应用密码学基础理论
密码学理论及应用研究
密码学理论及应用研究密码学是研究通信安全的科学，其主要任务是研究和设计加密算法以保障信息的保密性、完整性和非否认性。
相比其他技术手段而言，密码学是安全通信和防范信息泄露的重要方法之一。
密码学研究的基础是数学理论，应用范围十分广泛，涵盖金融、政治、军事、商业、网络安全等诸多领域。
在信息时代，安全信息交流已经成为了不可或缺的一部分，而密码学正是完成此任务的一种关键技术。
一、密码学的常用方法密码学的核心技术是加密和解密，加密是指将明文通过一定的密码算法转换成密文的过程，而解密则是将密文转换成明文过程的反向操作。
常用的密码学方法主要包括对称加密和非对称加密。
对称加密指的是加密算法中使用了同一个密钥的算法，即加密和解密使用同一密钥。
在对称加密方式中，常用的算法有DES、AES和IDEA等。
对于这类算法，在传输时需要保证密钥的安全，否则就会被攻击者拦截并通过密钥获取明文信息。
因此，对称加密通常用于安全级别较低的数据传输。
非对称加密采用了一对密钥，其中一个用于加密数据，另一个用于解密数据，即推荐使用一个公用密钥和一个私用密钥的加密算法。
在这种加密方式上，由于公用密钥的存在，数据发送者只要获得接收者的公用密钥就可以安全地把数据传输过去，并且数据接收者的私用密钥不必和公用密钥在传输过程中一起传输。
非对称加密通常用于安全性相对较高的信息传输，如金融交易、电子邮件等领域。
二、密码学的应用领域1、网络通信和电子商务当今世界，网络通信和电子商务已经成为了人们日常生活的不可或缺的一部分。
为了保证这段信息的安全，密码学技术得以大量应用。
许多受信大量的网站，在登录时都会要求用户输入密码，这个过程就是应用密码学中的加密算法将密码保护在服务器端，以确保信息的安全和可信。
2、金融安全随着金融技术的不断进步，如今这块领域已经变得越来越复杂。
在金融领域的一些关键过程中，如银行转账、证券交易等，安全性尤为重要。
密码学可以应用在这些过程中以确保交易的顺利进行，并在数据传输中作为防御工具防范黑客的攻击和钓鱼行为。
密码学理论与实践的研究与应用
密码学理论与实践的研究与应用一、密码学概述密码学是指研究如何保护通信过程中信息安全的学科，密码学的基本目标是通过加密技术，使得信息不被未经授权的人读取、修改、删除或伪造。
密码学目前已成为现代安全领域中的重要支柱和基石，具有广泛的理论研究与应用领域。
二、密码学理论1、对称加密算法对称加密算法又称为共享密钥加密算法，它采用相同的密钥进行加密和解密，加密效率高，但存在密钥通信问题和密钥安全问题。
2、非对称加密算法非对称加密算法又称为公钥加密算法，它有两个密钥，一个公钥和一个私钥，加密和解密使用不同的密钥。
非对称加密算法使用广泛，具有更好的安全性。
3、哈希算法哈希算法是用于数据完整性验证的算法，将任意长度的消息输入，经过哈希函数压缩成指定长度的输出。
它常用于数字签名、完整性检查和密码存储中。
三、密码学实践密码学实践是指在密码学理论的基础上，应用到实际情况中的安全通信和数据保护中，主要包括以下几个方面：1、数据加密数据加密是密码学的一个主要应用领域，它通过使用不同的加密算法，对敏感数据进行加密保护，防止数据被窃取、篡改或泄露。
2、数字签名数字签名是用来保护数字信息（如电子邮件、文档等）的安全性和完整性。
它采用非对称加密算法和哈希算法，用于验证信息的来源、完整性和不可否认性。
3、SSL/TLS协议SSL/TLS协议是用于网络安全的重要协议，它通过使用对称加密算法和非对称加密算法，对网络通信进行加密保护，防止数据被窃取、篡改和僵持攻击。
四、密码学应用案例1、PGP加密邮件PGP（Pretty Good Privacy）是一种常用的加密邮件的工具，它采用非对称加密算法和哈希算法，对邮件内容进行加密保护和数字签名，保护用户的隐私和数据完整性。
2、HTTPS安全通信HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）协议是用于保护网络通信安全的重要协议，它利用SSL/TLS协议对网络通信进行加密保护，确保网站的安全性和用户的隐私。
密码学原理与应用
密码学原理与应用一、密码学基础概念密码学是研究保密通信和数字签名的科学。
它涵盖了密码学原理、密码算法和密码协议等方面。
为了保证通信安全，传输的信息必须经过加密处理。
加密是指将明文经过某种算法转换成密文，这样即便黑客截取了密文也无法直接解读。
解密是指将密文还原成明文的过程。
密钥是加密算法的重要组成部分。
上述的加密过程是通过使用密钥实现的。
密钥的保密性至关重要，只有掌握了正确的密钥才能够进行解密。
密码学中涉及到的重要概念包括对称密钥加密、非对称密钥加密、数字签名、哈希算法等。
二、对称密钥加密对称密钥加密也称为共享密钥加密。
在对称密钥加密中，加密和解密使用同一密钥。
对称密钥加密的优点是加、解密速度快，适用于大量信息的加密。
