密码学基础DES
DES密码简介
DES密码是1977年由美国国家标准局公布的第一个分组密码。
20世纪五十年代，密码学研究领域出现了最具代表性的两大成就。
其中之一就是1971年美国学者塔奇曼（Tuchman）和麦耶（Meyer）根据信息论创始人香农（Shannon）提出的"多重加密有效性理论"创立的，后于1977年由美国国家标准局颁布的数据加密标准DES。
为了实现同一水平的安全性和兼容性，为此美国商业部所属国家标准局（ANBS）于1972年开始了一项计算机数据保护标准的发展规则。
于1973年开始研究除国防部外的其它部门的计算机系统的数据加密标准，为了建立适用于计算机系统的商用密码，于1973年5月和1974年8月先后两次向公众发出了征求加密算法的公告。
1973年5月13日的联邦记录（FR1973）中的公告，征求在传输和存储数据中保护计算机数据的密码算法的建议，这一举措最终导致了数据加密标准（DES）算法的研制。
征求的加密算法要达到的目的（通常称为DES 密码算法要求）主要为以下四点：1.提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改；2.具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握；3.DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础；4.实现经济，运行有效，并且适用于多种完全不同的应用。
测试系统将分布在各个节点的测试数据、测试设备通过计算机网络连接在一起，构成了一个集数据采集、传输、处理和应用的综合信息网络，人们从任何地点、在任何时间都可以方便快捷地远程控制和操作测量仪器，获取和传递测试信息(或数据)。
不仅实现了更多资源的共享，降低了组建测试系统的费用，而且通过计算机网络，重要的测试数据还可实现多机备份，提高了系统的可靠性。
但由于计算机网络本身的开放性和通信协议的安全缺陷也为测试网络带来了重大的安全隐患，威胁着测试网络的安全性和可靠性，同时也制约了网络化测试系统的普及应用。
chap9：密码学基本理论(DES)
DES加密算法一轮迭代的过程 加密算法一轮迭代的过程
加密： Li = Ri–1 Ri = Li–1 ⊕ F(Ri–1, Ki) 解密： Ri–1 = Li Li–1 = Ri ⊕ F(Ri–1, Ki)＝ Ri ⊕ F(Li , Ki)
单轮变换的详细过程
单轮操作结构
单轮变换的详细过程
函数F
Expansion: 32 -> 48 S-box: 6 -> 4 Permutation: 32 -> 32
DES
背景简介 1973年5月15日，NBS(现在NIST，美国国家标 准技术研究所)开始公开征集标准加密算法，并 公布了它的设计要求：
（1）算法必须提供高度的安全性 （2）算法必须有详细的说明，并易于理解 （3）算法的安全性取决于密钥，不依赖于算法 （4）算法适用于所有用户 （5）算法适用于不同应用场合 （6）算法必须高效、经济 （7）算法必须能被证实有效 （8）算法必须是可出口的
计算机安全
CH9：密码学基本理论 CH9：密码学基本理论
(DES)
内容提要
密码学基本知识 对称密码 非对称密码
密码学的发展历史
第1阶段：1949年以前。 第2阶段：从1949年到1975年。
标志：1949年Shannon发表的《保密系统的 信息理论》。
第3阶段：1976年至今。
标志：1976年Diffie和Hellman发表了《密码 学新方向》。
对称密码算法
DES IDEA AES
DES的基本构件 DES的基本构件
[Shannon49]指出每种现代对称加密算法都符 合两种基本运算方式（基本构件）：替换 (substitution)和扩散(diffusion) 。 替换：密文的内容是用不同的位和字节代替 了明文中的位和字节，尽可能使密文和加密密钥 间的统计关系复杂化，以阻止攻击者发现密钥。 扩散：在密文中将这些替换的位和字节转移 到不同的地方，尽可能使明文和密文间的统计关 系复杂化，以阻止攻击者推导出密钥。
密码学基础(一)常见密码算法分类
密码学基础（一）常见密码算法分类对称算法是指一种加密密钥和解密密钥相同的密码算法，也称为密钥算法或单密钥算法。
