认证加密设计模式
传输层安全协议TLS——密码学概述
许多小伙伴应该都听过大名鼎鼎的HTTPS，而HTTPS就是通过在HTTP的基础上引入TLS，实现对明文进行传输加密和身份认证，保证了传输过程的安全。
由于TLS协议深度依赖抽象复杂的密码学原理、工具箱及设计模式，令许多小伙伴都望而却步。
不用担心，今天小怿会用通俗易懂的方式，层层递进，带领大家一起经历密码学入门到TLS精通之路。
1TLS速览—3W1H分析1. WHAT：TLS是什么？TLS（传输层安全性协议，Transport Layer Security）及它的前身SSL（安全套接字层，现在不推荐使用的）是一种旨在提供计算机网络上的安全通信的加密协议。
TLS建立在网景（Netscape）开发的早期SSL规范（1994、1995、1996）的基础上；SSL从网景移交到IETF后，IETF将其更名为TLS，TLS 最早版本发布于1999年，当前最新版本为发布于2018年8月的TLS 1.3。
2. WHY：为什么要用TLS？目的是在两个或多个通信计算机应用程序之间提供机密性、认证、数据完整性、前向安全性等安全特性，防止通信被窃听和篡改。
3. WHERE：TLS现在用在哪？广泛用于电子邮件，即时消息传递（微信）和IP语音等应用中，最常见的应用场景是作为HTTPS的‘安全’层。
4. HOW：TLS到底咋用？借用密码学的经典原则：永远不要试图去创造自己的加密算法，要使用专家设计好的标准算法。
让我们引申下，由于side effect破解的存在，在生产环境中甚至都不要使用自己实现的TLS协议，目前有很多开源的TLS协议实现，可以针对应用场景进行裁剪和适配。
以上内容你学会（废）了吗？那让我们再上点对抗哈。
让我们看一个TLS中最常使用的密码套件(Cipher Suite)：由上面这个加密算法套件可见，如果想弄清楚TLS，必须对密码学的基本概念（密钥交换、身份验证、加密算法模式等），使用它们期望解决的威胁以及各场景下常用的密码学算法有基本的了解，才能真正从整体“战略”上了解TLS，为后面从“战术”角度逐个击破单个技术点打下基础，否则就是“基础不牢，地动山摇”，雾里看花，不知所云。
教务管理系统分析设计方案
教务管理系统分析设计方案1000字教务管理系统是一款能够帮助学校或者机构进行课程安排、学生管理、教师管理、成绩统计等功能的软件。
教务管理系统的实现涉及多种技术和设计思路，下面我们将介绍一种通用的教务管理系统分析设计方案，以便广大开发者参考。
1.需求分析教务管理系统需求主要来自于学校或教育机构的管理，为了满足学生、教师、管理员等不同群体的需求，教务管理系统需要提供以下功能：1.1 学生管理功能学生管理功能可以实现对学生信息的管理，包括学生基本信息、学籍信息、课程安排、选课情况、成绩等内容，同时还需要提供学生信息查询、打印学生证等功能。
1.2 教师管理功能教师管理功能可以实现对教师信息的管理，包括教师基本信息、授课情况、课程信息等内容，同时还需要提供教师信息查询、考勤管理等功能。
1.3 课程管理功能课程管理功能可以实现对课程信息的管理，包括课程名称、教师、上课时间、上课地点等信息，同时还需要提供课程信息查询、课程表生成等功能。
1.4 成绩管理功能成绩管理功能可以实现对学生成绩的管理，包括成绩录入、成绩查询、成绩统计等功能，同时还需要提供学生成绩单打印等功能。
1.5 权限管理功能权限管理功能可以实现对用户权限的管理，包括用户角色、用户权限、权限分配等功能，同时还需要提供用户登录验证、后台管理等功能。
2.设计思路在实现教务管理系统的设计中，需要考虑系统的可扩展性、可维护性、可修改性等因素，同时还需要考虑系统的健壮性和安全性。
2.1 设计模式在教务管理系统的设计中，可以采用MVC模式，将系统分为模型、视图、控制器三个部分，实现数据处理、数据展示、用户操作等功能的分离。
2.2 数据库设计在教务管理系统的数据库设计中，需要考虑数据表的设计、关系表的设计、备份和恢复等因素，同时还需要考虑数据表的索引优化、主键设置、数据类型选择等细节。
2.3 安全设计在教务管理系统的安全设计中，主要包括用户身份认证、权限设置、数据加密等功能，同时还需要考虑数据备份恢复、防篡改、防止SQL注入等安全策略。
软考系统架构师每章知识点总结
软考系统架构师每章知识点总结嘿呀！软考系统架构师的知识可真是又多又复杂呢！下面就来给大家好好总结一下每章的知识点哇！第一章计算机系统知识哎呀呀！这一章可得好好掌握计算机组成与体系结构的相关内容呀！像是各种处理器、存储系统、输入输出系统等等。
