非对称密码体制
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。
《网络安全》第5-6讲(2.4)
2.4 公钥（非对称）密码体制
2.4.2 公钥密码体制的原理
公钥密码体制的基本数学方法和基本原理如下所述。 2．用于构造公钥密码的常用单向函数 1）多项式求根 有限域GF(p)上的一个多项式
f ( x) ( x anmod p
当给定多项式的系数和x、p以后，利用Honer算法，最多进行 n次乘法，n-1次加法，就可以求得y的值。但已知多项式的系数a 和y、p以后，要求x，就需要对高次方程求根，至少要进行不小 于n2(lbp)2的整数次乘法，当n、p很大时很难求解。
定n以后求p、q的问题称为RSA问题。求n=p×q分解问题有以下几种形式：
（1）分解整数n为p、q； （2）给定整数M、C，求d使得Cd≡M mod n； （3）给定整数k、C，求M使得Mk≡C mod n； （4）给定整数x、C，决定是否存在y使得x≡y2mod n（二次剩余问题）。
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给定x求y是容易的，但是当p很大时，从x=logby中要计算x是非常困难 的。如b=2，p=2100，给定x求y，只需作100次乘法，利用高速计算机可 在0.1ms内完成。而给定y求x，所需计算量为1600年。可见，有限域 GF(p)中的指数函数f(x)=bx是一个单向函数。
x=logby
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2.4 公钥（非对称）密码体制
2.4.1 公钥密码体制的基本概念 3.电子签证机关
电子签证机关（即CA）是负责颁发数字证书的权威机构。CA自 身拥有密钥对，可以使用私钥完成对其他证书的数字签名，同时也拥 有一个对外开放的证书（内含公钥）。网上的公众用户通过验证CA的 数字签名建立信任，任何人都可以得到CA的证书（含公钥），用以验 证它所签发的其他证书。如果用户想建立自己的证书，首先要向CA提 出申请证书的请求。在CA判明申请者的身份后，便为他分配一个密钥 对，并且CA将申请者的公钥与身份信息绑在一起，在为之完成数字签 名后，便形成证书发给那个用户（申请者）。如果一个用户想鉴别数 字证书是否为假冒的，可以用证书发证机构CA的公钥对该证书上的数 字签名进行验证，数字签名验证的过程是使用CA公钥解密的过程，验 证通过的证书就被认为是有效的。CA在公开密码体系中非常重要，负 责签发证书以及证书和密钥的管理等必要工作。CA相当于网上公安机 构，专门发放、验证电子身份证。
非对称密码体制课件
• 解决了对称密码的诸多局限性
2020/11/18
非对称密码体制
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非对称密码基本概念：非对称密码体制
明文
加密器 EK
PK
密钥产生器
密文
解密器 DK
SK
明文
• 密钥—(PK, SK) • PK：俗称公钥(Public Key)，通常公钥是公开的，可以被任何实 体通过有效渠道获取； • SK：俗称私钥(Secret Key)，通常私钥是保密的，不能被任何实 体通过非法渠道获取；
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非对称密码基本概念：非对称密码的提出
• 对称密码的局限性 • 密钥管理的困难性问题 • 陌生人间的保密通信问题 • 数字签名问题
非对称密码(1976年由W. Diffie和M. Hellman提出)与对称密码的几点 区别：
• 双钥——双钥密码、公钥密码
• 基于数学函数，而非替换和换位
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非对称密码基本概念：非对称密码的算法组成
密钥生成KG( ) • 根据输入的安全参数 ，输出公钥和私钥对(PK, SK)
• 加密E( ) • 根据输入的公钥和消息，输出密文。
• 解密D( ) • 根据输入的解密私钥和密文，算法输出消息或输出表示密文不合法的特殊符号“?”
