对称密码体制
对称密码体制和非对称密码体制
对称密码体制和⾮对称密码体制⼀、对称加密 (Symmetric Key Encryption)对称加密是最快速、最简单的⼀种加密⽅式，加密（encryption）与解密（decryption）⽤的是同样的密钥（secret key）。
对称加密有很多种算法，由于它效率很⾼，所以被⼴泛使⽤在很多加密协议的核⼼当中。
⾃1977年美国颁布DES（Data Encryption Standard）密码算法作为美国数据加密标准以来，对称密码体制迅速发展，得到了世界各国的关注和普遍应⽤。
对称密码体制从⼯作⽅式上可以分为分组加密和序列密码两⼤类。
对称加密算法的优点：算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼。
对称加密算法的缺点：交易双⽅都使⽤同样钥匙，安全性得不到保证。
此外，每对⽤户每次使⽤对称加密算法时，都需要使⽤其他⼈不知道的惟⼀钥匙，这会使得发收信双⽅所拥有的钥匙数量呈⼏何级数增长，密钥管理成为⽤户的负担。
对称加密算法在分布式⽹络系统上使⽤较为困难，主要是因为密钥管理困难，使⽤成本较⾼。
⽽与公开密钥加密算法⽐起来，对称加密算法能够提供加密和认证却缺乏了签名功能，使得使⽤范围有所缩⼩。
对称加密通常使⽤的是相对较⼩的密钥，⼀般⼩于256 bit。
因为密钥越⼤，加密越强，但加密与解密的过程越慢。
如果你只⽤1 bit来做这个密钥，那⿊客们可以先试着⽤0来解密，不⾏的话就再⽤1解；但如果你的密钥有1 MB⼤，⿊客们可能永远也⽆法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。
密钥的⼤⼩既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是⼀个trade-off。
分组密码：也叫块加密(block cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个块。
是将明⽂按⼀定的位长分组，明⽂组经过加密运算得到密⽂组，密⽂组经过解密运算（加密运算的逆运算），还原成明⽂组，有 ECB、CBC、CFB、OFB 四种⼯作模式。
序列密码：也叫流加密(stream cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个位。
03、对称密码体制
数据加密标准(Data Encryption Standard，DES)是至 今为止使用 最为广泛的加密算法。
1974年8月27日, NBS开始第二次征集,IBM提交了算法LUCIFER ，该算法由IBM的工程师在1971~1972年研制。
1975年3月17日, NBS公开了全部细节1976年,NBS指派了两个
序列密码算法(stream cipher)
每次可加密一个比特戒一个字节 适合比如进程终端输入加密类的应用
对称密码体制
4
3.1 分组密码原理
分组密码
分组密码是将明文消息编码表示后的数字(简称明文数字)序列，划
分成长度为n的组(可看成长度为n的矢量)，每组分别在密钥的控制 下发换成等长的输出数字(简称密文数字)序列。
构，如FEAL、Blowfish、RC5等。
对称密码体制
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3.1.2 分组密码的一般结构
Feistel密码结构的设计动机
分组密码对n比特的明文分组迚行操作，产生出一个n比特的密文分
组，共有2n个丌同的明文分组，每一种都必须产生一个唯一的密文 分组，这种发换称为可逆的戒非奇异的。 可逆映射 00 01 10 11 11 10 00 01 丌可逆映射 00 01 10 11 11 10 01 01
对称密码体制Biblioteka 193.2.1 简化的DES
简化的DES
简化的DES(Simplified - DES)是一个供教学而非安全的加密算法， 它不DES的特性和结构类似，但是参数较少。 S - DES的加密算法以8bit的明文分组和10位的密钥作为输入，产生 8bit的明文分组做为输出。 加密算法涉及五个凼数：
常见的密码体制
常见的密码体制
常见的密码体制分为两种：私⽤密钥加密技术和公开密钥加密技术，前者是对称加密，后者是⾮对称加密。
1.私⽤密钥加密技术（对称加密）：
加密和解密采⽤相同的密钥，对于具有n个⽤户的系统需要n(n-1)/2个密钥。
在⽤户群不是很⼤的情况下存放，对于⼤⽤户分布式，密钥的分配和保存会成为问题。
DES是对机密信息进⾏加密和验证随机报⽂⼀起发送报⽂摘要来实现。
