信息安全原理与技术
信息安全中的密码学原理和技术
信息安全中的密码学原理和技术随着信息科技的发展，随处可见的网络化、数字化对我们日常生活产生着越来越大的影响。
信息安全问题愈发凸显，人们对信息保护越来越重视。
在信息保护领域中，密码学是一项至关重要的技术。
它是研究信息加密、解密和认证等技术的学科，其应用领域非常广泛，包括网络安全、电子商务、云计算等。
那么，密码学原理及技术又是如何实现这些目的的呢？一、对称密码算法对称加密算法是最简单的密码学算法，采用幂等性原则，即将明文和密钥进行一次加密运算，产生密文；同时，再将密文和密钥进行一次解密运算，得到的明文即与原明文一致。
常见的对称加密算法有DES、3DES、AES等。
AES是目前应用最为广泛的对称加密算法，因其安全性好、性能高、易用性强而被广泛应用于众多领域中。
在对称加密算法的过程中，密文与密钥是完全相同的。
因此，密钥必须安全地保管，并且只有双方各持一份密钥才能进行安全的信息交流。
在网络通信时，如何安全地把一个密钥传递给另一方是非常重要的问题。
可以采用提前通过安全信道（如快递等）交换，或者使用公钥密码学的方式。
二、公钥密码学公钥加密算法是一种比对称加密算法更先进更安全的加密算法，采用了非幂等性的原则，即使用一种密钥进行加密和另一种密钥进行解密。
它的名称来自于将加密和解密密钥分为了两个部分——公钥和私钥。
由于公钥可公开，私钥只有自己知道，所以公钥加密算法具有更高的安全性。
最常见的公钥加密算法有RSA，其安全性非常高，坚不可摧。
公钥加密算法的工作原理是由发送方使用接收方的公钥对明文进行加密，接收方再使用自己私钥对密文进行解密。
因为发送方不需要知道接收方的私钥，所以不用担心密钥的传输问题。
在拥有实体身份的情况下，简单的公钥加密算法便可轻易地解决密钥的传输问题，而不需要快递等安全信道的保护。
不过，由于公钥加密算法的计算量比较大，其加密速度会比对称加密算法慢得多，所以在实际使用中需要谨慎考虑其应用场景。
三、数字签名数字签名技术是一种通过计算校验和来保证数据完整性和真实性的技术。
《信息安全原理与技术》(第3版)习题答案
《信息安全》习题参考答案第1章1.1 主动攻击和被动攻击是区别是什么？答：被动攻击时系统的操作和状态不会改变，因此被动攻击主要威胁信息的保密性。
主动攻击则意在篡改或者伪造信息、也可以是改变系统的状态和操作，因此主动攻击主要威胁信息的完整性、可用性和真实性。
1.2 列出一些主动攻击和被动攻击的例子。
答：常见的主动攻击：重放、拒绝服务、篡改、伪装等等。
常见的被动攻击：消息内容的泄漏、流量分析等等。
1.3 列出并简单定义安全机制的种类。
答：安全机制是阻止安全攻击及恢复系统的机制，常见的安全机制包括：加密机制：加密是提供数据保护最常用的方法，加密能够提供数据的保密性，并能对其他安全机制起作用或对它们进行补充。
数字签名机制：数字签名主要用来解决通信双方发生否认、伪造、篡改和冒充等问题。
访问控制机制：访问控制机制是按照事先制定的规则确定主体对客体的访问是否合法，防止未经授权的用户非法访问系统资源。
数据完整性机制：用于保证数据单元完整性的各种机制。
认证交换机制：以交换信息的方式来确认对方身份的机制。
流量填充机制：指在数据流中填充一些额外数据，用于防止流量分析的机制。
路由控制机制：发送信息者可以选择特殊安全的线路发送信息。
公证机制：在两个或多个实体间进行通信时，数据的完整性、来源、时间和目的地等内容都由公证机制来保证。
1.4 安全服务模型主要由几个部分组成，它们之间存在什么关系。
答：安全服务是加强数据处理系统和信息传输的安全性的一种服务，是指信息系统为其应用提供的某些功能或者辅助业务。
安全服务模型主要由三个部分组成：支撑服务，预防服务和恢复相关的服务。
支撑服务是其他服务的基础，预防服务能够阻止安全漏洞的发生，检测与恢复服务主要是关于安全漏洞的检测，以及采取行动恢复或者降低这些安全漏洞产生的影响。
1.5 说明安全目标、安全要求、安全服务以及安全机制之间的关系。