该算法又分为分组密码算法（Block cipher）和流密码算法（Stream cipher）。
•分组密码算法o又称块加密算法o加密步骤一：将明文拆分为 N 个固定长度的明文块o加密步骤二：用相同的秘钥和算法对每个明文块加密得到 N 个等长的密文块o加密步骤三：然后将 N 个密文块按照顺序组合起来得到密文•流密码算法o又称序列密码算法o加密：每次只加密一位或一字节明文o解密：每次只解密一位或一字节密文常见的分组密码算法包括 AES、SM1（国密）、SM4（国密）、DES、3DES、IDEA、RC2 等；常见的流密码算法包括 RC4 等。
•AES：目前安全强度较高、应用范围较广的对称加密算法•SM1：国密，采用硬件实现•SM4：国密，可使用软件实现•DES/3DES：已被淘汰或逐步淘汰的常用对称加密算法二、非对称密码算法（Asymmetric-key Algorithm）非对称算法是指一种加密密钥和解密密钥不同的密码算法，也称为公开密码算法或公钥算法。
该算法使用一个密钥进行加密，另一个密钥进行解密。
•加密秘钥可以公开，又称为公钥•解密秘钥必须保密，又称为私钥常见非对称算法包括 RSA、SM2（国密）、DH、DSA、ECDSA、ECC 等。
三、摘要算法（Digest Algorithm）算法是指将任意长度的输入消息数据转换成固定长度的输出数据的密码算法，也称为哈希函数、哈希函数、哈希函数、单向函数等。
算法生成的定长输出数据称为摘要值、哈希值或哈希值，摘要算法没有密钥。
算法通常用于判断数据的完整性，即对数据进行哈希处理，然后比较汇总值是否一致。
摘要算法主要分为三大类：MD（Message Digest，消息摘要算法）、SHA-1（Secure Hash Algorithm，安全散列算法）和MAC（Message Authentication Code，消息认证码算法）；另国密标准 SM3 也属于摘要算法。
密码学基础与应用
密码学基础与应用密码学是一门研究如何保证信息安全的学科。
在数字化的今天，信息的传输和存储已经成为我们日常生活中必不可少的一部分。
然而，随着技术的不断进步，信息安全面临着诸多威胁，如黑客攻击、数据泄露等。
密码学的基础理论和应用技术，为保障信息的机密性、完整性和可用性提供了有效的解决方案。
一、密码学的基础理论密码学的基础理论主要包括对称加密、非对称加密和哈希算法。
1. 对称加密对称加密是指发送方和接收方使用相同的密钥进行加密和解密操作。
常见的对称加密算法有DES、AES等。
在对称加密中，数据的加密和解密过程迅速而高效，但密钥的管理和分发较为困难。
2. 非对称加密非对称加密使用一对密钥，即公钥和私钥。
公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。
非对称加密算法常用的有RSA、ECC等。
相比对称加密，非对称加密提供了更高的安全性，但加密和解密的过程相对较慢。
3. 哈希算法哈希算法是将任意长度的输入通过散列函数变换成固定长度的输出，常见的哈希算法有MD5、SHA-1、SHA-256等。
哈希算法主要用于验证数据的完整性和一致性，具备不可逆和唯一性的特点。
二、密码学的应用技术密码学的应用技术广泛应用于网络安全、电子支付、数字版权保护等领域。
1. 网络安全在网络通信中，密码学技术被广泛应用于保护数据的隐私和完整性。
比如，SSL/TLS协议使用非对称加密算法对通信双方进行身份认证，并使用对称加密算法对数据进行加密，确保通信的机密性和完整性。
2. 电子支付在电子支付领域，密码学技术能够确保交易的安全性。
支付过程中使用非对称加密算法对交易信息进行加密，防止黑客窃取银行账户信息和交易金额。
此外，数字签名技术的应用，也能够验证交易的真实性和完整性。
3. 数字版权保护对于数字版权保护，密码学技术可以实现数字内容的加密和解密。
通过对数字内容进行加密，只有获得授权的用户才能解密并获得内容，有效防止盗版和非法传播。
三、密码学的发展趋势随着计算机运算能力的提高和攻击手段的不断演进，密码学也在不断发展和改进。
密码学基础des简介
DES（Data Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，被广泛认为是密码学中最广为使用的加密算法之一。
它由IBM公司于1970年代初开发，并在1977年被美国联邦政府正式采用作为标准。
