密码技术和安全协议

明文
对方公钥 自己私钥
明文
加密
ALBERT'S
解密
(发送者)
(接收者)
密文
密文
著名的公钥密码算法1 著名的公钥密码算法1
A
– 该算法于 该算法于1977年由 年由MIT的Ron Rivest，Adi 年由 的 ， Shamir和Len Adleman三位年轻教授提出 和 三位年轻教授提出 – 基于大质数分解在计算上的困难来实现 – 攻破512位密钥 攻破 位密钥RSA算法大约需要 个月时间；现在， 算法大约需要8个月时间；现在， 位密钥 算法大约需要 个月时间 在技术上还无法预测攻破具有2048位密钥的 位密钥的RSA加 在技术上还无法预测攻破具有 位密钥的 加 密算法需要多少时间 – 美国 美国Lotus公司悬赏 亿美元，奖励能破译其 公司悬赏1亿美元 公司悬赏 亿美元， Domino产品中 产品中1024位密钥的 位密钥的RSA算法的人 产品中 位密钥的 算法的人
现代加密技术的发展
1949年，Claude Shannon发表了《保 年 发表了《 发表了 密系统的通信理论》 密系统的通信理论》，奠定了对称加密 系统的理论基础 1976年，W.Diffie和M.E.Hellman发表 年 和 发表 密码学的新方向》 了《密码学的新方向》，提出了公钥密 码理论， 码理论，是革命性的变革
第二章 密码学基础
王明政 2008/9
引言
安全要素与密码技术的关系 保密通信的基本过程（ 保密通信的基本过程（不同协议层加密 对通信的影响） 对通信的影响） 实际过程中遇到的问题（密钥共享、 实际过程中遇到的问题（密钥共享、密 钥获取、验证、算法协商等） 钥获取、验证、算法协商等）
主要内容
加密技术的思想 对称密钥算法体系 非对称密钥算法体系 其他相关算法 安全协议举例——SSL 安全协议举例
DES算法框架 DES算法框架
DES对64(bit)位的明文分组 进行 对 位的明文分组M进行 位的明文分组 操作， 经过一个初始置换 经过一个初始置换IP置换 操作，M经过一个初始置换 置换 成m0，将m0明文分成左半部分和 ， 明文分成左半部分和 右半部分m0=(L0,R0)，各32位长。 位长。 右半部分 ， 位长 然后进行16轮完全相同的运算 轮完全相同的运算， 然后进行 轮完全相同的运算，这 些运算被称为函数f， 些运算被称为函数 ，在运算过程中 数据与密匙结合。经过16轮后 轮后， 数据与密匙结合。经过 轮后，左， 右半部分合在一起经过一个末置换 在每一轮中，密匙位移位， 在每一轮中，密匙位移位，然后再 从密匙的56位中选出 位中选出48位 从密匙的 位中选出 位。通过一 个扩展置换将数据的右半部分扩展 成48位，并通过一个异或操作替代 位 成新的32位数据 位数据， 成新的 位数据，在将其置换换一 这四步运算构成了函数f。然后， 次。这四步运算构成了函数 。然后， 通过另一个异或运算，函数f的输出 通过另一个异或运算，函数 的输出 与左半部分结合， 与左半部分结合，其结果成为新的 右半部分， 右半部分，原来的右半部分成为新 的左半部分。将该操作重复16次 的左半部分。将该操作重复 次
对称密钥算法加解密流程
明文 密钥
ALBERT'S
明文
加密
解密 (接收者)
(发送者)
密文
密文
常用对称密钥算法
分组密码
– 数据加密标准 数据加密标准DES – 三重DES：3DES或Triple DES 三重 ： 或 – 国际数据加密算法 国际数据加密算法IDEA – 高级加密标准 高级加密标准AES
实现加密的几种方式
现代加密技术：算法 密钥 现代加密技术：算法+密钥 例 算法保密
– 不适合大规模使用，算法不适合快速传递和 不适合大规模使用， 交换
算法公开+密钥保密 算法公开 密钥保密
– 现代加密算法的基本设计思路
密码技术能实现什么？
信息的保密性(Privacy) 信息的保密性
– 信息加密
信息的完整性(Integrity) 信息的完整性
著名的公钥密码算法2 著名的公钥密码算法2
椭圆曲线密码ECC 椭圆曲线密码
– 安全性能更高 如160位ECC与1024位RSA、 位 与 位 、 DSA有相同的安全强度。 有相同的安全强度。 有相同的安全强度 – 计算量小，处理速度快 在私钥的处理速度 计算量小， 解密和签名）， ），ECC远比 远比RSA、DSA 上（解密和签名）， 远比 、 快得多。 快得多。 – 存储空间占用小 ECC的密钥尺寸和系统参 的密钥尺寸和系统参 数与RSA、DSA相比要小得多， 所以占用 相比要小得多， 数与 、 相比要小得多 的存储空间小得多。 的存储空间小得多。
流密码
– RC4
DES算法简介 DES算法简介
