密码学基础
第四章 密码学基础1
混乱：
指明文、密钥和密文之间的统计关系尽可能
复杂，使得攻击者无法理出三者的相互依赖 关系。
s-p网络的轮函数包括3个变换：代换、 置换、密钥混合。
4.3.2 DES数据加密标准
1 算法简介
数据加密标准(Data Encryption Standard,DES) 是使用 最广泛的密码系统。1973年美国国家标准局征求国家 密码标准文字，IBM公司于1974年提交，于1977年被 采纳为DES。 DES出现后20年间，在数据加密方面发挥了不可替代的 作用。20世纪90年代后，随着技术的发展，密钥长度 偏短，DES不断传出被破译的进展情况。1998年12月 美国国家标准局不再用DES作为官方机密，推荐为一般 商业应用，于2001年11月发布了高级加密标准 （AES）。
字母表是循环的，Z后面的是A，能定义替换
表，即密钥。 明文：a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t uvwxyz 密文: D E F G H I J K L M N O P Q R S T U VWXYZABC
Caesar算法能用如下公式表示： C=E(3,m)=(m+3) mod 26 如果对字母表中的每个字母用它之后的第k个 字母来代换，而不是固定其后面第3个字母， 则得到了一般的Caesar算法： C=E(k,m)=(m+k) mod 26
如果加密、解密用不同的密钥，是非对 称加密。图解
Ek1(P)=C
Dk2(C)=P Dk2(Ek1(P))=P
4.1.3密码的分类 1按应用技术分：
手工密码 机械密码 电子机内乱密码
通过电子电线，程序进行逻辑运算，以少量制乱
第2章 密码学基础
明文是原始的信息（Plain text，记为P） 密文是明文经过变换加密后信息（Cipher（塞佛） text，记为C） 加密是从明文变成密文的过程（Enciphering，记为E） 解密是密文还原成明文的过程（Deciphering，记为D） 密钥是控制加密和解密算法操作的数据（Key，记为K）
非对称密钥体制
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，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。由于非对称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。非对称加密的另一个优点是可以用于数字签名。但非对 称加密的缺点是算法一般比较复杂，加密和解密的速度较慢。在 实际应用中，一般将对称加密和非对称加密两种方式混合在一起 来使用。即在加密和解密时采用对称加密方式，密钥传送则采用 非对称加密方式。这样既解决了密钥管理的困难，又解决了加密 和解密速度慢的问题。
2.2
密码破译
密码破译是在不知道密钥的情况下，恢复出密文中隐藏 的明文信息。密码破译也是对密码体制的攻击。 密码破译方法
1. 穷举攻击 破译密文最简单的方法，就是尝试所有可能的密码组合。经 过多次密钥尝试，最终会有一个钥匙让破译者得到原文，这个过 程就称为穷举攻击。
逐一尝试解密 密 文
解 密
错误报文
对称密钥体制
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，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。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 ，并缺乏自动检测密钥泄露的能力。对称加密的优点是加密和解 密的速度快。
2.3.1 对称加密技术
1_密码学基础
➢ 1967年David Kahn的《The Codebreakers》 ➢ 1971-73年IBM Watson实验室的Horst Feistel等的几篇技
33
密码学基础
破译分析I: 尝试全部可能
使用简单替代(移n位) 密钥未知 已知密文: CSYEVIXIVQMREXIH 如何找到密钥? 仅有26个可能密钥 尝试全部的可能!看哪个能找到合
理的含义 穷举搜索 答案: 密钥 = 4
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密码学基础
更复杂的替代
密钥是一些字母的组合 不一定是移位 例如：