在密码学中，DES的使用56位的密钥对64位的数据块进行加密和解密操作。
DES加密过程中主要包括初始置换、16轮的Feistel加密、逆初始置换等步骤。
首先，将输入数据块进行初始置换，然后将数据块分成两半，分别为左半部分L0和右半部分R0。
接着，DES算法进行16轮的迭代。
在每一轮迭代中，右半部分R(i-1)经过扩展置换，然后与当前轮次的子密钥进行异或运算。
然后通过S盒置换、P盒置换等操作，得到新的右半部分Ri，并与左半部分Li-1进行异或运算，得到新的左半部分Li。
最后一轮迭代完成后，将左右两部分进行交换，然后进行逆初始置换，即可得到最终的加密结果。
然而，由于DES使用的56位密钥长度相对较短，它已经不能很好地抵抗暴力破解等攻击手段的威胁，因此目前更常用的对称加密算法包括AES（高级加密标准）等。
同时，需要注意的是，由于DES算法已经被认为不再安全，不建议在实际应用中使用。
密码基础算法知识点总结
密码基础算法知识点总结密码学是计算机科学的一个分支，主要研究数据的保护和安全性。
密码算法是密码学的一个重要组成部分，它用于数据加密和解密。
在信息安全领域中，密码算法被广泛应用于保护通信数据、网络数据、存储数据等方面。
密码算法的安全性直接影响着信息的保密性和完整性，并且也是信息安全的一个重要基础。
密码算法知识点总结如下：1. 对称加密算法对称加密算法也称为私钥加密算法，它使用一个密钥进行加密和解密过程。
常见的对称加密算法有DES、3DES、AES等。
对称加密算法的优点是加密和解密速度快，但密钥管理较为复杂，安全性较低。
2. DES算法DES算法是一种对称加密算法，采用56位密钥，有8位校验位，所以实际上是64位。
DES算法的加密过程主要包括初始置换、16轮迭代加密、逆初始置换三个步骤，解密过程与加密过程相反。
3. 3DES算法3DES算法是对DES算法的加强，它采用了三个相同或不同的密钥，对数据进行三次加密和解密。
3DES算法的安全性比DES算法更高。
4. AES算法AES算法是一种高级加密标准，采用对称加密算法，它的密钥长度支持128位、192位和256位。
AES算法的特点是安全性高、速度快。
5. 非对称加密算法非对称加密算法也称为公钥加密算法，它使用一对密钥进行加密和解密，其中一个为公钥，另一个为私钥。
常见的非对称加密算法有RSA、ElGamal、ECC等。
非对称加密算法的优点是密钥管理简单，安全性高，但加密和解密速度较慢。
6. RSA算法RSA算法是一种非对称加密算法，基于大数分解的数学难题。
RSA算法的安全性依赖于大数分解的困难性，目前还未有有效的算法可以快速有效地分解大数。
7. 数字签名数字签名是一种用于验证文件或数据完整性和来源的技术，它使用私钥对文件或数据进行签名，然后使用公钥对签名进行验证。
数字签名主要用于保护文件的完整性和防止抵赖。
8. 消息摘要算法消息摘要算法也称为哈希算法，它将任意长度的消息或文件转换为固定长度的摘要值。
DES加密算法原理
0 15 7 4 14 2 13 1 10 6 12 11 9 5 3 8
4 1 14 8 13 6 2 11 15 12 9 7 3 10 5 0
15 12 8 2 4 9 1 7 5 11 3 14 10 0 6 13
S[6]
12 1 10 15 9 2 6 8 0 13 3 4 14 7 5 11
10 15 4 2 7 12 9 5 6 1 13 14 0 11 3 8
9 14 15 5 2 8 12 3 7 0 4 10 1 13 11 6
4 3 2 12 9 5 15 10 11 14 1 7 6 0 8 13
2 右边32位f函数
2.1 E置换
2.2 与轮密钥XOR
2.3 S盒替换
2.4 P置换
2.5 和左边32位XOR
3 左右交换，最终变换final permutation
需要特别注意的是，最后一轮是不需要做左右交换这一部的。
DES( Data Encryption Standard)算法，于1977年得到美国政府的正式许可，是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。DES算法以被应用于许多需要安全加密的场合。（如：UNIX的密码算法就是以DES算法为基础的）。下面是关于如何实现DES算法的语言性描述.