然而，对称密钥算法存在一个严重问题，那就是密钥的分发问题。
在传输信息前，发收双方必须先约定密钥，这就需要通过安全的方式将密钥传输给对方。
一旦密钥被泄露，黑客就可以轻易地解密信息，导致信息泄露。
三、非对称密钥加密非对称密钥加密也称为公钥加密。
在非对称密钥加密中，加密和解密使用不同的密钥，即公钥和私钥。
公钥是公开的，任何人都可以使用它进行加密，而私钥只有拥有者才能使用。
非对称密钥加密算法具有更好的安全性，因为攻击者无法从公钥推断出私钥。
在传输信息之前，发收双方可以先通过加密方式进行密钥协商，从而保证密钥的安全。
四、数字签名数字签名是指对信息进行加密处理，再通过私钥进行签名，确保数字文件的真实性、完整性和不可否认性。
数字签名的过程包括摘要算法（将明文转换为固定长度的字符串）、公钥加密（使用私钥签名密文）、验证签名（使用公钥验签）等。
数字签名可以应用于许多领域，包括电子商务、数字合同、电子书等。
数字签名可以防止篡改和伪造，在保护数字权益和交易安全方面发挥重要作用。
五、哈希算法哈希算法是一种将任意长度的消息压缩成一个固定长度摘要消息的过程。
哈希算法经常用于加密算法中，将消息转换为摘要消息，再通过密钥和加密算法进行加密。
密码学的基本原理和应用
密码学的基本原理和应用密码学（Cryptology）是研究如何保护信息的学科，它主要涉及到两个方面：加密（Encryption）和解密（Decryption）技术。
加密技术是将明文（Plaintext）转化为密文（Ciphertext），以便在传输时保护信息不被窃取或篡改；解密技术是将密文转化为明文，以便信息接收方能正常理解。
密码学已经成为当今信息时代的重要支撑之一，它的应用范围广泛，从普通的数据传输到电子商务、金融、军事等领域。
本文将介绍密码学的基本原理和应用。
一、密码学的基本原理密码学的基本原理是基于数学的算法来实现加密和解密。
1. 对称加密算法（Symmetric Cryptography）对称加密算法采用同一密钥对明文进行加密和密文进行解密，即接收方和发送方都拥有同样的密钥。
在对称加密算法中，最常见的是DES（Data Encryption Standard）算法。
DES算法是一种基于置换和代换的密码算法，它将64位明文分为两个32位的半块，然后进行16轮的加密和解密，使用密钥可以在加密和解密中完成。
2. 非对称加密算法（Asymmetric Cryptography）非对称加密算法采用两个密钥，一个是公钥（Public Key），一个是私钥（Private Key）。
公钥可以公开，任何人都可以得到，用于加密明文；而私钥是保密的，只有一个人能得到，用于解密密文。
当接收方收到密文时，只有他知道解密的私钥，才可以解密密文。
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）算法是一种典型的非对称加密算法，它可以使用1024位或更长的密钥来保证安全性。
3. 哈希算法（Hash Algorithm）哈希算法是一种将任意长度的输入“压缩”为固定长度输出的算法，通常输出长度为128位、160位、256位等。
哈希算法能对任意长度的数据进行不可逆加密，其输出值称为哈希值（Hash Value）。
哈希算法在数字签名、消息鉴别码、密码验证等领域广泛应用，SHA（Secure Hash Algorithm）算法是其中一种。
密码学的数学基础及其应用
密码学的数学基础及其应用密码学是现代信息安全领域中的重要分支，它涵盖了加密、解密、数字签名、密钥管理等方面。
其基本目的是确保信息的安全性、可靠性和隐私性。
密钥是解密或解码所需的加密或编码过的文本，因此，密码学的基础是在数学和其他相关学科中找到可行的方法来创建和管理密钥。
一、密码学的数学基础密码学的数学基础主要包括大量的数学理论、算法和问题，这些是建立密码体系必不可少的基础。
其中，最基础也最重要的是数论、代数、离散数学和计算机科学。
1. 数论数论是密码学的基础。
在密码学中，一种常用的数论方法叫做模运算。
模运算是在某一范围内进行的算术运算，例如将100除以7得到的余数是2，即100 mod 7 = 2。
这个方法被用于创建密钥和密码。
2. 代数代数在密码学中的作用与数论一样重要。
这是因为密码的创建和破解过程中，有时需要用到代数方法。
例如，当使用基于公钥的密码体系时，常常需要使用解方程式的方法来计算密钥。
3. 离散数学离散数学是密码学的关键，特别是在数据结构、图论、组合数学等方面。
在密码学中，离散数学的一种应用是用于构建Diffie-Hellman密钥交换协议和ElGamal加密算法等。
4. 计算机科学计算机科学是密码学的另一个重要基础。
密码学中使用的大多数算法都需要计算机的支持。
因此，对于密码学的学习者，必须了解计算机科学的基础知识，例如数据结构、算法、计算机体系结构和操作系统等。