答：全部安全需求的实现才能达到安全目标，安全需求和安全服务是多对多的关系，不同的安全服务的联合能够实现不同的安全需求，一个安全服务可能是多个安全需求的组成要素。
《信息安全原理与技术》(第3版)习题答案
《信息安全原理与技术第3版》习题参考答案郭亚军，宋建华，李莉，董慧慧清华大学出版社第1章1.1 主动攻击和被动攻击是区别是什么？答：被动攻击时系统的操作和状态不会改变，因此被动攻击主要威胁信息的保密性。
主动攻击则意在篡改或者伪造信息、也可以是改变系统的状态和操作，因此主动攻击主要威胁信息的完整性、可用性和真实性。
1.2 列出一些主动攻击和被动攻击的例子。
答：常见的主动攻击：重放、拒绝服务、篡改、伪装等等。
常见的被动攻击：消息内容的泄漏、流量分析等等。
1.3 列出并简单定义安全机制的种类。
答：安全机制是阻止安全攻击及恢复系统的机制，常见的安全机制包括：加密机制：加密是提供数据保护最常用的方法，加密能够提供数据的保密性，并能对其他安全机制起作用或对它们进行补充。
数字签名机制：数字签名主要用来解决通信双方发生否认、伪造、篡改和冒充等问题。
访问控制机制：访问控制机制是按照事先制定的规则确定主体对客体的访问是否合法，防止未经授权的用户非法访问系统资源。
数据完整性机制：用于保证数据单元完整性的各种机制。
认证交换机制：以交换信息的方式来确认对方身份的机制。
流量填充机制：指在数据流中填充一些额外数据，用于防止流量分析的机制。
路由控制机制：发送信息者可以选择特殊安全的线路发送信息。
公证机制：在两个或多个实体间进行通信时，数据的完整性、来源、时间和目的地等内容都由公证机制来保证。
1.4 安全服务模型主要由几个部分组成，它们之间存在什么关系。
答：安全服务是加强数据处理系统和信息传输的安全性的一种服务，是指信息系统为其应用提供的某些功能或者辅助业务。
安全服务模型主要由三个部分组成：支撑服务，预防服务和恢复相关的服务。
支撑服务是其他服务的基础，预防服务能够阻止安全漏洞的发生，检测与恢复服务主要是关于安全漏洞的检测，以及采取行动恢复或者降低这些安全漏洞产生的影响。
1.5 说明安全目标、安全要求、安全服务以及安全机制之间的关系。
《信息安全原理与技术》试题与答案
《信息安全原理与技术》试题与答案《信息安全原理与技术》试题与答案⼀、写出下⾯术语的中⽂名称Block Cipher 分组密码Ciphertext 密⽂（密码：Cipher）Known-Plaintext Attack 已知明⽂攻击Encryption 加密Non-Repudiation 不可否认性Key Distribution Center 秘钥分配中⼼Denial of Service拒绝服务Data Integrity数据完整性AES ⾼级加密标准（Advanced encryption Standards）Authorization 认证；授权Relpay Attack 重放攻击One-way Function 单向函数Brute Force Search 穷举攻击Stream Cipher 流密码Symmetric Encryption 对称加密Asymmetric Encryption ⾮对称密码体制Ciphertext-only Attack 唯密⽂攻击Known-Plaintext Attack 已知明⽂攻击Chosen-Plaintext Attack 选择明⽂攻击Man-in-the-Middle Attack 中间⼈攻击Message Authentication Code 消息认证码Hashed Message Authentication Code 散列消息认证码Digital Signature 数字签名Secure Socket Layer 安全套接字层（SSL）⼆、选择题1.如果m表⽰明⽂,c表⽰密⽂,E代表加密变换,D代表解密变换,则下列表达式中描述加密过程的是( A )A、c=E(m)B、c=D(m)C、m=E(c)D、m=D(c)2.将获得的信息再次发送以在⾮授权情况下进⾏传输，这属于（D ）A 窃听B篡改C 伪装D 重放3. DES加密过程⽤以下形式交换，其中正确的是( B )A、Li-1=Ri-1 Ri-1=Li-1⊕f(R i,Ki) i=1,2,3, (16)B、Li=Ri-1 Ri=Li-1⊕f(Ri-1,Ki) i=1,2,3, (16)C、Li-1=Ri+1 Ri=Li+1⊕f(Ri-1,Ki) i=1,2,3, (16)D、Li-1=Ri-1 Ri=Li+1⊕f(Ri-1,Ki) i=0,1,2,3, (15)4. 在不知道密钥的情况下，通过获取密⽂⽽恢复明⽂的⽅法是。