哇！还有指令系统和流水线技术呢，这可都是重点中的重点！你说是不是？知道不同类型的指令和流水线的工作原理吗？第二章操作系统知识嘿！这一章要搞清楚操作系统的基本原理和功能呀！进程管理、存储管理、文件管理、设备管理，一个都不能少呢！哎呀呀，进程的同步与互斥、死锁问题，可难倒了不少人呢！还有虚拟存储技术，你搞明白了吗？第三章数据库系统哇哦！数据库设计、数据模型、关系数据库、分布式数据库，都是这一章的重点呀！怎么进行规范化设计？关系代数和SQL 语言又该怎么运用？哎呀，想想就觉得不简单！第四章中间件技术嘿呀！中间件的分类和应用场景可得搞清楚。
像消息中间件、交易中间件、应用服务器中间件等等，它们各自都有独特的作用呢！知道在什么情况下该选择哪种中间件吗？第五章应用系统集成哎呀呀！这一章要了解系统集成的概念、方法和技术。
企业应用集成、Web 服务集成，这里面的门道可多啦！第六章软件架构设计哇！软件架构风格、架构评估、软件产品线，这些都是重点中的重点！如何选择合适的架构风格？怎么进行有效的架构评估？第七章设计模式嘿！设计模式的分类和应用可不能马虎。
创建型模式、结构型模式、行为型模式，每一种都有独特的用处呢！第八章软件测试哎呀呀！测试的方法、策略、用例设计，都要掌握得牢牢的！功能测试、性能测试、兼容性测试，一个都不能落下呀！第九章项目管理哇哦！项目计划、进度管理、成本管理、风险管理，这都是项目经理要操心的事儿！怎么制定合理的计划？如何控制成本和风险？第十章安全技术嘿呀！网络安全、系统安全、应用安全，每一个方面都至关重要！加密技术、认证技术、访问控制，你都了解吗？哎呀呀，软考系统架构师的知识点真是太多太复杂啦！不过只要我们认真学习，多多总结，一定能够掌握的呀！加油哇！。
数据库设计中使用的十个设计模式
数据库设计中使用的十个设计模式数据库是一个信息系统中最为核心的部分，直接负责着数据的存储、管理和分析。
为了能够更加高效地运用数据库这个工具，设计模式在数据库的设计中得到了广泛的应用。
以下是常用的十个数据库设计模式。
一、单例模式单例模式是指在整个程序中只有一个实例存在。
在数据库设计中，单例模式可以用于实现一个全局只有一个的数据管理类，可以避免多个实例之间的数据冲突，同时也可以节省内存空间。
二、工厂模式工厂模式是指通过一个工厂类创建出所需的对象。
在数据库设计中，可以将每个数据库表看作一个工厂类，然后根据数据需求创建出对应的对象，可以提高数据的灵活性和可维护性。
三、策略模式策略模式是指通过定义一系列算法来解决问题，然后根据情况选择相应的算法进行处理。
在数据库设计中，可以使用不同的策略来解决数据冗余、数据更新等问题，可以提高数据的准确性和处理效率。
四、观察者模式观察者模式是指将一个对象的状态变化告诉其他对象，使得这些对象能够根据情况进行相应的处理。
在数据库设计中，可以利用观察者模式来实现数据的联动更新和数据的自动化处理。
五、模板方法模式模板方法模式是指在一个抽象类中定义一个模板方法，然后提供一些抽象方法和钩子方法，在子类中具体实现这些方法。
在数据库设计中，可以利用模板方法模式来实现数据处理的流程规范化和优化。
六、装饰器模式装饰器模式是指在不改变原有对象的基础上，通过增加装饰器对象来实现功能的扩展。
在数据库设计中，可以利用装饰器模式来实现数据的加密、数据的缓存等额外功能。
七、代理模式代理模式是指通过一个代理对象控制对真实对象的访问，可以实现对对象的保护和控制。
在数据库设计中，可以使用代理模式来实现数据的权限控制和数据的安全性保证。
八、适配器模式适配器模式是指将一个类的接口转换成客户端所期望的另一种接口。
在数据库设计中，可以利用适配器模式来实现不同数据库之间的数据转换和数据共享。
九、命令模式命令模式是指将请求封装成一个对象，使得可以将请求的发送者和接收者解耦。
物联网应用中的程序设计原则
物联网应用中的程序设计原则随着物联网技术的快速发展，物联网应用已经广泛应用于生活、工业、农业等各个领域。
在物联网应用中，程序设计起着至关重要的作用。
良好的程序设计不仅能够提高系统的性能和可靠性，还能够优化资源利用和提升用户体验。
下面将介绍一些物联网应用中的程序设计原则。
1. 模块化设计物联网应用往往包含大量的传感器、设备和云平台等组件。
为了保持代码的可维护性和可扩展性，应采用模块化的设计方法。
模块化设计可以将系统拆分为若干个独立的、可重用的模块，每个模块负责完成特定的功能。
这样既方便了代码的编写和维护，还能够实现功能的灵活组合和快速集成。
2. 松耦合设计物联网应用中，各个组件之间往往存在协作关系。