二、密码学的应用密码学的应用涵盖了众多领域。
在计算机网络安全领域，有四种常见的密码学应用。
1. 对称加密技术对称加密技术是一种常见的密码技术，使用相同的密钥加密和解密数据。
这种技术能够快速加密和解密数据，但有一个问题是，不安全地传输密钥会导致密钥泄漏的风险。
2. 公钥加密技术公钥加密技术也被称为非对称加密技术。
它使用两个密钥，一个用于加密数据，另一个用于解密数据，因此只有拥有私钥的人才能读取数据。
这种技术缺点是速度慢，因为加密和解密都需要昂贵的数学计算。
了解密码学的基本原理与应用
了解密码学的基本原理与应用密码学是一门研究如何保护信息安全的学科，它涉及到加密、解密、认证和防伪等方面的技术。
随着互联网的发展和信息交流的普及，保护个人隐私和商业机密的需求越来越重要。
密码学的基本原理和应用已成为我们日常生活和社会发展中不可或缺的一部分。
在本文中，我们将了解密码学的基本原理和应用，以及其在现实生活中的重要性。
第一部分：密码学的基本原理密码学的基本原理可以归结为两个主要功能：加密和解密。
加密是将原始信息转化为密文，使其对未经授权的人员不可读；而解密则是将密文还原为原始信息。
在实现这两个功能的基础上，密码学还包括了一系列的技术和算法，以保证信息安全性。
1. 对称加密算法对称加密算法是一种使用相同密钥进行加密和解密的算法。
在发送者和接收者之间共享密钥的前提下，发送者使用密钥将原始信息加密成密文，接收者再使用相同的密钥将密文解密还原为原始信息。
常见的对称加密算法包括DES、AES等。
2. 非对称加密算法非对称加密算法使用一对密钥，即公钥和私钥。
发送者使用接收者的公钥对原始信息进行加密，而接收者则使用自己的私钥对密文进行解密。
公钥可公开传播，而私钥必须保密。
非对称加密算法广泛应用于数字签名、密钥交换等场景中，如RSA算法。
3. 哈希函数哈希函数是一种将任意长度的输入值映射为固定长度输出的函数。
它主要用于验证数据的完整性和一致性。
哈希函数的核心特性是不可逆性，即无法从哈希值还原原始输入。
常见的哈希函数有MD5、SHA-1、SHA-256等。
第二部分：密码学的应用密码学的应用广泛涉及到信息安全的各个领域，包括但不限于以下几个方面：1. 网络通信安全在网络通信中，密码学被广泛应用于保护数据的机密性和完整性。
通过加密通信内容，使得未经授权的人无法获取和篡改通信内容。
比如，SSL/TLS协议使用非对称加密算法实现握手过程中的密钥交换，从而保证通信双方的身份验证和加密通信过程的安全性。
2. 数据存储和传输安全在数据存储和传输过程中，密码学确保数据的机密性和完整性。
学习密码学的基本原理与应用
学习密码学的基本原理与应用第一章：密码学的概述密码学是研究如何保护信息安全的学科。
它涉及到加密、解密、认证和数据隐私等多个方面。
密码学的基本原理是通过使用特定算法将信息转换为密文，只有拥有正确密钥的人才能解密并获得原始信息。
密码学在现代社会中广泛应用于电子商务、网络安全、金融交易等领域。
第二章：对称加密与非对称加密对称加密和非对称加密是密码学中常用的两种加密方式。
对称加密使用相同的秘钥进行加密和解密，加密和解密速度较快，但需要确保秘钥的安全性。
非对称加密使用公钥和私钥配对进行加密和解密，加密速度较慢，但更加安全。
这两种加密方式在实际应用中往往结合使用，提供更高的安全性。
第三章：哈希算法与数字签名哈希算法是密码学中常用的一种算法，它将任意长度的输入转换为固定长度的输出。
哈希算法具有不可逆性和唯一性，即无法从哈希值还原出原始数据，并且不同的输入对应不同的哈希值。
哈希算法在数字签名中扮演重要角色，通过对原始数据进行哈希运算，并使用私钥对哈希值进行加密，生成数字签名。
其他人可以使用公钥验证数字签名的合法性，确保数据的完整性和真实性。
第四章：密码学的应用密码学在现代社会中具有广泛的应用。
在电子商务中，密码学可以确保用户的支付信息和个人信息不被泄露。
在金融交易中，密码学可以保护交易的机密性和完整性，防止欺诈行为。
在网络安全领域，密码学可以加密通信数据，防止被黑客窃取或篡改。
此外，密码学还应用于身份验证、数字证书、数字货币等领域，保障信息的安全性和可信度。
第五章：密码学的发展趋势随着技术的不断演进，密码学也在不断发展。
传统的密码学算法逐渐暴露出一些弱点，比如计算机的高运算能力可能破解某些加密算法。
因此，人们正在研究和设计更加安全和可靠的密码学算法。
量子密码学作为一种新兴的密码学技术，利用量子力学的原理来保护信息的安全性，具有抗量子计算攻击的特点。
未来，密码学将继续发展，为信息安全提供更好的保护。
第六章：结语密码学是保障信息安全的重要工具，它的基本原理和应用涵盖了对称加密、非对称加密、哈希算法和数字签名等多个方面。
2. 密码学基础与应用
3
5
3 4
4 1
5 2
加密明文：shell 变换明文为 ellsh, 明显，它是希尔 密码的一种特殊情形