DES密钥长度为56bit，Triple DES（DES的⼀种变形）将56bit的密钥长度的算法对实现信息进⾏3次加密，是长度达到了112bit。
对称加密系统仅能⽤于对数据进⾏加解密处理，提供数据的机密性，不能⽤于数字签名。
2.公开密钥加密技术（⾮对称加密）：
加密和解密相对独⽴，分别⽤两种不同的密钥，公钥向公众公开，谁都可以使⽤，私钥只有解密⼈知道，公钥⽆法⽤于解密。
RSA算法就是典型的⾮对称加密。
公钥⽅便实现数字签名和验证，但算法复杂，效率低。
对于n个⽤户的系统，仅需要2n个密钥，公钥加密提供⼀下功能：
A.机密性
B.确认性
C.数据完整性
D.不可抵赖性
DES中明⽂按64位进⾏分组，密钥事实上是56位参与DES运算（64为只⽤56为具有较⾼的安全性，第8,16,24,32,40,48,56,64位⽤于校验位）。
分组后的明⽂组和56位的密钥按位交替或交换的⽅法形成密⽂组的加密⽅法。
⼊⼝参数有三个：key（密钥）、data（加解密的数据）、mode（⼯作模式）。
mode有两种，加密模式和解密模式，对应key的加密和解密过程。
客户端和服务端都需要保存key不泄露。
描述对称密码体制与公钥密码体制的认识
对称密码体制与公钥密码体制是现代密码学中两种基本的密码体制，它们在保护信息安全，防止信息被未经授权者获取和篡改方面发挥着重要的作用。
下面将从定义、特点、优缺点、应用领域等方面来详细描述对称密码体制与公钥密码体制。
一、对称密码体制1. 定义：对称密码体制是指加密和解密使用同一个密钥的密码系统，也就是通信双方需要共享同一个密钥来进行加解密操作。
2. 特点：对称密码体制具有以下特点：1) 加密速度快：因为加密和解密使用同一个密钥，所以运算速度快。
2) 安全性依赖于密钥的安全性：只要密钥泄露，整个系统的安全就会受到威胁。
3) 密钥管理困难：通信双方需要事先共享密钥，密钥的分发和管理是一个很复杂的问题。
3. 优缺点：对称密码体制的优缺点如下：1) 优点：加密速度快，适合对大数据进行加密；算法简单，易于实现和设计。
2) 缺点：密钥管理困难，安全性依赖于密钥的安全性。
4. 应用领域：对称密码体制主要应用于一些对加密速度要求较高，密钥管理相对容易的场景中，比如网络通信、数据库加密等领域。
二、公钥密码体制1. 定义：公钥密码体制是指加密和解密使用不同密钥的密码系统，也就是通信双方分别有公钥和私钥，公钥用于加密，私钥用于解密。
2. 特点：公钥密码体制具有以下特点：1) 加密和解密使用不同的密钥，安全性更高。
2) 密钥管理相对容易：每个用户都拥有自己的一对密钥，不需要事先共享密钥。
3) 加密速度较慢：因为加密和解密使用不同的密钥，计算复杂度较高。
3. 优缺点：公钥密码体制的优缺点如下：1) 优点：安全性更高，密钥管理相对容易。
2) 缺点：加密速度较慢，算法复杂，设计和实现难度大。
4. 应用领域：公钥密码体制主要应用于对安全性要求较高，加密速度要求相对较低的场景中，比如数字签名、安全传输等领域。
三、对称密码体制与公钥密码体制的比较根据对称密码体制与公钥密码体制的特点、优缺点和应用领域，下面对它们进行比较：1. 安全性：公钥密码体制的安全性更高，因为加密和解密使用不同的密钥，不容易受到攻击；而对称密码体制的安全性依赖于密钥的安全性，一旦密钥泄露，整个系统的安全将受到威胁。
对称密码体制
分组密码的工作模式
电码本模式(1/2) ECB (electronic codebook mode)
P1 K 加密
P2
K
加密
…K
Pn 加密
C1
C2
Cn
C1 K 解密
C2
K
解密
…K
Cn 解密
P1
P2
Pn
Ci = EK(Pi) Pi = DK(Ci)
对称密码体制
分组密码的工作模式
电码本模式(2/2) ECB特点
对称密码体制
分组密码的工作模式
密码反馈模式(2/6)
加密：Ci =Pi(EK(Si)的高j位) Si+1=(Si<<j)|Ci
V1
Shift register 64-j bit |j bit
64
Shift register 64-j bit |j bit
64
Cn-1 Shift register 64-j bit |j bit
对称密码体制
分组密码的工作模式
密码反馈模式(6/6) Pi=Ci(EK(Si)的高j位) 因为： Ci=Pi(EK(Si)的高j位)
则： Pi=Pi(EK(Si)的高j位) (EK(Si)的高j位) =Pi 0 = Pi
CFB的特点 ❖分组密码流密码 ❖没有已知的并行实现算法 ❖隐藏了明文模式 ❖需要共同的移位寄存器初始值V1 ❖对于不同的消息，V1必须唯一 ❖误差传递：一个单元损坏影响多个单元