信息安全技术实训学习总结密码学与信息隐藏技术应用
信息安全技术实训学习总结密码学与信息隐藏技术应用信息安全技术实训学习总结：密码学与信息隐藏技术应用密码学和信息隐藏技术是现代信息安全领域中的重要组成部分，它们在保护信息安全、防止信息泄露方面发挥着关键的作用。
在信息安全技术实训中，我深入学习了密码学的基本原理和常用算法，以及信息隐藏技术的应用场景和常见方法。
通过对这些技术的学习与实践，我收获了许多宝贵的经验和教训。
1. 密码学的基本原理与应用密码学是研究如何通过密码算法保护信息的学科。
在实训中，我首先学习了对称密码算法和非对称密码算法。
对称密码算法涉及到加密密钥的生成和共享，常见的算法有DES、AES等。
非对称密码算法则包括公钥加密和数字签名技术，如RSA、DSA等。
通过实验，我掌握了这些算法的基本原理和实际应用。
在实际应用中，密码学可以应用于数据加密、身份认证、数据完整性校验等方面。
例如，对于敏感信息的加密传输，可以使用对称密码算法对数据进行加密，再使用非对称密码算法传输对称密钥，以实现数据的安全传输和保护。
2. 信息隐藏技术的应用场景与常见方法信息隐藏技术是指将一定的信息隐藏在载体中，使得除特定人群外，其他人无法察觉到信息的存在。
在实训中，我学习了信息隐藏技术在隐写术和数字水印方面的应用。
隐写术是一种将秘密信息隐藏在其他看似无关的信息中的技术。
常见的隐写术包括文本隐写、图片隐写和音频隐写等。
通过掌握隐写术的原理和方法，我了解到如何将隐秘信息嵌入到其他载体中，以达到信息的保密传输和隐藏的目的。
数字水印技术则是在数字媒体中嵌入特定的标记信息，以实现版权保护、鉴别和溯源等功能。
数字水印可以应用于图片、音频、视频等多种形式的数字媒体。
在实践中，我学习了数字水印的嵌入过程和提取方法，了解到如何应用数字水印技术进行信息认证和版权保护。
3. 实践中的问题与反思在实际的实训过程中，我遇到了一些问题，并通过反思和总结，积累了一定的经验。
首先，密码学算法的选择和使用需要谨慎。
数据加密技术的原理与应用
数据加密技术的原理与应用在当今数字化的时代，信息的安全保护变得至关重要。
数据加密技术作为保障信息安全的重要手段，正发挥着不可或缺的作用。
无论是个人的隐私数据，还是企业的机密信息，都需要依靠加密技术来防止未经授权的访问和窃取。
那么，数据加密技术到底是如何工作的？它又在哪些领域得到了广泛的应用呢？数据加密技术的核心原理其实并不复杂。
简单来说，就是将明文（原始的、未加密的数据）通过特定的算法和密钥转换为密文（加密后的数据）。
只有拥有正确密钥的人，才能将密文还原为明文，从而获取原始的信息。
加密算法就像是一个神秘的魔法盒，它决定了明文如何被转化为密文。
常见的加密算法包括对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法使用相同的密钥进行加密和解密，例如 AES（高级加密标准）算法。
这种算法的优点是加密和解密速度快，效率高，但密钥的管理和分发存在一定的风险。
因为如果密钥被泄露，那么加密的数据就会失去安全性。
非对称加密算法则使用一对密钥，分别是公钥和私钥。
公钥可以公开，用于加密数据；私钥则必须保密，用于解密数据。
比如 RSA 算法就是一种常见的非对称加密算法。
这种算法的安全性相对较高，但加密和解密的速度较慢。
密钥在数据加密中起着关键作用。
它就像是一把开启密文的钥匙，如果密钥被攻击者获取，那么加密的数据就不再安全。