Information Security
College of Software, Nankai University
T.G. Gao
8
7.
流密码 以前的几种密码体制对所有的明文使用相同的密钥加 密，这种密码体制叫分组密码。所谓流密码即用一个 密钥流进行明文的加密。一般地流密码是经过一个系 列变换产生的，和明文具有相同的长度。 例：自动密钥流体制：
3.57k
R11
100k
10k
1nF
C2
U5
0.1xy
U2A U2B
R13
10k
Information Security
College of Software, Nankai University
T.G. Gao
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R4
R5
9.1k
R1
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R3
100k
C1
1nF
1k
U1A
R6
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U1B
x
U4
×
0.1xz
R8
1k
U1C
R7
10k
AD633
R9
100k
R10
R12
Information Security
College of Software, Nankai University
T.G. Gao
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相关系数:
r xy = cov( x , y ) D (x) D( y)
其中：
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2020年1月11日
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现代密码学
1 课程相关介绍—密码学研究的内容
编码学研究的主要内容： 序列密码算法的编码技术 分组密码算法的编码技术 公钥密码体制的编码技术
加密算法、 数字签名方案、 密钥分配方案 认证方案 单向函数等
1977年DES正式成为标准
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现代密码学
2 密码学发展－－第三阶段大事记
80年代出现“过渡性”的“Post DES”算法,如 IDEA,RCx,CAST等
90年代对称密钥密码进一步成熟 Rijndael,RC6, MARS, Twofish, Serpent等出现
2020年1月11日
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现代密码学
2 密码学发展－－第二阶段概述
第2阶段 1949~1975 1. 计算机使得基于复杂计算的密码成为可能 2. 相关技术的发展： 1949年Shannon的《The Communication Theory
of Secret Systems》 1967年David Kahn的《The Codebreakers》 1971-73年IBM Watson实验室的Horst Feistel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 2004年著名的MD5算法被中国的王小云破译
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现代密码学
信道
3 密码学的基本概念－－信息传输中的基本概念
信息传递A的：信一源般问题
信源、信道、信宿
B：信宿
攻击的种类：
• 中断（Interruption)（干扰） • 截取（Interception) (侦听） • 修改（Modification） • 伪造（Fabrication)
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现代密码学
3 密码学的基本概念－－基本概念
加密（ Encryption ）：将明文变换成密文的过 程称作加密，该过程表示为 c Eke (m)
脱密（ Decryption ）：由密文恢复出明文的过 程称作脱密,该过程表示为 m Dkd (c)
对窃听的防护：加密技术
加密
脱密
A：信源
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C：敌手
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B：信宿 现代密码学
3 密码学的基本概念－－基本概念
明文：被隐蔽的消息称作明文，通常用m 表示。其英文为Message和Plaintext 明文就是没有被加密的消息.