对称密码体制
分组密码的工作模式
密码分组链接模式(3/3)
CBC特点 ❖没有已知的并行实现算法 ❖能隐藏明文的模式信息 ❖需要共同的初始化向量V1 ❖相同明文不同密文 ❖初始化向量V1可以用来改变第一块 ❖对明文的主动攻击是不容易的 ❖信息块不容易被替换、重排、删除、重放 ❖误差传递：密文块损坏两明文块损坏 ❖安全性好于ECB ❖适合于传输长度大于64位的报文，还可以进行用 户鉴别,是大多系统的标准如 SSL、IPSec
对称密钥密码体制
第三，流密码能较好地隐藏明文的统计特征等。
流密码的原理
❖ 在流密码中，明文按一定长度分组后被表示成一个序列，并 称为明文流，序列中的一项称为一个明文字。加密时，先由 主密钥产生一个密钥流序列，该序列的每一项和明文字具有 相同的比特长度，称为一个密钥字。然后依次把明文流和密 钥流中的对应项输入加密函数，产生相应的密文字，由密文 字构成密文流输出。即 设明文流为：M=m1 m2…mi… 密钥流为：K=k1 k2…ki… 则加密为：C=c1 c2…ci…=Ek1(m1)Ek2(m2)…Eki(mi)… 解密为：M=m1 m2…mi…=Dk1(c1)Dk2(c2)…Dki(ci)…
同步流密码中，消息的发送者和接收者必须同步才能做到正确 地加密解密，即双方使用相同的密钥，并用其对同一位置进行 操作。一旦由于密文字符在传输过程中被插入或删除而破坏了 这种同步性，那么解密工作将失败。否则，需要在密码系统中 采用能够建立密钥流同步的辅助性方法。
分解后的同步流密码
பைடு நூலகம்
密钥流生成器
❖ 密钥流生成器设计中，在考虑安全性要求的前提下还应考虑 以下两个因素： 密钥k易于分配、保管、更换简单； 易于实现，快速。
密钥发生器 种子 k
明文流 m i
明文流m i 加密算法E
密钥流 k i 密钥流 发生器
密文流 c i
安全通道 密钥 k
解密算法D
密钥流 发生器
明文流m i
密钥流 k i
图1 同步流密码模型
内部状态 输出函数
内部状态 输出函数
密钥发生器 种子 k
k
Lecture05_对称密码体制
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输出反馈（OFB）模式
加密 IV 移位寄存器 64-j 密钥 j 移位寄存器 64-j j 移位寄存器 64-j j
m (m0, m , m2, mL1) , 1
明文分组
k (k0 , k1, k2 ,, kt 1)
k (k0 , k1, k2 ,, kt 1)
图5-1 分组密码原理框图
2
对分组密码算法的要求
分组长度足够大
密钥量足够大 密码变换足够复杂
3
分组密码原理
扩散
就是将每一位明文的影响尽可能迅速地作用到较多的输 出密文位中去，以便隐藏明文的统计特性。
加密 选择丢弃处理 j P1 64-j P2
加密 选择丢弃处理 j 64-j PN
加密 选择丢弃处理 j 64-j
⊕
⊕
⊕
密文分组C1
密文分组C2
密文分组CN
密文分组C1 P1
密文分组C2 P2 64-j
密文分组CN PN 64-j
⊕
j 选择丢弃处理 加密
⊕
j 选择丢弃处理 加密
⊕
j 64-j 选择丢弃处理 加密
A
解密D
B
加密E
C
（2）DES－EDE3模式 K1 K2 K1
P
加密E
A
加密E
B
加密E
C
（3）DES－EEE2模式 K1 K2 K1
P
加密E
A
2对称密码体制
2011-12-10
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1997 年 DESCHALL 小 组 经 过 近 4 个 月 的 努 力 ， 通 过 Internet搜索了 × 1016 个密钥，找出了DES的密钥， 恢 搜索了3× 个密钥， 找出了 的密钥， 搜索了 的密钥 复出了明文。 复出了明文。 1998年5月美国 年 月美国 月美国EFF(electronics frontier foundation) 宣布，他们以一台价值20万美元的计算机改装成的专用解 宣布，他们以一台价值 万美元的计算机改装成的专用解 密机， 小时破译了56 比特密钥的 比特密钥的DES。 密机，用56小时破译了 小时破译了 。
2011-12-10