明文：Caesar was a great soldier 密文：Fdhvdu zdv d juhdw vroglhu
第12页
2.3.1 形形色色的密码技术
二战著名的（ENIGMA）密码 ➢ 德国人Arthur Scheribius人发明 ➢ 德国人将其改装为军用型，使之更为复杂可靠 ➢ 1933年，纳粹最高统帅部通信部决定将“ENIGMA”作为德
➢ 经验告诉我们一个秘密的算法在公开时就很容易破解了 ➢ 密码的算法不可能永远保持隐秘 ➢ 理想的情况是在密码算法被破解之前找到算法的弱点
5
密码学基础
黑盒子密码系统
密钥
密钥
明文 加密
密文
解密
密码的通用方式
密码学基础
明文
6
密码发展历史
形形色色的密码技术 密码发展史
第7页
2.3.1 形形色色的密码技术
第三阶段：1976年以后，密码学的新方向——公钥密 码学。公钥密码使得发送端和接收端无密钥传输的保 密通信成为可能。
密码学基础知识
密码学基础知识密码学是一门研究数据的保密性、完整性以及可用性的学科，广泛应用于计算机安全领域、网络通信以及电子商务等方面。
密码学的基础知识是研究密码保密性和密码学算法设计的核心。
1. 对称加密和非对称加密在密码学中，最基本的加密方式分为两类：对称加密和非对称加密。
对称加密通常使用一个密钥来加密和解密数据，同时密钥必须保密传输。
非对称加密则使用一对密钥，分别为公钥和私钥，公钥可以公开发布，任何人都可以用它来加密数据，但只有私钥持有人才能使用私钥解密数据。
2. 散列函数散列函数是密码学中常用的一种算法，它将任意长度的消息压缩成一个固定长度的摘要，称为消息摘要。
摘要的长度通常为128位或更长，主要用于数字签名、证书验证以及数据完整性验证等。
常见的散列函数有MD5、SHA-1、SHA-256等。
3. 数字签名数字签名是一种使用非对称加密技术实现的重要保密机制，它是将发送方的消息进行加密以保证消息的完整性和真实性。
发送方使用自己的私钥对消息进行签名，然后将消息和签名一起发送给接收方。
接收方使用发送方的公钥来验证签名，如果消息被篡改或者签名无法验证，接收方将拒绝接收消息。
4. 公钥基础设施（PKI）PKI是一种包括数字证书、证书管理和证书验证的基础设施，用于管理数字证书和数字签名。
数字证书是将公钥与其拥有者的身份信息结合在一起的数字文件，它是PKI系统中最重要的组成部分之一。
数字证书通过数字签名来验证其真实性和完整性，在通信和数据传输中起着至关重要的作用。
总之，密码学是计算机科学中重要的领域之一，其应用广泛，影响深远。
掌握密码学基础知识非常有必要，对于安全性要求较高的企业和组织来说，更是至关重要。
第13章 密码学基础
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13.1.1 密码学发展历史
• 古典密码算法有:替代加密、置换加密； • 对称加密算法包括DES和AES； • 非对称加密算法包括RSA、背包密码、Rabin、 椭圆曲线等。 • 目前在数据通信中使用最普遍的算法有DES算法 和RSA算法等。 • 除了以上这些密码技术以外，一些新的密码技 术如辫子密码、量子密码、混沌密码、DNA密码 等近年来也发展起来，但是它们距离真正的实用 还有一段距离。
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13.1 密码学概述
• 小小的密码还可以导致一场战争的胜负。例如，计算机时 代的到来使得美国在1942年制造出了世界上第一台计算 机。二战期间，日本采用的最高级别的加密手段是采用 M-209转轮机械加密改进型—紫密，在手工计算的情况下 不可能在有限的时间破解，美国利用计算机轻松地破译了 日本的紫密密码，使日本在中途岛海战中一败涂地，日本 海军的主力损失殆尽。1943年，在解密后获悉日本山本 五十六将于4月18日乘中型轰炸机，由6架战斗机护航， 到中途岛视察时，罗斯福总统亲自做出决定截击山本，山 本乘坐的飞机在去往中途岛的路上被美军击毁，山本坠机 身亡，日本海军从此一蹶不振。密码学的发展直接影响了 二战的战局！
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13.1.1 密码学发展历史
• 经典密码学(Classical Cryptography)。其两大类别
分别为：
• (1).
