,…,m p(y i)=1;则集X 相对于集Y的条件熵定义为•X视为一个系统的输入空间，Y视为系统的输出空间，通常将条件熵H(X|Y)称作含糊度，X和Y之间的平均互信息定义为：I(X,Y)=H(X)-H(X|Y)表示X熵减少量。
(完整版)现代密码学简答题及计算题
第七章 简答题及计算题⑴公钥密码体制与对称密码体制相比有哪些优点和不足？答：对称密码一般要求： 1、加密解密用相同的密钥 2、收发双方必须共享密钥安全性要求： 1、密钥必须保密 2、没有密钥，解密不可行 3、知道算法和若干密文不足以确定密钥 公钥密码一般要求：1、加密解密算法相同，但使用不同的密钥2、发送方拥有加密或解密密钥，而接收方拥有另一个密钥 安全性要求： 1、两个密钥之一必须保密 2、无解密密钥，解密不可行3、知道算法和其中一个密钥以及若干密文不能确定另一个密钥⑵RSA 算法中n ＝11413，e ＝7467，密文是5859，利用分解11413＝101×113，求明文。
解：10111311413n p q =⨯=⨯=()(1)(1)(1001)(1131)11088n p q ϕ=--=--=显然，公钥e=7467，满足1＜e ＜()n ϕ，且满足gcd(,())1e n ϕ=，通过公式1mod11088d e ⨯≡求出1mod ()3d e n ϕ-≡=，由解密算法mod d m c n ≡得3mod 5859mod114131415d m c n ≡==⑶在RSA 算法中，对素数p 和q 的选取的规定一些限制，例如：①p 和q 的长度相差不能太大，相差比较大； ②P-1和q-1都应有大的素因子；请说明原因。
答：对于p ，q 参数的选取是为了起到防范的作用，防止密码体制被攻击①p ，q 长度不能相差太大是为了避免椭圆曲线因子分解法。
②因为需要p ，q 为强素数，所以需要大的素因子 ⑸在ElGamal 密码系统中，Alice 发送密文（7，6），请确定明文m 。
⑺11Z 上的椭圆曲线E ：236y x x =++，且m=3。
①请确定该椭圆曲线上所有的点；②生成元G=（2,7），私钥(5,2)2B B n P ==，明文消息编码到(9,1)m P =上，加密是选取随机数k=3，求加解密过程。
现代密码学基础第一版课程设计
现代密码学基础第一版课程设计1. 课程概述本课程主要讲解现代密码学的基础知识，包括对称加密、非对称加密、哈希算法、数字签名等内容。
通过本课程的学习，学生可以掌握现代密码学的基本原理、算法和应用，为后续学习和研究打下坚实的基础。
本课程适合计算机科学、信息安全、网络安全等专业的本科生和研究生。
2. 教学目标•了解现代密码学的基本概念和理论；•理解对称加密和非对称加密的区别与应用；•掌握常用的加密算法、哈希算法和数字签名算法；•能够分析、设计和实现基本的密码安全应用。
3. 教学内容3.1 现代密码学基础•密码学概述•密码学的应用和分类•密钥分类和密钥分发3.2 对称加密•对称加密算法概述•分组密码与流密码•常用的分组加密算法：DES, AES, IDEA•数据加密标准以及其应用3.3 非对称加密•非对称加密算法概述•RSA 加密算法•椭圆曲线加密算法3.4 哈希算法•哈希算法概述•常用的哈希算法：MD5, SHA-1, SHA-2, SHA-33.5 数字签名•数字签名概述•常用的数字签名算法：RSA, DSA, ECDSA3.6 密码的应用•安全通信协议：SSL/TLS•数字证书及其应用•密码攻击和密码分析4. 教学方法本课程采用教师讲授+在线交互的教学模式，具体包括以下内容：•讲授理论知识并举例说明概念和原理；•利用在线平台开展实验和练习，帮助学生巩固知识点；•设计和布置实际项目，以帮助学生实践和加深理解；•引导学生研读相关文献，开展小组研究和讨论。
5. 评分标准本课程包括在线作业、实验报告、项目评估和期末考试等评估方式。