明文
加密器 EK
K
密文
解密器 DK
K
明文
密钥产生器
• 密钥管理：若N个人相互保密通信，每人必须拥有(N-1)个私钥，N很 大时，需要保存的私钥很多。如何解决？
• 可信中心分发：共需要发N*(N-1)/2个私钥：例如N =1000时, 999 *1000/2 = 499500
信息安全导论(4-3 密码基础-非对称密码)
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RSA算法的安全性 RSA算法的安全性
RSA的安全性是基于分解大整数困难的假定 的安全性是基于分解大整数困难的假定 的安全性是基于分解大整数困难
如果RSA的模数 被成功地分解为 ×q，则 的模数n被成功地分解为 如果 的模数 被成功地分解为p× ， 获得φ(n)=(p-1)(q-1)，从而攻击者能够从 获得 ， 公钥e解出 解出d， 公钥 解出 ，即d≡e-1 mod φ(n)，攻击成 ≡ ， 功.
由私钥及其他密码信息容易计算出公开密钥 由公钥及算法描述， 由公钥及算法描述，计算私钥是困难的
因此， 因此，公钥可以发布给其他人
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非对称加密示意图
注意
注意
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公钥密码的核心是使用一种特殊的函 数——单项陷门函数，从一个方向求值 单项陷门函数， 单项陷门函数 是容易的， 是容易的，但逆向计算很困难 定义： 是一个函数 是一个函数， 定义：设f是一个函数，如果对于任意给 定的x，计算y，使得y=f(x)是容易计算 定的 ，计算 ，使得 是容易计算 但对于任意给定的y，计算x是难解 的，但对于任意给定的 ，计算 是难解 即求f的逆函数是难解的 则称f是 的逆函数是难解的， 的，即求 的逆函数是难解的，则称 是 一个单向函数 一个单向函数
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RSA中的计算问题
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RSA中的计算问题
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前例
则1＝96－5×19=5*(-19)=5*77 mod96 ＝ － × 5×77＝1 mod96 × ＝ 下为77 则5的乘法逆元在 mod96下为 的乘法逆元在 下为
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例
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验证： × ＝ 验证：17×17＝289＝3×96＋1＝1 mod96 ＝ × ＋ ＝
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《非对称密码体制》课件
使用扩展欧几里得算法，计算d, 满足d*e % phi(n) = 1。
2. 计算n
计算n=p*q。
4. 选择公钥
选择一个与phi(n)互质的整数e。
6. 完成
完成后，公钥由n和e组成，私钥由d组成。
RSA算法的解密过程
1. 加密数据
使用公钥(n, e)加密消息M，产生密文C。
2. 计算明文
1
1. 选择素数
选择一个素数q, 以及一个大素数p = kq + 1, 保护q。
2
2. 选取g值
选择一个能提供一个循环群的数g(1 <= g <= p-1)。
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3. 计算x,y
任意选择一个512位的长整数k，然后计算x = g^k mod p, y = (hash(M) + x*a)/k mod q, hash(M)为M的哈希值。
使用私钥d，计算出原始消息M。M = Cd (mod n)
3. 完成
接收方使用私钥d，根据公式计算出M。
RSA算法的安全性分析
RSA算法显然会受到攻击，但我们认为这个算法还是安全的。攻击者可以使用因子分解算法来破解RSA 算法，但是这需要一个非常长的时间。对于RSA算法安全保护的加强，一般使用扩展和混淆技术。
非对称密码的优势
提高了数据传输的安全性， 避免了密钥管理的麻烦。
小提示
有时候也会将它们结合使 用，来发挥它们的优势。
典型的非对称密码算法
目前最流行的非对称密码算法有：RSA算法、DSA算法、ECC算法等。下图是其概述:
RSA算法
使用65000位的密钥。在加密 时使用一个公钥，但需要一个 私钥才能进行解密。
非对称密码体制
非对称密码体制ppt课件
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
小结
非对称密码体制 公开密钥加密系统基本原理如图所示。