• • 经典加密法的资讯很易受统计的攻破，资料越多，解破就 更容易，使用分析频率就是好办法。经典密码学现在仍未 消失，常被用于考古学上，还经常出现在智力游戏之中。 在20世纪早期,包括转轮机的一些机械设备被发明出来用 于加密,其中最著名的是用于第二次世界大战的密码机 “迷”(Enigma)，如图13.2所示。 这些机器产生的密码 相当大地增加了密码分析的难度。比如针对Enigma的各 种各样的攻击，在付出了相当大的努力后才得以成功。
密码学知识点总结csdn
密码学知识点总结csdn1. 密码学基础密码学基础包括对称加密、非对称加密、哈希函数、消息认证码等概念的介绍。
对称加密即加密和解密使用相同的密钥，常用算法有DES、AES、RC4等；非对称加密则分为公钥加密和私钥解密，常用算法有RSA、ECC等；哈希函数则是将任意长度的消息压缩为固定长度的摘要信息，常用算法有MD5、SHA-1、SHA-256等；消息认证码是在消息传输中保障数据完整性的重要手段，主要分为基于对称加密的MAC和基于非对称加密的数字签名。
2. 随机数生成密码学安全性的基础在于随机数的生成，常用的随机数生成算法有伪随机数生成器（PRNG）和真随机数生成器（TRNG）。
PRNG是通过确定性算法生成随机数，安全性依靠其内部逻辑结构；TRNG则是依靠物理过程生成随机数，如放射性衰变、指纹图像等，安全性更高。
密码学攻击主要分为三类：密码分析攻击、椭圆曲线攻击和量子攻击。
密码分析攻击是通过推测、猜测等方法攻破密码；椭圆曲线攻击是因为非对称加密算法中的基于椭圆曲线离散对数问题存在可解性，从而破解密码；量子攻击则是通过量子计算机的强大计算能力破解传统密码学算法。
4. 密码学综合应用密码学在实际应用中广泛应用于电子邮件加密、数字证书、数字签名、数字支付、VPN安全通信等领域。
其中，AES算法被广泛应用于SSL/TLS等加密通信协议中；RSA算法则是数字证书和电子邮件加密中最常用的算法；数字签名则应用于身份认证、电子合同、电子票据等领域；数字支付则依赖于密码学原理来保证支付的安全性。
5. 密码学的未来发展当前，密码学面临着来自量子计算机的挑战，需要进一步开发抗量子攻击的加密算法。
同时，在移动互联网、物联网等领域中，新的安全需求也对密码学技术提出了挑战。
未来发展的重点可能包括量子密码学研究、密码学与人工智能技术的结合等方面。
总之，密码学是信息安全的重要组成部分，掌握相关知识点将有助于提高信息安全意识和防范风险能力。
密码学基本概念
密码学基本概念
密码学是一门研究保护信息安全的学科，其基本目标是保证信息在传输过程中不被非法获取和篡改。
在密码学中，有一些基本概念需要了解。
1. 密码学基础
密码学基础包括加密、解密、密钥、明文和密文等概念。
加密是将明文转换为密文的过程，解密则是将密文还原为明文的过程。
密钥是用于加密和解密的秘密码，明文是未经过加密的原始信息，密文则是加密后的信息。
2. 对称加密算法
对称加密算法指的是加密和解密时使用同一个密钥的算法，如DES、AES等。
在对称加密算法中，密钥必须保密，否则会被攻击者轻易获取并进行破解。
3. 非对称加密算法
非对称加密算法指的是加密和解密时使用不同密钥的算法，如RSA、DSA等。
在非对称加密算法中，公钥用于加密，私钥用于解密。
公钥可以公开，私钥必须保密，否则会被攻击者轻易获取并进行破解。
4. 数字签名
数字签名是用于保证信息的完整性和真实性的技术。
数字签名使用非对称加密算法，签名者使用私钥对信息进行加密，接收者使用公钥进行验证。
如果验证通过，则说明信息未被篡改过。
5. Hash函数
Hash函数是一种将任意长度的消息压缩成固定长度摘要的函数，常用于数字签名和消息验证。
Hash函数具有不可逆性，即无法通过消息摘要还原出原始数据。
以上就是密码学的基本概念，掌握这些概念对于理解密码学的原理和应用非常重要。
密码学基础_图文
解密过程与加密过程类似,不同的只是进行模26减,而不是模26 加。
使用Vigenère表可以方便地进行加密和解密。
@
基本概念
• 密码学(Cryptology): 是研究信息系统安全保密 的科学.
➢ 密码编码学(Cryptography): 主要研究对信息 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 息的破译或消息的伪造.
密码新技术
• 量子密码(单量子不可复制定理) • DNA密码 • 化学密码 • ……
• 消息被称为明文(Plaintext)。用某种方法伪装消息以 隐藏它的内容的过程称为加密(Encrtption)，被加密 的消息称为密文(Ciphertext)，而把密文转变为明文 的过程称为解密(Decryption)。
• 对明文进行加密操作的人员称作加密员或密码员 (Cryptographer).
