第四讲 密码学基础1_New

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密钥 密文 明文 加密算法
密钥
明文 解密算法
加解密过程示意图 • 加密和解密算法的操作通常都是在一组密钥的 控制下进行的,分别称为加密密钥(Encryption 分别称为加密密钥 控制下进行的 分别称为加密密钥 Key) 和解密密钥 解密密钥(Decryption Key).
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密码算法分类-iv 密码算法分类
• 对称密钥密码又可分为： 对称密钥密码又可分为： 分组密码 每次对一块数据加密 多数网络加密应用 DES,IDEA,RC6,Rijndael 流密码 每次对一位或一字节加密 手机 Onepadding,Vigenére,Vernam One-time padding,Vigen re,Vernam
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• 2． 节点对节点加密 ． • 节点对节点加ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是为了解决在节点中的数据是明
文的这一缺点， 文的这一缺点，在中间节点里装有用于加密和解密的 保护装置， 保护装置，由这个装置来完成一个密钥向另一个密钥 的交换。因而，除了在保护装置里， 的交换。因而，除了在保护装置里，即使在节点内也 不会出现明文。 不会出现明文。 • 尽管节点对节点加密能给网络数据提供较高的安 全性，但它在操作方式上与链路加密类似： 全性，但它在操作方式上与链路加密类似：两者均在 通信链路上为传输的消息提供安全性； 通信链路上为传输的消息提供安全性；都在中间节点 先对消息进行解密，然后进行加密。 先对消息进行解密，然后进行加密。因为要对所有传 输的数据进行加密，所以加密过程对用户是透明的。 输的数据进行加密，所以加密过程对用户是透明的。
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密码算法分类-ii 密码算法分类
• 基于密钥的算法，按照密钥的特点分类： 基于密钥的算法，按照密钥的特点分类： 对称密码算法（ 对称密码算法（symmetric cipher)：又称传统密码算 ：又称传统密码算 法（conventional cipher)，就是加密密钥和解密密钥 ， 相同，或实质上等同，即从一个易于推出另一个。 相同，或实质上等同，即从一个易于推出另一个。又 秘密密钥算法或单密钥算法。 称秘密密钥算法或单密钥算法。 非对称密钥算法（ 非对称密钥算法（asymmetric cipher):加密密钥和解密 加密密钥和解密 密钥不相同，从一个很难推出另一个。又称公开密钥 密钥不相同，从一个很难推出另一个。又称公开密钥 算法（ 算法（public-key cipher) 。 • 公开密钥算法用一个密钥进行加密 而用另一个进行解 公开密钥算法用一个密钥进行加密, 其中的加密密钥可以公开,又称公开密钥 密.其中的加密密钥可以公开 又称公开密钥（public 其中的加密密钥可以公开 又称公开密钥（ key)，简称公钥 解密密钥必须保密 又称私人密钥 解密密钥必须保密,又称私人密钥 ，简称公钥.解密密钥必须保密 私钥.简称私钥。 （private key)私钥 简称私钥。 私钥 简称私钥
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• 1. 对称加密 • 对称加密的缺点是密钥需要通过直接复制或网络传
输的方式由发送方传给接收方， 输的方式由发送方传给接收方，同时无论加密还是解密 都使用同一个密钥，所以密钥的管理和使用很不安全。 都使用同一个密钥，所以密钥的管理和使用很不安全。 如果密钥泄露，则此密码系统便被攻破。另外， 如果密钥泄露，则此密码系统便被攻破。另外，通过对 称加密方式无法解决消息的确认问题， 称加密方式无法解决消息的确认问题，并缺乏自动检测 密钥泄露的能力。 密钥泄露的能力。对称加密的优点是加密和解密的速度 快。
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• 2． 分组密码 ． • 分组密码的加密方式是先将明文序列以固 定长度进行分组， 定长度进行分组，然后将每一组明文用相同的 密码和加密函数进行运算。为了减小存储量， 密码和加密函数进行运算。为了减小存储量， 并提高运算速度，密钥的长度一般不大， 并提高运算速度，密钥的长度一般不大，因而 加密函数的复杂性成为系统安全的关键。 加密函数的复杂性成为系统安全的关键。分组 密码的优点是不需要密钥同步， 密码的优点是不需要密钥同步，具有较强的适 用性，适宜作为加密标准。缺点是加密速度慢。 用性，适宜作为加密标准。缺点是加密速度慢。 DES、DEA是典型的分组密码。 是典型的分组密码。 、 是典型的分组密码
• 2． 非对称加密 ． • 在非对称加密中，加密密钥与解密密钥不同， 在非对称加密中，加密密钥与解密密钥不同，此时不
需要通过安全通道来传输密钥， 需要通过安全通道来传输密钥，只需要利用本地密钥发 生器产生解密密钥，并以此进行解密操作。 生器产生解密密钥，并以此进行解密操作。由于非对称 加密的加密和解密不同，且能够公开加密密钥， 加密的加密和解密不同，且能够公开加密密钥，仅需要 保密解密密钥，所以不存在密钥管理问题。 保密解密密钥，所以不存在密钥管理问题。非对称加密 的另一个优点是可以用于数字签名。 的另一个优点是可以用于数字签名。但非对称加密的缺10 网络安全技术----------密码学基础1 点是算法一般比较复杂，加密和解密的速度较慢。 点是算法一般比较复杂，加密和解密的速度较慢。