为了降低组件之间的依赖性，应采用松耦合的设计原则。
松耦合设计可以将系统拆分为尽可能独立的组件，通过定义清晰的接口和协议来实现组件之间的通信和交互。
这样可以提高系统的灵活性和可维护性，方便对组件进行替换和调整。
3. 安全性设计物联网应用涉及到大量的数据交换和信息传输，安全性设计是至关重要的。
在程序设计中应考虑到数据的加密和认证，防止数据泄露和恶意攻击。
同时，还需设计合理的权限控制机制来保护系统的安全。
4. 异常处理物联网应用中，传感器和设备可能存在各种故障和异常情况。
为了提高应用的稳定性和可靠性，应充分考虑异常处理机制。
合理的异常处理可以及时识别和响应问题，并采取相应的措施进行处理，避免系统崩溃或数据丢失。
5. 数据管理和优化物联网应用的核心是数据的获取、传输和处理。
为了高效管理和利用数据，程序设计应注重数据管理和优化。
合理的数据存储和索引方案、数据压缩和加密算法、数据流处理和分析等技术都可以提升系统的性能和效率。
6. 用户界面设计在物联网应用中，用户界面是用户与系统交互的窗口。
良好的用户界面设计可以提升用户体验和操作效率。
在程序设计中应注重用户界面的友好性、易用性和美观性，合理布局界面元素、提供清晰的操作指导，并适配不同的设备和屏幕尺寸。
系统架构设计师知识点集锦
系统架构设计师知识点集锦系统架构设计师是IT行业中一种重要的职位，他们负责制定和实施复杂系统的整体架构。
系统架构设计师需要具备广泛的知识和技能，以确保系统的稳定性、可扩展性和安全性。
本文将介绍系统架构设计师的关键知识点，帮助读者全面理解和掌握这个职位的要求。
一、系统架构的概念系统架构是指一个系统的基本结构和组成方式。
系统架构设计师需要对系统的整体架构有深入的了解和把握。
他们需要考虑系统的需求、功能模块、数据流、技术选型等方面，以确保系统的高性能和可靠性。
二、常见的系统架构模式1. 分层架构：将系统划分为多个层次，每个层次负责不同的功能和业务逻辑。
常见的分层架构包括三层架构（Presentation、Logic、Data）和四层架构（Presentation、Application、Business、Data）等。
2. 微服务架构：将系统拆分为多个小型的、独立部署的服务单元，每个服务单元专注于特定的功能模块。
微服务架构可以提高系统的可扩展性和灵活性。
3. 事件驱动架构：基于事件的触发机制，将系统拆解为多个事件源和事件处理器。
事件驱动架构可以实现系统的解耦和异步处理。
三、系统架构设计的要点1. 需求分析：系统架构设计师需要与业务部门密切合作，全面了解用户需求，确保系统能够满足业务需求。
2. 技术选型：系统架构设计师需要根据系统的需求和业务场景选择合适的技术栈和工具，包括编程语言、数据库、框架等。
3. 模块设计：系统架构设计师需要将整个系统划分为多个模块，并设计模块之间的接口和交互方式。
模块的设计应该遵循高内聚、低耦合的原则。
4. 性能优化：系统架构设计师需要对系统进行性能评估和优化，确保系统能够快速响应和处理大量的请求。
5. 安全性设计：系统架构设计师需要考虑系统的安全性，包括身份认证、访问控制、数据加密等方面。
四、系统架构设计师的技能要求1. 扎实的编程和架构设计能力：系统架构设计师需要具备深入的编程和设计能力，熟悉常见的编程语言和设计模式。
软件工程中的设计模式
软件工程中的设计模式设计模式是在软件工程中，为了应对常见的设计问题，而提出的一系列可重用的解决方案。
设计模式可以帮助我们提高代码的可维护性、可扩展性和复用性。
设计模式主要分为三类：创建型、结构型和行为型。
一、创建型模式创建型模式主要关注对象的创建过程，主要有以下五种模式：1.单例模式（Singleton）：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
2.工厂方法模式（Factory Method）：定义一个接口用于创建对象，但让子类决定实例化哪个类。
3.抽象工厂模式（Abstract Factory）：提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。
4.建造者模式（Builder）：将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
5.原型模式（Prototype）：通过复制现有的实例来创建新的实例，而不是通过构造函数创建。
二、结构型模式结构型模式主要关注类和对象之间的组合，主要有以下七种模式：1.适配器模式（Adapter）：将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口，使得原本接口不兼容的类可以一起工作。