• 例如：明文INTELLIGENT用密钥PLAY加密为： M＝INTE LLIG ENT K＝PLAY PLAY PLA
Ek(M)＝XYTC AMIE TYT
• 例 设m＝6，且密钥字是CIPHER,这相应于密钥。假定明文串 是 this cryptosystem is not secure 首先将明文串转化为数字串，按6个一组分段，然后模26“加”上 密钥字得：
密码算法分类-iii
• 按照明文的处理方法： ➢ 分组密码（block cipher):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，输出 也是固定长度的密文。 ➢ 流密码（stream cipher):又称序列密码.序列密 码每次加密一位或一字节的明文，也可以称为 流密码。
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密码算法分类--各种加密算法的优缺点
• 对称密码算法的优点是有很强的保密强度加解密速度快， 且能经受住时间的检验和攻击，但其密钥必须通过安全的 途径传送。因此，其密钥管理成为网络安全的重要因素。 • 公钥密码的优点是可以适应网络的开放性要求，且密钥管 理问题也较为简单，尤其可方便地实现数字签名和身份验 证。但其算法复杂，加密数据的速率较低。尽管如此，随 着现代电子技术和密码技术的发展，公钥密码算法将是一 种很有前途的网络安全加密机制。 • 在实际应用中，人们通常将常规密码和公钥密码结合在一 起使用，比如：利用DES或者IDEA来加密信息，而采用RSA 来传递会话密钥。
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术语介绍--加密模型
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术语介绍--密码体制
通常一个完整密码体制要包括如下五个要素M,C,K,E,D M : 是可能明文的有限集称为明文空间 C: 是可能密文的有限集称为密文空间 K: 是一切可能密钥构成的有限集称为密钥空间 对于密钥空间的任一密钥,有一个加密算法和相应的解 密算法使得 ek: M->C 和 dk: C->M 分别为加密解密函数满足dk(ek(x))=x, 这里x为 M中的元 素
• OFB（输出反馈）模式：用分组密码产生一个随机密钥 流，将此密钥流和明文流进行异或可得密文流。仍然 需要一个初始向量（IV）
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内容提要
• 概述
• 术语介绍
• 密码算法分类
• 对称密码体制
• 非对称密码体制(公钥密码体制)
• 数字签名
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公钥密码体制
对称密码体制存在的问题
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Diffie-Hellman密钥交换算法
Diffie和Hellman在其里程碑意义的文章中，虽然给出了公钥密码 的思想，但是没有给出真正意义上的公钥密码实例，也既没能找出一 个真正带陷门的单向函数。然而，他们给出单向函数的实例，并且基 于此提出Diffie-Hellman密钥交换算法。这个算法是基于有限域计算离 散对数的困难性问题之上的：设F为有限域，g∈ F是F的乘法群 F*=F\{0}=<g>。并且对任意正整数x，计算gx是容易的；但是已知g和y 求x使y= gx，是计算上几乎不可能的。这个问题称为有限域F上的离 散对数问题。公钥密码学使用最广泛的有限域为素域FP. 对Diffie-Hellman密钥交换协议描述：Alice和Bob协商好一个大 素数p，和大的整数g，1<g<p，g最好是FP中的本原元，即FP*＝<g>。 p和g无须保密，可为网络上的所有用户共享。
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‹#›Leabharlann 密码算法分类• 按照明文的处理方法： 分组密码（block cipher):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， 输出也是固定长度的密文。 流密码（stream cipher):又称序列密码.序列 密码每次加密一位或一字节的明文，也可 以称为流密码。
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内容提要
• 概述
• 术语介绍
• 密码算法分类
• 对称密码体制
• 非对称密码体制
• 数字签名
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密码算法分类
• 基于密钥的算法，按照密钥的特点分类： 对称密码算法（symmetric cipher)：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。又称秘密密钥 算法或单密钥算法。 非对称密钥算法（asymmetric cipher):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, 而用另一个密钥进行 解密.其中的加密密钥可以公开,又称公开密钥（public key)，简称公钥.解密密钥必须保密,又称私人密钥 （private key)私钥.简称私钥。
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• 1998年8月12日，在首届AES会议上指定了15个候选算法。 • 1999年3月22日第二次AES会议上，将候选名单减少为5 个，这5个算法是RC6，Rijndael，SERPENT，Twofish 和MARS。 • 2000年4月13日，第三次AES会议上，对这5个候选算法 的各种分析结果进行了讨论。 • 2000年10月2日，NIST宣布了获胜者—Rijndael算法， 2001年11月出版了最终标准FIPS PUB197。
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密码算法分类
• 经典密码
代替密码: 简单代替多名或同音代替多表代替多字母或多码代替
换位密码:
•对称加密算法
DES,3DES,IDEA,RC4,RC5,SSF33,SCB2,AES,…..