S[7]
4 11 2 14 15 0 8 13 3 12 9 7 5 10 6 1
13 0 11 7 4 9 1 10 Hale Waihona Puke 4 3 5 12 2 15 8 6
1 4 11 13 12 3 7 14 10 15 6 8 0 5 9 2
密码学—密码算法与协议
密码学—密码算法与协议密码学是研究如何保护信息安全的学科，它涵盖了密码算法和密码协议两个方面。
密码算法是密码学的基础，它是一种数学算法，用来对信息进行加密和解密。
密码算法通过特定的操作将明文转化为密文，使得未授权的人无法获得有用的信息。
只有掌握密钥的人才能够将密文转化为明文。
密码算法主要分为对称密码算法和非对称密码算法两种。
对称密码算法是最古老也是最简单的一种密码算法，它使用相同的密钥进行加密和解密。
常见的对称密码算法有DES、AES等。
对称密码算法具有速度快、加密强度高的优点，但密钥的分发和管理是一个挑战。
非对称密码算法则使用不同的密钥进行加密和解密，其中一个密钥称为公钥，另一个密钥称为私钥。
公钥可以公开，而私钥必须保密。
公钥用于加密，私钥用于解密。
非对称密码算法的代表是RSA算法，它具有较高的安全性，但加密解密的速度较慢。
密码协议是指在通信过程中，双方通过协商和使用密码算法，保证信息的机密性、完整性和可用性。
常见的密码协议有SSL/TLS、IPsec等。
SSL/TLS协议是用于保护Web通信的协议，它使用非对称密钥协商算法和对称密码算法来保证通信的安全。
SSL/TLS协议在传输层上建立了一个安全的通道，使用数字证书来验证身份，防止中间人攻击，确保数据的机密性和完整性。
IPsec协议是一种安全IP通信协议，可以在IP层对数据进行加密和认证，保证数据的机密性和完整性。
IPsec协议可以通过使用AH（认证头）和ESP（封装安全载荷）来实现数据的认证和加密。
除了SSL/TLS和IPsec，还有许多其他的密码协议，如SSH、Kerberos等，它们都在不同的场景下为信息安全提供了保护。
总结起来，密码学涵盖了密码算法和密码协议两个方面。
密码算法用于对信息进行加密和解密，包括对称密码算法和非对称密码算法。
密码协议用于在通信过程中保证信息的机密性、完整性和可用性。
密码学在信息安全领域起着至关重要的作用，它保护了我们的隐私和数据安全。
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Standards Institute)赞同DES作为私人使用的标准,称之 为DEA（ANSI X.392）. 1983年，国际化标准组织ISO赞同DES作为国际标准 ，称之为DEA-1. 该标准规定每五年审查一次，计划十年后采用新标准. 最近的一次评估是在1994年1月，已决定1998年12月 以后，DES将不再作为联邦加密标准.