具体评分标准如下：•在线作业：占总评成绩20%，根据完成度进行评分；•实验报告：占总评成绩30%，根据实验完成度和报告质量进行评分；•项目评估：占总评成绩30%，根据项目需求、代码质量、效果展示等方面进行评分；•期末考试：占总评成绩20%。
6. 参考资料•李鹏. 现代密码学基础[M]. 机械工业出版社, 2013.•范明. 神秘的密码[M]. 科学出版社, 2014.•周康. 计算机网络安全——一种基于密码学的解决方案[M]. 人民邮电出版社, 2011.•高文. 计算机网络安全技术的原理与实践[M]. 清华大学出版社, 2010.7. 总结本课程旨在帮助学生掌握现代密码学的基础知识和应用技能。
现代密码学概述
现代密码学概述现代密码学是研究保护信息安全的科学，它使用密码算法来加密和解密数据，以防止未经授权的访问和篡改。
密码学在现代社会中扮演着至关重要的角色，它保证了电子通信、互联网交易和数据存储的安全性。
一、密码学的基本概念和原理1.1 加密和解密在密码学中，加密是将明文转换为密文的过程，而解密则是将密文还原为明文的过程。
加密和解密的过程需要使用特定的密钥和密码算法。
1.2 对称密码和非对称密码对称密码算法使用相同的密钥进行加密和解密，加密和解密的速度较快，但密钥的分发和管理比较困难。
非对称密码算法使用一对密钥，分别用于加密和解密，密钥的管理更为灵活，但加密和解密的速度较慢。
1.3 数字签名和数字证书数字签名是在数字信息中添加的一种类似于手写签名的标识，用于验证数据的完整性和真实性。
数字证书则是由可信的第三方机构颁发的用于验证签名者身份的证书。
二、现代密码学的应用领域2.1 网络安全现代密码学在网络安全中扮演着重要的角色。
它通过对通信数据进行加密，保护用户的隐私和数据的安全，防止信息被窃听、篡改和伪造。
2.2 数据存储密码学被广泛应用于数据存储领域，如数据库加密、文件加密和磁盘加密等。
通过对数据进行加密，即使数据泄露也不会造成重大的损失。
2.3 电子支付现代密码学在电子支付领域也有广泛的应用。
它通过使用数字签名和加密技术，确保支付过程的安全性和可信度，防止支付信息被篡改和伪造。
三、常见的密码学算法3.1 对称密码算法常见的对称密码算法有DES（Data Encryption Standard）、AES （Advanced Encryption Standard）和RC4等。
这些算法在加密和解密的速度上都较快，但密钥的管理较为困难。
3.2 非对称密码算法常见的非对称密码算法有RSA、DSA和ECC等。
这些算法在密钥的管理上更为灵活，但加密和解密的速度较慢。
3.3 哈希函数算法哈希函数算法用于将任意长度的数据转换为固定长度的摘要值。
《现代密码学》散列函数与消息鉴别ppt课件
• SHA–1产生音讯摘要的过程类似MD5，如下图
填充位
L×512 bit＝ N×32 bit K bit
这一步为MD5的主循环，包括四轮。每个循环 都以当前的正在处置的512比特分组Yq和128比 特缓冲值ABCD为输入，然后更新缓冲内容。
3.MD5的输出
由A、B、C、D四个存放器的输出按低位字节在 前的顺序(即以A的低字节开场、D的高字节终 了)得到128位的音讯摘要。
• 单个512比特分组的MD5主循环处置：
对散列函数必需具有的性质的了解： 系统能够存在的伪造方式 伪造方式一：假设攻击者截获某一音讯摘要h,假
设H的逆函数H-1是易求的，可算出H-1(h)=m, 满足h=H(m)。为防止这一点，必需求求散列 函数H为单向的，即计算H的逆函数H-1在计算 上是不可行的。 伪造方式二：从一个有效签名(m,y)开场，此处y= sigk(H(m))。首先计算h=H(m)，并企图找到一 个m’=m满足H(m’)=H(m)。假设做到这一点， 那么(m’,y)也将为有效签名。为防止这一点， 要求函数h具有弱抗冲突特性，即，对给定音 讯m，在计算上几乎找不到不同于m的m’ ∈ X 使H(m)=H(m’)。