因此，密钥的生成、存储、分发和管理都需要严格的安全措施。
在实际应用中，数据加密技术的用途广泛。
在网络通信中，当我们在网上购物、进行银行转账或者发送电子邮件时，数据加密技术可以确保我们的交易信息和个人隐私不被窃取。
比如，通过 SSL（安全套接层）和 TLS（传输层安全）协议对网络连接进行加密，使得数据在传输过程中即使被截获，也无法被解读。
在云存储服务中，用户的数据被上传到云端服务器。
为了防止数据泄露，云服务提供商通常会对用户的数据进行加密存储。
这样，即使云服务器遭到攻击，用户的数据也能得到保护。
在移动设备上，如智能手机和平板电脑，数据加密技术可以保护用户的照片、通讯录、短信等个人信息。
信息安全原理与技术ch02-数学基础
25
离散对数
• 模运算用于指数计算可以表示为ax mod n， 我们称为模指数运算
• 模指数运算的逆问题就是找出一个数的离 散对数，即求解x，使得
ax ≡b mod n
• 定义2.17（离散对数）对于一个整数b和素 数n的一个本原根a，可以找到唯一的指数x， 使得b ≡ ax mod n，其中0≤ x ≤n-1，指数x 称为b的以a为基数的模n的离散对数
• for i= k downto 0 do {
• xd；
•
d(d d) mod n；
•
if (d=1 & x 1 & x n-1) then return
TRUE；
•
if bi=1 then d(d a) mod n }
•
if d1 then return TRUE；
• else return FALSE.
……
rj-1 = rjqj+1 最后一个不为0的余数rj就是a和b的最大公因子
2019/8/29
Ch2-数学基础
4
例2.1 求gcd (1970，1066)
• 用欧几里德算法的计算过程如下： • 1970＝1×1066+904 • 1066＝1×904+162 • 904＝5×162+94 • 162=1×94+68 • 94＝1×68+26 • 68＝2×26+16 • 26＝1×16+10 • 16＝1×10+6 • 10＝1×6+4 • 6=1×4+2 • 4＝2×2+0 • 因此gcd (1970，1066) = 2
信息安全原理与技术
郭亚军 宋建华 李莉 清华大学出版社
信息安全原理与技术ch05Hash函数和数字签名
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2020/11/4
信息安全原理与技术ch05Hash函数 和数字签名
• 首先k个人的生日排列的总数目是365k。这样， k个人有不同生日的排列数为：
• 因此，k个人有不同生日的概率为不重复的排列 数除以总书目，得到：
• 则，k个人中，至少找到两个人同日出生的概率 是：
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2020/11/4
信息安全原理与技术ch05Hash函数 和数字签名
生日攻击（Birthday Attack）
• 如果攻击者希望伪造消息M的签名来欺骗接收者， 则他需要找到满足H(M’)=H(M)的M’来替代M。 对于生成64位散列值的散列函数，平均需要尝 试263次以找到M’。但是建立在生日悖论上的生 日攻击法，则会更有效。
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2020/11/4
信息安全原理与技术ch05Hash函数 和数字签名
Yuval的生日攻击（续）
• (3) 攻击者在上述两个消息集合中找出可以产生相同 散列值的一对消息。根据“生日悖论”理论，能找 到这样一对消息的概率是非常大的。如果找不到这 样的消息，攻击者再产生一条有效的消息和伪造的 消息，并增加每组中的明文数目，直至成功为止。
• 设消息M＝(X1||X2||…||Xm)，即由64位分组Xi联结而成。定义
Δ(M)＝X1X2… Xm