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DES加密算法概述
DES的加密过程可简单描述为三个阶段： 64位明文 初始置换IP 16轮迭代运算 逆初始置换 64位密文
11
12
DES加密过程描述
初始置换IP 在迭代运算之前，需要将输入的64位明文进行初
始置换IP 。进行初始置换后，明文的次序被打乱， 如原来放在第58位的数据置换后放在第1位。
24
25
26
DES子密钥生成
DES子密钥是从用户输入的初始密钥（ 或称为种子密钥）产生的。
用户输入的初始密钥K为64位，其中有8 位用于奇偶校验，分别位于第8，16，24 ，32，40，48，56，64位。
奇偶校验位用于检查密钥K在产生和分配 以及存储过程中可能发生的错误。
DES的密钥实际上只有56位。
58 50 42 34 26 18 10 2 60 52 44 36 28 20 12 4 62 54 46 38 30 22 14 6 64 56 48 40 32 24 16 8 57 49 41 33 25 17 9 1 59 51 43 35 27 19 11 3 61 53 45 37 29 21 13 5 63 55 47 39 31 23 15 7原理ຫໍສະໝຸດ LiRi15
16
DES加密过程描述
Ri-1
E盒扩展
加 Ki
密
函
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
数
F
P盒变换
F(Ri-1，Ki)
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扩展置换
扩展方法为：每个分组的4位作为6位输出分组的 中间4位，6位输出分组中的第1位和第6位分别由 相邻的两个4位小分组的最外面两位扩散进入到本 分组产生，其中第1个小分组的左侧相邻分组为最 后一个小分组。
E盒扩展分组的产生过程
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DES加密过程描述
与子密钥异或 将经过E盒扩展置换得到的48位输出
与子密钥Ki进行异或（按位模2加）运算 。
19
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21
22
s盒后紧接p盒
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DES加密过程描述
P盒变换 P盒变换是将S盒输出的32位比特串根据固定的
置换P（也为P盒）置换到相应的位置。
16 7 20 21 29 12 28 17 1 15 23 26 5 18 31 10 2 8 24 14 32 27 3 9 19 13 30 6 22 11 4 25
2)使得密钥的每一位影响密文的许多位
3
分组密码的基本要求
混淆原则：设计的密码算法应使得密钥 和明文以及密文之间的依赖关系变得尽 可能复杂。
可以使用复杂的非线性代替变换来达到 较好的混淆效果。
4
5
6
7
8
数据加密标准DES
1973年5月15日,美国国家标准局NBS(National Bureau of Standards)开始公开征集标准加密算法，并公布了 它的设计要求：
初始置换IP
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DES加密过程描述
16轮迭代运算
在每一轮迭代中，每个64位的中间结果被分成左右两部分，而
且左右两部分作为相互独立的32位数据进行处理。每轮迭代的输 入是上轮的结果Li－1和Ri－1。
Li-1
Ri-1
32
DES
扩展置换
48 48 密钥Ki
一 轮
S-盒变换
加
32
密
P-盒变换
的
32
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28
DES的安全性
对DES安全性的主要争论： 1、对DES的S盒、迭代次数、密钥长度 等设计准则的争议 2、DES存在着一些弱密钥和半弱密钥 3、DES的56位密钥无法抵抗穷举工具
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(1)算法必须提供高度的安全性； (2)算法必须有详细的说明,并易于理解； (3)算法的安全性取决于密钥，不依赖于算法； (4)算法适用于所有用户； (5)算法适用于不同应用场合； (6)算法必须高效、经济； (7)算法必须能被证实有效； (8)算法必须是可出口的。
9
数据加密标准DES
密码学基础DES
1
分组密码基本概念
分组密码是将明文消息划分成长为L（L 的值通常为64或128）的分组M
各个长为L的分组分别在密钥K的控制下 变换成与明文组等长的一组密文C
2
分组密码基本概念
对于分组密码两个设计原则是扩散和混淆 扩散原则： 1)明文中的每一位影响密文中的许多位，这
样可以隐蔽明文的统计特性；