(1)单向性：对任何给定的码h，寻觅m使得 H(m) = h在计算上是不可行的
(2)具有弱抗碰撞性〔week collision resistance〕 ：对于任何给定的音讯m， 寻觅一个与m不同的音讯m’使得 H(m)=H(m’)在计算上不可行。
(3)具有强抗碰撞性〔 strong collision resistance 〕：寻觅恣意两个不同的音讯 m和m’使得使得H(m)=H(m’)在计算上不 可行。
对散列函数的生日攻击
• 假定其输出为m比特，那么寻觅一个音讯，使其散 列值与给定散列值一样那么需求计算2m次；而寻 觅两个音讯具有一样的散列值仅需求实验2m/2个 随机的音讯。
现代密码学教程第2版 习题 非答案
现代密码学教程第二版谷利泽郑世慧杨义先欢迎私信指正，共同奉献1.4习题1.判断题（1）现代密码学技术现仅用于实现信息通信保密的功能。
（）（2）密码技术是一个古老的技术，所以，密码学发展史早于信息安全发展史。
（）（3）密码学是保障信息安全的核心技术，信息安全是密码学研究与发展的目的。
（）（4）密码学是对信息安全各方面的研究，能够解决所有信息安全的问题。
（）（5）从密码学的发展历史可以看出，整个密码学的发展史符合历史发展规律和人类对客观事物的认识规律。
（）（6）信息隐藏技术其实也是一种信息保密技术。
（）（7）传统密码系统本质上均属于对称密码学范畴。
（）（8）早期密码的研究基本上是秘密地进行的，而密码学的真正蓬勃发展和广泛应用源于计算机网络的普及和发展。
（）（9）1976年后，美国数据加密标准（DES）的公布使密码学的研究公开，从而开创了现代密码学的新纪元，是密码学发展史上的一次质的飞跃。
（）（10）密码标准化工作是一项长期的、艰巨的基础性工作，也是衡量国家商用密码发展水平的重要标志。
（）2.选择题（1）1949年，（）发表题为《保密系统的通信理论》，为密码系统建立了理论基础，从此密码学成了一门科学。
A.ShannonB.DiffieC.HellmanD.Shamir（2）截取的攻击形式是针对信息（）的攻击。
A.机密性B.完整性C.认证性D.不可抵赖性（3）篡改的攻击形式是针对信息（）的攻击。
A.机密性B.完整性C.认证性D.不可抵赖性（4）伪造的攻击形式是针对信息（）的攻击。
A.机密性B.完整性C.认证性D.不可抵赖性（5）在公钥密码思想提出大约一年后的1978年，美国麻省理工学院的Rivest、（）和Adleman提出RSA的公钥密码体制，这是迄今为止第一个成熟的、实际应用最广的公钥密码体制。
A.ShannonB.DiffieC.HellmanD.Shamir3.填空题（1）信息安全的主要目标是指、、和、可用性。
现代密码学考试总结
密码主要功能：1.机密性：指保证信息不泄露给非授权的用户或实体，确保存储的信息和传输的信息仅能被授权的各方得到，而非授权用户即使得到信息也无法知晓信息内容，不能使用。
2.完整性：是指信息未经授权不能进行改变的特征，维护信息的一致性，即信息在生成、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为的非授权篡改(插入、替换、删除、重排序等)，如果发生，能够及时发现。
3.认证性：是指确保一个信息的来源或源本身被正确地标识，同时确保该标识的真实性，分为实体认证和消息认证。
消息认证：向接收方保证消息确实来自于它所宣称的源；实体认证：参与信息处理的实体是可信的，即每个实体的确是它所宣称的那个实体，使得任何其它实体不能假冒这个实体。
4.不可否认性：是防止发送方或接收方抵赖所传输的信息，要求无论发送方还是接收方都不能抵赖所进行的行为。