公开密钥加密系统的优势是具有保密功能和鉴别功能。 公钥体制的主要特点：将加密和解密能力分开，实现多用户加 密的信息只能由一个用户解读，或一个用户加密的信息可由多用户 解读。
务，如：与哈希函数联合运用可生成数字签 名，可用于安全伪随机数发生器的构造，零 知识的证明等。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
实例：使用加密软件PGP
• 软件介绍：PGP是全球著名的、在信息安 全传输领域首选的加密软件，其技术特性 是了非对称的“公钥”和“私钥”加密体 系，创造性地把RSA公钥体系和传统的加 密体系结合起来，是目前最难破译的密码 体系之一。
• Alice拥有Joy、Mike、Bob和Ted四个人的公钥。 当Alice采用Bob的公钥对明文进行加密，然后把 密文进行传输。当Bob收到后，应用Bob的私钥进 行解密，得到原始明文。即使在传输过程中，被 其他人得到密文，由于他们不拥有Bob的私钥， 所以不能进行解密，不能得到原始明文。这就是 公钥密码体制的加密过程。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
实例：使用加密软件PGP
• 操作步骤：
– （1）安装软件； – （2）汉化软件； – （3）注册软件； – （4）创建和设置初始用户； – （5）导出并分发公钥； – （6）导入并设置其他人的公钥； – （7）使用公钥加密文件； – （8）将加密文件发送给对方； – （9）使用私钥进行解密。
非对称加密算法（RSA、DSA、ECC、DH）
⾮对称加密算法（RSA、DSA、ECC、DH）⾮对称加密算法 (RSA、DSA、ECC、DH)1.1 概念⾮对称加密需要两个密钥：公钥 (publickey) 和私钥 (privatekey)。
公钥和私钥是⼀对，如果⽤公钥对数据加密，那么只能⽤对应的私钥解密。
如果⽤私钥对数据加密，只能⽤对应的公钥进⾏解密。
因为加密和解密⽤的是不同的密钥，所以称为⾮对称加密。
⾮对称加密算法的保密性好，它消除了最终⽤户交换密钥的需要。
但是加解密速度要远远慢于对称加密，在某些极端情况下，甚⾄能⽐对称加密慢上1000倍。
1.2 特点算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂，⽽使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。
对称密码体制中只有⼀种密钥，并且是⾮公开的，如果要解密就得让对⽅知道密钥。
所以保证其安全性就是保证密钥的安全，⽽⾮对称密钥体制有两种密钥，其中⼀个是公开的，这样就可以不需要像对称密码那样传输对⽅的密钥了。
这样安全性就⼤了很多。
1.3 ⼯作原理(1) A 要向 B 发送信息，A 和 B 都要产⽣⼀对⽤于加密和解密的公钥和私钥。
(2) A 的私钥保密，A 的公钥告诉 B；B 的私钥保密，B 的公钥告诉 A。
(3) A 要给 B 发送信息时，A ⽤ B 的公钥加密信息，因为 A 知道 B 的公钥。
(4) A 将这个消息发给 B (已经⽤ B 的公钥加密消息)。
(5) B 收到这个消息后，B ⽤⾃⼰的私钥解密 A 的消息。
其他所有收到这个报⽂的⼈都⽆法解密，因为只有 B 才有 B 的私钥。
1.4 主要算法RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC (椭圆曲线加密算法)。
使⽤最⼴泛的是 RSA 算法，Elgamal 是另⼀种常⽤的⾮对称加密算法。
1.5 应⽤场景(1) 信息加密收信者是唯⼀能够解开加密信息的⼈，因此收信者⼿⾥的必须是私钥。
发信者⼿⾥的是公钥，其它⼈知道公钥没有关系，因为其它⼈发来的信息对收信者没有意义。
2020年电子商务的安全技术(三)----非对称加密(RSA)参照模板
和q还有如下要求： (1) |p-q|很大，通常 p和q的长度相同； (2) p-1 和q-1分别含有大素因子p1和q1 (3) P1-1和q1-1分别含有大素因子p2和q2 (4) p+1和q+1分别含有大素因子p3和q3
5、RSA算法的安全性分析（四）
密码分析者攻击RSA体制的关键点在于如何 分解n。若分解成功使n=pq，则可以算出 φ(n)＝（p-1)(q-1)，然后由公开的e，解出 秘密的d
3、RSA算法编制
① 参数T={N}； ② 私钥SK=D； ③ 公钥PK=E；
设：明文M，密文C，那么： 用公钥作业：ME mod N = C 用私钥作业：MD mod N = M
② 安全性, RSA的安全性依赖于大数的因子分解 ③ 速度太慢,由于RSA 的分组长度太大，为保证安
全性，常有512、1024、2048、3096位。
三、对称与非对称加密技术的差别
1. 对称密码技术
① 加密和解密速度快 ② 密码多而难以管理 ③ 密码强度问题
2. 非对称密码技术
① 密码传递而存在不安全因素 ② 解决对称密码传递问题 ③ 加密和解密速度慢
27.