Ck(M)=EK[Δ(M)] 攻击者可以用任何期望的Y1至Ym-1替代X1至Xm-1，用Ym替代 Xm来进行攻击，其中Ym如下计算的：
Ym＝Y1Y2…Ym-1Δ(M) 攻击者可以将Y1至Ym-1与原来的MAC连结成一个新的消息M’， 接收方收到(M’, Ck(M))时，由于Δ(M’)= Y1 Y2… Ym =Δ(M)，因此Ck(M)=EK[Δ(M’)]，接受者会认为该消息是真实。 用这种办法，攻击者可以随意插入任意的长为64(m-1)位的 消息。
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2020/11/22
Ch7-网络安全协议
7
Needhaul-Scllroeder共享密钥协议的漏洞
假定有攻击者H记录下A与B之间执行NeedhamSchroeder 共享密钥协议的一轮消息，并且进而破获了 其会话密钥Kab （如经过蛮力攻击等），攻击者可以 在第3步冒充A利用旧的会话密钥欺骗B。在这个攻击 中，攻击者H首先向B发送一个他记录的从A发出的旧 消息，此消息用于向B表明是A在与B通讯并且Kab是 会话密钥。B无法知道这是不是一个A发送的正常通讯 请求，也不记得他过去曾经用过Kab作为会话密钥。 遵循协议，B将向A发送一个加密的新随机量作为挑战。 H截获之，并用Kab 解密得到此随机量，然后向B返回 一个响应消息，使得B相信他正在用会话密钥 Kab与A 通讯，而实际上A根本没有参加这一轮协议的运行。 除非B记住所有以前使用的与A通信的会话密钥，否则 B无法判断这是一个重放攻击，攻击者由此可以随意 冒充A与B进行通讯了!
（1）密钥交换协议 :一般情况下是在参与协议的两
个或者多个实体之间建立共享的秘密，通常用于 建立在一次通信中所使用的会话密钥。
（2）认证协议:认证协议中包括实体认证（身份认 证）协议、消息认证协议、数据源认证和数据目
的认证协议等，用来防止假冒、篡改、否认等攻 击。
（3）认证和密钥交换协议 ：这类协议将认证和密 钥交换协议结合在一起，是网络通信中最普遍应
• 标号2表示B用A消息中的加密部分构造一条新消 息。包括用和S共享的密钥Kbs加密的一个索引 号R、A的名字、B的名字和一新随机数Rb。
2020/11/22
Ch7-网络安全协议
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• 标号3表示S检查两个加密部分中的索引号R 是否相同，如果相同，就认为从B来的消息 是有效的。S产生一个会话密钥Ks用Kb和Ka 分别加密后传送给B，每条消息都包含S接 收到的随机数。
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Ch7-网络安全协议
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Denning协议使用时间戳修正了这个漏洞，改 进的协议如下：
(1) A S：A,B
(2) S A,T}Kbs}Kas
A：{B,
(3) A B：{Kab,A,T}Kbs
(4) B A：{Nb}Kab
(5) A B：{Nb-1}Kab
Kab,T,{Kab,
• 标号4表示B把用A的密钥加密的消息连同索 引号R一起传给A。
2020/11/22
Ch7-网络安全协议
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7.2 Kerberos协议
在一个开放的分布式网络环境中，用户通过工作 站访问服务器上提供的服务时， • 一方面，工作站无法可信地向网络服务证实用户的 身份，可能存在着以下三种威胁：
①用户可能访问某个特定工作站，并假装成另一 个用户在操作工作站。
PGP(电子邮件安全协议)
S/MIME(电子邮件安全协议)
MOSS(电子邮件安全协议)
PEM(电子邮件安全协议)
SSH（远程登录安全协议）
Kerberos(网络认证协议)等。
2020/11/22
Ch7-网络安全协议