2.桥接模式（Bridge）：将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立地变化。
3.组合模式（Composite）：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得客户可以统一使用单个对象和组合对象。
4.装饰器模式（Decorator）：动态地给一个对象添加一些额外的职责，而不改变其接口。
5.门面模式（Facade）：为一组复杂的子系统提供一个统一的接口，使得子系统更容易使用。
6.享元模式（Flyweight）：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
7.代理模式（Proxy）：为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。
三、行为型模式行为型模式主要关注对象之间的通信，主要有以下十一种模式：1.职责链模式（Chain of Responsibility）：使多个对象都有机会处理请求，从而避免了请求发送者和接收者之间的耦合关系。
软考系统架构师案例分析知识点整理解读
系统规划：包括系统项目的提出预可行性分析；系统方案的制定、评价和改进；新旧系统的分析和比较；现有软件、硬件和数据资源的有效利用；软件架构设计：XML技术；基于架构的软件开发过程；软件的质量属性；架构（模型）风格；特定领域软件架构；基于架构的软件开发方法；架构评估；软件产品线；系统演化设计模式：设计模式概念；设计模式的组成；模式和软件架构；设计模式分类；设计模式实现；系统设计：处理流程设计；人机界面设计；文件涉及；存储设计；数据库设计；网络应用系统的设计；系统运行环境的集成与设计；中间件；应用服务器；性能设计与性能评估；系统转换设计划；软件系统建模：系统需求、建模的作用以及意义；定义问题（目标、功能、性能）与归结模型（静态结构模型、动态行为模型、物理模型）；结构化系统建模；数据流图；面向对象系统建模；统一建模语言（UML）；数据库建模；E-R图；逆向工程；分布式系统设计：分布式通行协议的设计；基于对象的分布式系统设计；基于web的分布式系统设计；基于消息和协同的分布式系统设计；异构分布式系统的互操作性设计；嵌入式系统设计：实时系统和嵌入式系统特征；实时任务调度和多任务设计；中断处理和异常处理；嵌入式系统的开发设计系统的可靠性分析与设计：系统故障模型和可靠性模型；系统的可靠性分析与可靠度计算；提高系统可靠性的措施；系统的故障对策和系统的备份与恢复；系统安全性和保密性设计：系统的访问控制技术；数据的完整性；数据与文件的加密；通信的安全性；系统的安全性设计；1、概念类系统规划项目计划：包括范围计划、工作范围计划、活动定义、资源需求、资源计划、活动排序、费用估算、进度计划、费用计划；项目辅助计划包括质量计划、沟通计划、人力资源计划、风险计划、采购计划。
虚拟化技术：计算元件在虚拟的基础上运行；有完全虚拟化，准虚拟化，操作系统层虚拟化等；虚拟化收益：1、有效提高服务器资源利用率2、支持运行在不同操作系统之上的多个业务共享一台服务器3、减少服务器数量，降低硬件成本4、节约场地面积，减少能耗软件架构设计架构风险：架构设计中潜在的、存在问题的架构决策所带来的隐患敏感点：为了实现某种特定的质量属性，一个或者多个系统组件所具有的特性权衡点：影响多个质量属性，并且对多个质量属性来说都是敏感点的系统属性软件质量属性包括：功能性、性能、可用性、可靠性、健壮性、安全性、可修改性、可变性、易用性、可测试性、互操作性六种质量属性策略：1、可用性错误检测：命令/响应，心跳机制，异常监控错误恢复：表决（裁决表），主动冗余，被动冗余，备件，状态再同步，检查点/回滚错误预防：从服务中删除，事物（要么全成功，要么全失败），定期重置，进程监视器2、可修改性局部化修改：维持语义的一致性，预期期望的变更，泛化该模块，限制可能的选择防止连锁反应：信息隐藏，维持现有的接口，限制通信路径，仲裁者的使用推迟绑定时间：运行时注册，配置文件，多态，构件更换3、性能资源需求：减少处理时间所需的资源，减少所处理事件的数量，控制资源使用，限制执行时间资源管理：引入并发，维持数据或计算的多个副本，增加可用资源资源仲裁：先进/先出，固定优先级，动态优先级调度，静态调度4、安全性抵抗攻击：对用户进行身份验证，对用户进行授权，维护数据的机密性，维护完整性，限制暴露的信息，限制访问检测攻击：部署入侵检测系统从攻击中恢复：恢复，识别攻击者5、可测试性输入/输出：记录/回放，将接口—实现分离，优化访问线路/接口内部监控：当监视器处于激活状态时，记录事件6、易用性运行时：任务模型，用户模型，系统模型设计时：将用户接口与应用的其余部分分离支持用户主动：支持用户主动操作软件架构风格：描述某一类特定应用领域中软件系统组织方式和惯用方式；组织方式描述了系统的组成构建和这些构建的组织方式，惯用模式则反映众多系统共有的结构和语义。