DES是Data Encryption Standard（数据加 是 （ 密标准）的缩写。它是由IBM公司研制的一种 密标准）的缩写。它是由 公司研制的一种 加密算法，美国国家标准局于1977年公布把它 加密算法，美国国家标准局于 年公布把它 作为非机要部门使用的数据加密标准 DES是一个分组加密算法，他以 位为分组对 是一个分组加密算法， 是一个分组加密算法 他以64位为分组对 数据加密。它的密匙长度是56位 数据加密。它的密匙长度是 位（因为每个第 8位都用作奇偶校验），密匙可以是任意的 位都用作奇偶校验），密匙可以是任意的56 位都用作奇偶校验），密匙可以是任意的 位的数，而且可以任意时候改变。 位的数，而且可以任意时候改变。其中有极少 量的数被认为是弱密匙，但是很容易避开他们。 量的数被认为是弱密匙，但是很容易避开他们。 所以保密性依赖于密钥。 所以保密性依赖于密钥。
置换密码
变换明文符号的顺序， 变换明文符号的顺序，但不隐藏他们
alice iloveyou a l i c e 1 5 4 2 3 I l o v e iyvaedoulo
Yo u a d
一次一密
每次采用一个随机的新的密码
– 例如：随机比特流对数据进行异或运算 例如：
一次一密是近乎完美的加密方案，因为 一次一密是近乎完美的加密方案， 它是不可攻破并且每个密钥仅仅使用一 但密码无法记忆，要双方“ 次。但密码无法记忆，要双方“随身携 带”。 例：古代军事消息传递
– 数字摘要
信息源的认证(Authentication)：真实性 ： 信息源的认证
– 数字签名、时间戳 数字签名、
密码技术如何实现机密性
如何实现数据的加密？ 如何实现数据的加密？
– – – – 直接使用某种算法加密数据，使明文变成密文 直接使用某种算法加密数据， 应用层加密， 应用层加密，使用某种加密算法 网络层加密， 网络层加密，使用某种加密算法 链路层加密， 链路层加密，使用某种加密算法
RSA算法简介 RSA算法简介
a)选择两质数 、q。 选择两质数p、 。 选择两质数 b)计算 = p*q。 计算n 计算 。 c)计算 的欧拉函数 (n)=(p-1)(q-1)。 计算n的欧拉函数 计算 。 d)选择整数 ，使e与 (n)互质，且1<e< (n)。 选择整数e， 互质， 选择整数 与 互质 。 e)计算 使d*e=1 mod (n)。 计算d,使 计算 。 其中， 其中，公钥 KU＝{e,n}，私钥 KR＝{d,n} ＝ ， ＝
– 协议
大规模大范围的应用还需要什么？ 大规模大范围的应用还需要什么？
– 安全基础设施，比如 安全基础设施，比如PKI
密码技术如何实现认证
数字签名算法 如何确认信息源并防止抵赖？ 如何确认信息源并防止抵赖？
– 认证协议
大规模应用？ 大规模应用？
– PKI
算法、协议和基础设施的关系
算法实现了某种特定的计算方法 协议把算法组织起来实现某种安全要素 基础设施是大规模应用的基础平台
如Caesar密码，每个字母由字母表中其后的第 Caesar密码， 密码 三个字母来替换,iloveyou loryhbrx 三个字母来替换,iloveyou 可通过英文词频统计来猜测密码，如最常见的 可通过英文词频统计来猜测密码， 字母是e、o、a、n、I，最常见的2字母组合是 字母是e 最常见的2 th, in, er, re和an。最常用的3字母组合是 re和an。最常用的3 the, ing, ion。 ion。
RSA算法的安全性 RSA算法的安全性
RSA的安全性基于大数分解质因子的困 的安全性基于大数分解质因子的困 难性。因为若n被分解为 被分解为n=p*q，则 (n)、 难性。因为若 被分解为 ， 、 e、d可依次求得。 、 可依次求得。 可依次求得 目前， 目前，因式分解速度最快的方法的时间 复杂性为exp(sqrt(ln（n))Inln(n))) 复杂性为 （ 统计数据表明，在重要应用中，使用512 统计数据表明，在重要应用中，使用 位的密钥己不安全，需要采用1024位的 位的密钥己不安全，需要采用 位的 密钥
信息安全需要哪些算法？
加密算法 数字摘要算法 数字签名算法 。。。。。。
加密算法分类
对称密钥算法
– 分组密码 – 流密码
不对称密钥算法（公钥算法， 不对称密钥算法（公钥算法，一般都是 分组密码） 分组密码）
对称密码算法体系
对称密码算法的基本概念
采用公开算法 加解密使用同一个密钥， 加解密使用同一个密钥，即密钥对称
加密技术的思想
加密的目的是什么？
保密， 保密，还要能解密 可以保密的通信 方便快速的可以跟一个需要认证身份的 从未通信过的人进行保密通信
传统密码技术的起源
军事、外交、日记、 军事、外交、日记、情书 替代密码 置换密码
替代密码
就是用不同的比特、字符、字符串来代替原来 就是用不同的比特、字符、 的比特、字符、 的比特、字符、字符串
RSA算法的加解密 RSA算法的加解密