•非对称公钥算法(公钥算法)
RSA、McEliece密码、Diffe－Hellman、背包密码、椭圆 曲线、Rabin、Ong－Fiat－Shamir、EIGamal密码算法等。
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New directions in Cryptography
• 提出公钥密码系统
– – – – – 加密变换Ek，解密变换Dk Dk 是Ek的逆过程 Ek、Dk易于计算 从Ek推出Dk在计算上不可行 从加密密钥推算出解密密钥在计算上不可 行
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两个主要目的
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内容提要
• 概述
• 术语介绍
• 密码算法分类
• 对称密码体制
• 非对称密码体制(公钥密码体制)
• 数字签名
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对称密码体制--对称加密算法示例
• AES背景：
• 1997年4月15日，（美国）国家标准技术研究所（NIST）发起征集高 级加密标准（Advanced Encryption Standard）AES的活动，活动目 的是确定一个非保密的、可以公开技术细节的、全球免费使用的分组 密码算法，作为新的数据加密标准。 • 1997年9月12日，美国联邦登记处公布了正式征集AES候选算法的通 告。作为进入AES候选过程的一个条件，开发者承诺放弃被选中算法 的知识产权。 对AES的基本要求是：比三重DES快、至少与三重DES一样安全、 数据分组长度为128比特、密钥长度为128/192/256比特。
内容提要
• 概述
• 术语介绍
• 密码算法分类
• 对称密码体制
• 非对称密码体制(公钥密码体制)
• 数字签名
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术语介绍
密码技术，如加密技术和数字签名技术是解决网络安 全的核心技术；是实现所有安全服务的重要基础。
基本术语
消息被称为明文(Plaintext)。用某种方法伪装消 息以隐藏它的内容的过程称为加密(Encrtption)，消 息被加密后得到的信息称之为密文(Ciphertext)，而 把密文转变为明文的过程称为解密(Decryption)。 密码算法(Cryptography Algorithm):是用于加密 和解密的数学函数。
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当Alice和Bob要进行保密通信时，他们可以按如下步骤来做： (1)Alice选取大的随机数x，并计算 X=gx(mod P) (2)Bob选取大的随机数x，并计算X = gx (mod P) (3)Alice将X传送给Bob；Bob将X 传送给Alice。 (4)Alice计算K=(X )X(mod P);Bob计算K ＝（X) X (mod P), 易见，K=K =g xx (mod P)。 由(4)知，Alice和Bob已获得了相同的秘密值K。双方以K作 为加解密钥以传统对称密钥算法进行保密通信。
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概述--对安全服务的需求
对于这些安全问题，前两项对称密码学 可以解决，而后两项目前最有效的解决方 案是建立在公开密钥技术基础上的PKI/CA (Public Key Infrastructure /Certification Authority)技术。
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术语介绍--密码体制
一个密码体制要是实际可用的,必须满足如下特性：
1) 每一个加密函数ek和每一个解密函数dk都能有效 地计算;
2) 破译者取得密文后将不能在有效的时间内破解出 密钥k或明文x;
3) 一个密码系统是安全的必要条件:穷举密钥搜索将 是不可行的即密钥空间非常大
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• 解决密钥分配问题
–对安全密钥分发的需求最小
• 生成手写签名的等价替代物
–One-way authentication
• 由合法签署者产生，其他人不能伪造； • 任何人可以对其进行验证 • 依赖于消息
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公钥密码体制
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公钥密码体制
• 公钥密码又称为双钥密码或非对称密码,是1976年由Diffie
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对称密码体制--工作模式
• CFB（密码反馈）模式：利用CFB、OFB模式，可将DES 转换为流密码。流密码无需填充消息，实时运行。流 密码中明文和密文长度相同。如对字符加密，只要密 钥长度8bit。 Cn=Pn ⊕Sj(E(C n-1))
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对称密码体制--对称密码机制工作模式
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对安全服务的需求
进行电子交易的互联网用户所面临的安全问题有： • 保密性 如何保证电子商务中涉及的大量保密信息在 公开网络的传输过程中不被窃取 • 完整性 如何保证电子商务中所传输的交易信息不被中 途篡改及通过重复发送进行虚假交易 • 身份认证与授权 在电子商务的交易过程中，如何对双方进行认证， 以保证交易双方身份的正确性 • 抗抵赖 在电子商务的交易完成后，如何保证交易的任何 一方无法否认已发生的交易