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one-pass vs two pass
7
OCB
如何设计AE ——砖头与房子子
AE
primitive
8
质检报告？
模块(砖头)
大大分组分组密码
置换
AES轮函数等
S-盒
逻辑运算
在线密码
可调分组密码
分组密码
有密钥
无无密钥
9
认证 加密
认 证 加 密 设 计 线 图
流密码
工工 作 模 式
大大分组分组密码 在线密码 可调分组密码 分组密码
Associated dertext C
Tag T
Associated data A
5
Plaintext M Yes T’ = T? No
Associated data A
⊥
AE.Dec_K
Nonce N
Ciphertext C
Tag T
Associated data A
6
AE发展简史
2013
CAESAR竞赛
Security Applicability Robustness
2007
ISO/IEC 19772: 2007
标准化
2000
GCM
NIST、802.11i、IEEE P1619、RFC
24
3.1基于AES轮函数的设计
PAES-4
25
机密性： 抗线性攻击
26
完整性： 抗差分攻击
27
3.2从置换到在线密码
M1 M2 M3
⊕
K
⊕ ⊕ ⊕ ⊕
C2 online cipher
28
⊕ ⊕ ⊕
C3
PANDA-b
⊕
C1
四、展望与探讨
工工作模式 vs 直接设计
工作模式
论证方式 归约证明 生生日界 受底层模块限制
21
Sponge
22
三、新的设计方方法
两个方方案设计的思想
PAES PANDA
Designers and submtters: Dingfeng Ye, Peng Wang, Lei Hu, Liping Wang, Yonghong Xie, Siwei Sun, Ping Wang 2014.3.15 ~ 2014.5.13
认证加密设计模式
中国科学院信息工工程研究所 王鹏 wp@
2014.6.21
提纲
一一、认证与加密 二二、几几类设计模式 三、新的设计方方法 四、展望与探讨
2
一一、认证与加密
+
认证加密（Authenticated Encryption）
4
认证加密方方案
Nonce N Plaintext M
15
2.2 分组在线加密
代表方方案：McOE、COPA、POET
16
COPA
17
Checksum
McOE
18
2.3 分组整体加密
代表方方案：SIV、AEZ
19
AEZ
00…0
20
2.4 分组异或加密
Nonce Key plaintext
⊕
ciphertext Tag
代表方方案：基于stream cipher或者Sponge结构的方方案
直接设计
对已知攻击 的论证 一一般无无生生日界 无无限制
安全性
效率
30
之前
工工作模式
直接设计
31
当前
工工作模式
直接设计
32
未来
直接设计
工工作模式
设计模式
更合适的底层模块 更稳健的上层结构 无无损归约 + 直接论证
模块
34
方方案
1）更合适的底层模块
P
Perm.
P
BC
C
K P T
TBC
C
其它的？
sponge
置换 逻辑运算 S-盒 AES轮函数等
10
模块与论证
方方案
分组密码
复杂置换
PRP
归约
（标准模型）
Ideal Perm.
证明
（非标准模型）
模块
逻辑运算
对特殊攻击
论证
11
加密
认证
12
二二、几几类设计模式
2.1 分组独立加密
代表方方案：IAPM、XECB、OCB、OTR
14
OCB
Checksum = M1⊕M2⊕M3⊕M4
35
K
C
2）更稳健的上层结构
Sponge 工工作模式
？
36
3）无无损归约+直接论证
基于BC的OCB:
生生日界
方方案
基于TBC的OCB:
无无损归约
直接论证
Joltik、Deoxys、KIASU
模块
37
谢谢！ wp@