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7.1简单的安全认证协议
• Needham-Schroeder 认证协议 是最为著名的早期的认证协议，许多广泛使
其中T表示时间戳。T记录了认证服务器S发送 消息(2)时的时间，A、B根据时间戳验证消息的“新 鲜性”，从而避免了重放攻击。
2020/11/22
Ch7-网络安全协议
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7.1.2 Otway-Rees协议
1
A
S
2
B
3
4
图7.2 Otway-Rees认证过程
பைடு நூலகம்
• 标号1表示A产生一消息，包括用和S共享的密 钥Kas加密的一个索引号R、A的名字、B的名字 和一随机数Ra。
信息安全原理与技术
郭亚军 宋建华 李莉
2020/11/22
Ch7-网络安全协议
1
第7章 网络安全协议
• 主要知识点： --简单的安全认证协议 -- Kerberos协议 -- SSL协议 -- IPSec协议 -- PGP
2020/11/22
Ch7-网络安全协议
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网络安全协议
按照其完成的功能可以分为:
用的安全协议。该类协议首先对通信实体的身份 进行认证，如果认证成功，进一步进行密钥交换， 以建立通信中的工作密钥，也叫密钥确认协议。
2020/11/22
Ch7-网络安全协议
3
常见的网络安全协议
• 网络层的安全协议：IPSec
• 传输层的安全协议：SSL/TLS
• 应用层的安全协议：
SHTTP（Web安全协议）
A
3
4
5
B (4) B A：{Nb}Kab (5) A B：{Nb-1}Kab
图7.1 Needham-Schroeder认证过程
之用间于的A其、共中B享，双密K方a钥s是认。A证K与之abS后之是的间认加的证密共服通享务讯密器，钥临称，时为K生b会成s是话的B密与密钥S钥。， Na和Nb分别是A和B生成的随机量(nonce)。
②用户可能会更改工作站的网络地址，使从这个 已更改的工作站上发出的请求看似来自伪装的工作 站。
③用户可能窃听他人的报文交换过程，并使用重 放攻击来获得对一个服务器的访问权或中断服务器 的运行。
2020/11/22
Ch7-网络安全协议
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• 另一方面，在开放的网络环境中，客户也必须 防止来自服务端的欺骗。 以自动取款机ATM为例，如果存在欺骗，那 么客户将泄漏自己的帐户信息。 如何使用一个集中的认证服务器，提供用 户对服务器的认证以及服务器对用户的认证， 这就是Kerberos要解决的问题。
协议涉及三个主体：A和B，以及A，B信 赖的可信第三方，也叫认证服务器 (authentication server)S。
2020/11/22
Ch7-网络安全协议
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Needham和Schroeder于1978年提出的基于共享密 钥体系的协议过程：
(1) A S：A,B,Na
S 1
2
(2)S A：{Na, B,Kab,{Kab, A}Kbs}Kas (3) A B：{Kab,A}Kbs
用的认证协议都是以Needham-Schroeder协议为基 础而设计的。
• Otway-Rees协议 Otway-Rees协议的主要功能是完成身份的双
向认证，使用对称密码。
2020/11/22
Ch7-网络安全协议
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7.1.1 Needham-Schroeder 认证协议
Needham--Schroder协议的目的是使得 通讯双方能够互相证实对方的身份并且为后 续的加密通讯建立一个会话密钥(session key)。