密文：将明文隐蔽后的结果称作密文或 密报，通常用c表示。其英文为Ciphertext 密文就是加密后的结果.
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现代密码学
1 课程相关介绍—密码学的应用领域
密码学能够解决的问题
1. 信息系统的安全与保密问题； 2.电子商务、电子政务中的安全和保密问题； 3.银行系统、证券系统、保险系统等的安全问题； 4.商品、票据、信用卡等的防伪与审核问题。
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现代密码学
2 密码学发展
1949年之前
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
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现代密码学
2 密码学发展－－第一阶段概述
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 主要特点：数据的安全基于算法的保密
应用密码学基础理论
第一章 概述
2020年1月11日
2
现代密码学
1 课程相关介绍－－概念
什么叫密码学？
密码学(Cryptology)： 是研究密码编制、密码 破译和密码系统设计的的一门综合性科学，其 包括密码编码学和密码分析学。
密码编码学(Cryptography)： 主要研究对信息 进行编码,实现对信息的隐蔽。
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现代密码学
2 密码学发展－－第一阶段中的例子
第1阶段－古典密码
几个典型的密码：卡撒密码、维几尼亚密码； 几个典型的战例： 1. 一战时德国人的ADFGVX密码被法国密码分析
家破译，间接的导致了德国一战的失败； 2. 二战德国人的恩尼格马密码被破，直接导致德
军二战的失败
角色：通信双方(发送方和接收方)、第三方
（可信、不可信第三方）、敌手也叫攻击者
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现代密码学
3 密码学的基本概念－－信息传输过程中的攻击例子
窃听：对传输的信息的攻击
A：信源 发送方
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C：敌手 攻击者
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B：信宿 接收方
现代密码学
3 密码学的基本概念－－信息传输过程中的攻击例子
传统且主流的研 究方向
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现代密码学
1 课程相关介绍—密码学研究的内容
密码分析学研究的主要内容
（1） 密码算法的安全性分析和破译的理论、方 法、技术和实践
（2）密码协议的安全性分析的理论与方法 （3）安全保密系统的安全性分析和攻击的理论
、方法、技术和实践
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现代密码学
几篇技术报告 主要特点：数据的安全基于密钥而不是算法的保密
2020年1月11日
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现代密码学
2 密码学发展－－第三阶段大事记
第3阶段 1976~
1976年：Diffie & Hellman 的 “New Directions in Cryptography” 提出了不对称密 钥密码；
1977年Rivest,Shamir & Adleman提出了RSA公 钥算法
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现代密码学
2 密码学发展－－第一阶段中的实例
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm的 Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元前17世纪。 表面有明显字间空格的字母，至今还没有破解。
2020年1月11日
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现代密码学
2 密码学发展－－第一、二阶段中的密码机
20世纪早期密码机
1 课程相关介绍－－密码学时干什么的？
密码学是干什么的? 密码学要解决的基本问题:
(1) 信息的保密传输和存储问题; (2) 信息的认证问题.
例: 我收到你写给我1封信,那末我问:
----信的内容是否被改动?
----是否真是你写的信?
----是否真是写给我信?
----有没有人看过这封信？
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