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密码算法分类-i 密码算法分类
• 按照保密的内容分 按照保密的内容分: 受限制的（ 算法:算法的保密性基于 受限制的（restricted)算法 算法的保密性基于 算法 保持算法的秘密。 保持算法的秘密。 基于密钥（ 的算法:算法的保密性基 基于密钥（key-based)的算法 算法的保密性基 的算法 于对密钥的保密。 于对密钥的保密。
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密码通信系统模型
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密码体制
• 密码体制：它是一个五元组（P,C,K,E,D)满足条件： 密码体制：它是一个五元组（ 满足条件： 满足条件 是可能明文的有限集；（明文空间） （1）P是可能明文的有限集；（明文空间） ） 是可能明文的有限集；（明文空间 是可能密文的有限集；（密文空间） （2）C是可能密文的有限集；（密文空间） ） 是可能密文的有限集；（密文空间 是一切可能密钥构成的有限集；（密钥空间） （3）K是一切可能密钥构成的有限集；（密钥空间） ） 是一切可能密钥构成的有限集；（密钥空间 *（4）任意 ∈ K,有一个加密算法 ek ∈E 和相应的解密算 （ ）任意k∈ 有一个加密算法 法 dk ∈D ，使得 ek : P → C 和 dk : C →P 分别为加密解密 函数，满足d 函数，满足 k(ek(x))=x, 这里 x ∈P。 。
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加密通信的模型
Oscar x y x
Alice k 密钥源
加密机
解密机
Bob
安全信道
密码学的目的： 密码学的目的：Alice和Bob两个人在不安全的信道上进 和 两个人在不安全的信道上进 行通信，而破译者Oscar不能理解他们通信的内容。 不能理解他们通信的内容。 行通信，而破译者 不能理解他们通信的内容
通信链路实施加密，是目前网络安全系统中主要采用的方式。 通信链路实施加密，是目前网络安全系统中主要采用的方式。如 下图所示，在链路加密方式下，只对通信链路中的数据加密， 下图所示，在链路加密方式下，只对通信链路中的数据加密，而 不对网络节点内的数据加密。 不对网络节点内的数据加密。
链路加密过程示意图
密码算法分类-iii 密码算法分类
• 按照明文的处理方法： 按照明文的处理方法： 分组密码（ 分组密码（block cipher):将明文分成固定长度 将明文分成固定长度 的组，用同一密钥和算法对每一块加密， 的组，用同一密钥和算法对每一块加密，输出 也是固定长度的密文。 也是固定长度的密文。 序列密码（ 又称流密码 序列密码（stream cipher):又称流密码 序列密 又称流密码.序列密 码每次加密一位或一字节的明文， 码每次加密一位或一字节的明文，也可以称为 流密码。 流密码。 序列密码是手工和机械密码时代的主流
第四讲 密码学基础1 密码学基础1
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基本概念
• 密码学 密码学(Cryptology): 是研究信息系统安全保密 的科学. 的科学 密码编码学(Cryptography): 主要研究对信息 密码编码学 进行编码,实现对信息的隐蔽 实现对信息的隐蔽. 进行编码,实现对信息的隐蔽. 密码分析学(Cryptanalytics):主要研究加密消 密码分析学 主要研究加密消 息的破译或消息的伪造. 息的破译或消息的伪造
网络加密的实现方法
基于密码算法的数据加密技术是所有网络 上的通信安全所依赖的基本技术。 上的通信安全所依赖的基本技术。目前对网络 数据加密主要有链路加密、 数据加密主要有链路加密、节点对节点加密和 端对端加密3种实现方式 种实现方式。 端对端加密 种实现方式。 • 1． 链路加密 1． • 链路加密又称在线加密， 链路加密又称在线加密，它是对在两个网络节点间的某一条 •
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密码算法分类-v 密码算法分类
• 公开密钥密码: 公开密钥密码: 大部分是分组密码， 大部分是分组密码，只有概率密码体制属于 流密码 每次对一块数据加密 数字签名, 数字签名,身份认证 RSA,ECC,ElGamal 加密解密速度慢
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• 1． 序列密码 ． • 序列密码也称为流密码，其思想起源于 世纪 世纪20 序列密码也称为流密码，其思想起源于20世纪 年代，最早的二进制序列密码系统是Vernam密码。 密码。 年代，最早的二进制序列密码系统是 密码 Vernam密码将明文消息转化为二进制数字序列，密 密码将明文消息转化为二进制数字序列， 密码将明文消息转化为二进制数字序列 钥序列也为二进制数字序列， 钥序列也为二进制数字序列，加密是按明文序列和密 钥序列逐位模2相加 即异或操作XOR）进行， 相加（ 钥序列逐位模2相加（即异或操作XOR）进行，解密 也是按密文序列和密钥序列逐位模2相加进行 相加进行。 也是按密文序列和密钥序列逐位模 相加进行。 • 当Vernam密码中的密钥序列是完全随机的二进制 密码中的密钥序列是完全随机的二进制 序列时，就是著名的“一次一密”密码（ 序列时，就是著名的“一次一密”密码（在本章随后 专门进行介绍）。一次一密密码是完全保密的， ）。一次一密密码是完全保密的 专门进行介绍）。一次一密密码是完全保密的，但它 的密钥产生、分配和管理都不方便。 的密钥产生、分配和管理都不方便。