17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午1时51分24秒下午1时51分13:51:2420.8.1
没伞的孩子奔跑在路上，加油90大叔！
电子商务的安全技术 ----非对称加密（RSA）
主讲：何鑫生 邮箱：hxshhy@ 电话：
教学目标
教学目标： 1. 了解非对称加密技术的基本概念 2. 了解RSA的基本工作原理 3. 掌握对称与非对称加密技术的差别 4. 了解非对称加密的应用：数字签名和
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小结
对称与非对称加密体制特性对比情况，如表所示。
特征 密钥的数目 密钥种类 对称 单一密钥 密钥是秘密的 密钥是成对的 一个私有、一个公开 非对称
密钥管理
相对速度 用途
简单不好管理
非常快 用来做大量 资料
需要数字证书及可靠第三者
慢 用来做加密小文件或信息签字等不 在严格保密的应用
实例：使用加密软件PGP
• 软件介绍：PGP是全球著名的、在信息安 全传输领域首选的加密软件，其技术特性 是了非对称的“公钥”和“私钥”加密体 系，创造性地把RSA公钥体系和传统的加 密体系结合起来，是目前最难破译的密码 体系之一。
实例：使用加密软件PGP
• 操作步骤：
– （1）安装软件；
– （2）汉化软件； – （3）注册软件； – （4）创建和设置初始用户； – （5）导出并分发公钥；
所以不能进行解密，不能得到原始明文。这就是
公钥密码体制的加密过程。
非对称密码体制
• 使用非对称密码体制技术进行安全通信， 有以下优点：
– (1) 通信双方事先不需要通过保密信道交换密 钥。 – (2) 密钥持有量大大减少 – (3) 提供了对称密码技术无法或很难提供的服 务，如：与哈希函数联合运用可生成数字签 名，可用于安全伪随机数发生器的构造，零 知识的证明等。
– （6）导入并设置其他人的公钥；
– （7）使用公钥加密文件； – （8）将加密文件发送给对方； – （9）使用私钥进行解密。
小结
非对称密码体制
公开密钥加密系统基本原理如图所示。
公开密钥加密系统的优势是具有保密功能和鉴别功能。 公钥体制的主要特点：将加密和解密能力分开，实现多用户加
密的信息只能由一个用户解读，或一个用户加密的信息可由多用
密码技术非对称密码体制知识回顾• 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 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）
非对称加密体制
• 非对称密码体制也叫公钥加密技术，该技术就是 针对私钥密码体制的缺陷被提出来的。 • 在公钥加密系统中，加密和解密是相对独立的，
加密和解密会使用两把不同的密钥，加密密钥(公
开密钥)向公众公开，谁都可以使用，解密密钥
(秘密密钥)只有解密人自己知道，非法使用者根
据公开的加密密钥无法推算出解密密钥，顾其可 称为公钥密码体制。
公开密钥密码体制
加密传送过程说明
• Alice拥有Joy、Mike、Bob和Ted四个人的公钥。 当Alice采用Bob的公钥对明文进行加密，然后把 密文进行传输。当Bob收到后，应用Bob的私钥进 行解密，得到原始明文。即使在传输过程中，被 其他人得到密文，由于他们不拥有Bob的私钥，