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DES首次被批准使用五年，并规定每隔五年由美国国 首次被批准使用五年， 首次被批准使用五年 家保密局作出评估， 家保密局作出评估，并重新批准它是否继续作为联邦加密 标准。最近的一次评估是在1994年1月，美国已决定 标准。最近的一次评估是在 年 月 美国已决定1998年 年 12月以后将不再使用 月以后将不再使用DES。因为按照现有的技术水平，采 月以后将不再使用 。因为按照现有的技术水平， 用不到几十万美元的设备，就可破开 密码体制。 用不到几十万美元的设备，就可破开DES密码体制。目前 密码体制 的新标准是AES，它是由比利时的密码学家Joan Daemen和 ，它是由比利时的密码学家 的新标准是 和 Vincent Rijmen设计的分组密码 设计的分组密码—Rijndael（荣代尔）。 设计的分组密码 （荣代尔）。
置换选择pc1循环移位置换选择pc2置换选择pc2置换选择164比特201492731子密钥产生器?给出每次迭代加密用的子密钥ki子密钥产生器框图密钥64bit置换选择1pc1除去第816?64位8个校验位201492732置换选择2pc2ci28bitdi28bit循环左移ti1bit循环左移ti1bitki57494133251791585042342618102595143352719113605044366355473931231576254463830221466153453729211352820124置换选择1pc1迭代次数12345678循环左移位位数11222222左循环移位位数2014927331417112415328156211023191242681672720132415231374755304051453348444939563453464250362932置换选择2pc2迭代次数910111213141516循环左移位数12222221201492734des的安全性?穷举攻击分析穷举攻击就是对所有可能的密钥逐个进行脱密测试直到找到正确密钥为止的一种攻击方法方法
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实例二：对压缩文档解密
• 任务描述：
李琳同学在电脑里备份了一份文档，当时 出于安全考虑，所以加了密码，时间久了，密 码不记得了。请帮李琳同学找回密码。
实例二：对压缩文档解密
• 任务分析：
WinRAR对文档的加密方式属于对称性加 密，即加密和解密的密码相同，这种文档的解 密相对来说比较简单，网上有很多专用工具， 可以实现密码的硬解。
推荐：RAR Password Unlocker
实例二：对压缩文档解密
• 操作步骤：
– （1）启动软件； – （2）打开加密的文件； – （3）单击“STRAT”按钮，开始解密； – （4）弹出结果对话框，找到密码。
实例三：Office文档加密
• 操作步骤：
– （1）启动word；
– （2）文件——另存为；
走进加密技术
对称密码体制
知识回顾
• 密码技术的发展经历了三个阶段
• 1949年之前 密码学是一门艺术 (古典密码学) • 1949～1975年 密码学成为科学 • 1976年以后 密码学的新方向
传 统 加 密 方 法
(现代密码学)
——公钥密码学
密码体制
• 密码体制也叫密码系统，是指能完整地解
决信息安全中的机密性、数据完整性、认
小结
对称密码体制 对称密码体制也称为单钥体制、私钥体制或对 称密码密钥体制、传统密码体制或常规密钥密码体 制。 主要特点是：加解密双方在加解密过程中使用 相同或可以推出本质上等同的密钥，即加密密钥与 解密密钥相同，基本原理如图所示。
– （3）文件类型为：2003-07文档； – （4）单击“工具”选择“常规选项”； – （5）设置文档打开密码，存盘。
实例四：Office文档解密
• 操作步骤：
– （1）启动win xp虚拟机；
– （2）安装软件；
– （3）打开加密的文件； – （4）单击“STRAT”按钮，开始解密； – （5）弹出结果对话框，找到密码。
证、身份识别等问题的系统。
• 从原理上分：
单钥密码体制（对称密码体制） 双钥密码体制（非对称性密码体制）
对称加密体制
• 对称密码体制是一种传统密码体制，也称为私钥 密码体制。 • 在对称加密系统中，加密和解密采用相同的密钥。
• 因为加、解密密钥相同，所以需要通信的双方必
须选择和保存他们共同的密钥，各方必须信任对
方不会将密钥泄密出去，这样才可以实现数据的
机密性和完整性。
加解密过程
实例一：使用压缩工具加密
• 任务描述：赵峥同学想把毕业论文发给导 师，出于安全考虑，决定给文档加上密码。 听同学说WinRAR可以把需要保密的文件进 行加密处理。于是，他决定试一试。
实例一：使用压缩工具加密
• 操作步骤：
– （1）安装软件； – （2）压缩文档并添加密码。