因此，当发送一个信息时，接收方能证实该信息的确是由所宣称的发送方发来的；当接收方收到一个信息时，发送方能够证实该信息的确送到了指定的接收方。
信息安全：指信息网络的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露、否认等，系统连续可靠正常地运行，信息服务不中断。
信息安全的理论基础是密码学，根本解决，密码学理论对称密码技术——分组密码和序列密码——机密性；消息认证码——完整性，认证性；数字签名技术——完整性，认证性，不可否认性；1949年Shannon发表题为《保密系统的通信理论》1976年后，美国数据加密标准（DES）的公布使密码学的研究公开，密码学得到了迅速发展。
1976年，Diffe和Hellman发表了《密码学的新方向》，提出了一种新的密码设计思想，从而开创了公钥密码学的新纪元。
置换密码置换密码的特点是保持明文的所有字符不变，只是利用置换打乱了明文字符的位置和次序。
列置换密码和周期置换密码使用密码设备必备四要素：安全、性能、成本、方便。
密码体制的基本要求：1.密码体制既易于实现又便于使用，主要是指加密函数和解密函数都可以高效地计算。
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HMAC提出了用杂凑函数构造MAC的方法
作为RFC2104，并在IPSec和其他网络协议(如SSL)中 得以应用
2019/6/4
2
HMAC的设计目标
Hash函数不使用密钥，不能直接用于MAC
HMAC要求
将杂凑函数当 作一个黑盒:
可不经修改使用现有hash函数
使用该随机数与存储在ePass中的密钥进行HMACMD5运算并得到一个结果作为认证证据传给服务 器（此为响应）。 (4) 与此同时，服务器也使用该随机数与存储在服 务器数据库中的该客户密钥进行HMAC-MD5运算， 如果服务器的运算结果与客户端传回的响应结果 相同，则认为客户端是一个合法用户
2019/6/4
攻击者能够找出hash函数的碰撞，即使IV是 随机的和秘密的。
2019/6/4
6
HMAC的典型应用
（Challenge/Response）身份认证: (1) 先由客户端向服务器发出一个验证请求。 (2) 服务器接到此请求后生成一个随机数并通过网
络传输给客户端（此为挑战）。 (3) 客户端将收到的随机数提供给ePass，由ePass
7
f (IV,(K ipad)) f (IV,(K opad))
其中f(cv，block)是杂凑函数中的压缩函数
HMAC的安全性
取决于hash函数的安全性
证明了算法强度和嵌入的hash函数强度 的确切关系，即证明了对HMAC攻击等 价于对内嵌hash函数的下述两种攻击
攻击者能够计算压缩函数的一个输出，即使 IV是秘密的和随机的
3
算法描述
Ipad:b/8个00110110 Opad:b/8个01011010 K为密钥 K+:左面经填充0后的K.K＋的长度为b比特
2019/6/4
H M A C k H [ ( K o p a d ) ||H [ ( K i p a d ) ||M ] ]
4
可预先求出下面两个量作为杂凑函数的初值IV
代码重用；模 其中镶嵌的hash函数可易于替换为更快和更安全的
块替换。
hash函数
保持镶嵌的hash函数的最初性能，不因适用于 HAMC而使其性能降低
可证明是安全 以简单方式使用和处理密钥 在对镶嵌的hash函数合理假设的基础上，易于分析 HMAC用于认证时的密码强度
2019/6/4
HMAC算法
2019/6/4
1
传统上构造MAC基于分组密码,但近年来研究 构造MAC的兴趣已转移到杂凑函数
密码杂凑函数(如MD5、SHA)的软件实现快于分组 密码(如DES)的软件实现；
密码杂凑函数的库代码来源广泛；
密码杂凑函数没有出口限制，而分组密码即使用于 MAC也有出口限制。