数据加密基本概念

数据加密 基本概念
1、数据加密模型 、
明文 密文 加密（解密）算法 加密（解密） 密钥
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第四章 传统密码学
明文M
密文C
原始明文
加密
解密
M
E（M）=C （ ）
D（C）=M （ ）
D（E（M）） （ （ ）） ））=M
明文Plaintext 明文 加密Encryption 加密 密钥key 密钥
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明文： 明文：COMPUTERSYSTEMSECURITY COMPU TERSY STEMS ECURI TY 密文： 密文：CTSETOETCYMREUPSMRUYSI
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置换法
将明文字符替换掉。 将明文字符替换掉。 代替密码就是明文中每一个字符被替换成密文中的 另外一个字符，代替后的各字母保持原来位置。 另外一个字符，代替后的各字母保持原来位置。对 密文进行逆替换就可恢复出明文。 密文进行逆替换就可恢复出明文。有四种类型的代 替密码： 替密码： 1）单表（简单）代替密码： （1）单表（简单）代替密码：就是明文的一个字符 用相应的一个密文字符代替。 用相应的一个密文字符代替。加密过程中是从明文 字母表到密文字母表的一一映射。 字母表到密文字母表的一一映射。例：恺撒 密码。 （Caesar)密码。 密码 （2）同音代替密码：它与简单代替密码系统相似， ）同音代替密码：它与简单代替密码系统相似， 唯一的不同是单个字符明文可以映射成密文的几个 字符之一，同音代替的密文并不唯一。 字符之一，同音代替的密文并不唯一。
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（3）多字母组代替密码：字符块被成组加密， ）多字母组代替密码：字符块被成组加密， 例如“ 例如“ABA”可能对应“RTQ”，ABB可能 ”可能对应“ ” 可能 对应“ 密码。 对应“SLL”等。例：Playfair密码。 ” 密码 （4）多表代替密码：由多个单字母密码构成， ）多表代替密码：由多个单字母密码构成， 每个密钥加密对应位置的明文。 每个密钥加密对应位置的明文。 例：维吉尼 亚密码。 亚密码。
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数据加密标准和数字签名
1、数据加密标准DES 、数据加密标准
IBM研制，ISO将DES作为数据加密标准。 研制， 作为数据加密标准。 研制 将 作为数据加密标准 DES属于分组加密算法，每次利用 位密钥对 属于分组加密算法， 属于分组加密算法 每次利用56位密钥对 64位明文加密。 位明文加密。 位明文加密 DES属于对称加密 属于对称加密 现代与古典密码学采用的基本思想相同： 现代与古典密码学采用的基本思想相同：替 换与变位。 换与变位。 古典：算法简单，长密钥。 古典：算法简单，长密钥。 现代：算法复杂。 现代：算法复杂。
DK（EK（M）） ））=M. ））
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加密密钥K1 明文M 密文C
解密密钥K2 原始明文M
加密 EK1（M）=C ）
解密 DK2（C）=M ）
DK2 （EK1（M）） ））=M ））
双钥密码体制
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2、加密算法类型 、
按其对称性， 按其对称性，可把加密和解密分为对称加密 和非对称加密算法； 和非对称加密算法； 加密和解密使用相同2-3-27
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凯撒（ 凯撒（Caesar）密码 ）
个字母分别对应于0～ ， 令26个字母分别对应于 ～25，a=1，b=2……y=25， 个字母分别对应于 ， ， z=0。 。 凯撒加密变换实际上是c≡ 凯撒加密变换实际上是 (m + k) mod 26 其中m是明文对应的数据 是与明文对应的密文数 是明文对应的数据， 其中 是明文对应的数据，c是与明文对应的密文数 是加密用的参数， 据，k是加密用的参数，叫密钥。比如明文：data 是加密用的参数 叫密钥。比如明文： security 对应数据序列：4，1，20，1，19，5，3， 对应数据序列： ， ， ， ， ， ， ， 21，18，9，20，25 ， ， ， ， k=5时，得密文序列 时 9，6，25，6，24，10，8，0，23，14，25，4 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 密文： 密文：ifyxjhzwnyd 缺点：容易破解密码。 缺点：容易破解密码。
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传统密码体制的缺陷
密钥管理的麻烦： 个用户保存 个用户保存n*(n-1)/2个密 密钥管理的麻烦：n个用户保存 个密 钥。 不能提供法律证据 :不仅要保密还要解决证实 不仅要保密还要解决证实 问题。 问题。 1976年，美国学者 年 美国学者Diffie和Hellman发表了著 和 发表了著 名论文《密码学的新方向》 名论文《密码学的新方向》，提出了建立 公开密钥密码体制” 若用户A有加密密 “公开密钥密码体制”：若用户 有加密密 ），不同于解秘密钥 钥ka（公开），不同于解秘密钥 ’（保 （公开），不同于解秘密钥ka’ ），要求 的公开不影响ka’的安全。 要求ka的公开不影响 密），要求 的公开不影响 ’的安全。若 B要向 保密送去明文m,可查 的公开密钥ka， 要向A保密送去明文 可查A的公开密钥 ， 要向 保密送去明文 可查 的公开密钥 若用ka加密得密文 加密得密文c， 收到 收到c后 用只有A自 若用 加密得密文 ，A收到 后，用只有 自 己才掌握的解密密钥ka’ 进行解密得到 进行解密得到m。 己才掌握的解密密钥 ’对x进行解密得到 15。
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密文Cipher text 密文 解密Decryption 解密
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第四章 传统密码学
密钥K 明文M 密文C
密钥K 原始明文M
加密 EK（M）=C ）
解密 DK（C）=M. ）
密钥就是一组含有参数k的变换 。设已知信息m， 密钥就是一组含有参数 的变换E。设已知信息 ，通 的变换 这个过程称之为加密， 过变换E得到密文 得到密文c。 过变换 得到密文 。即c=Ek(m) 这个过程称之为加密， 参数k称为密钥 解密算法D是加密算法 的逆运算， 称为密钥。 是加密算法E的逆运算 参数 称为密钥。解密算法 是加密算法 的逆运算， 解密算法也是含参数k的变换。 解密算法也是含参数 的变换。 的变换
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选择明文攻击（ 选择明文攻击（chosen plaintext attacks）。 ）。 已知：截获部分密文；自主选择的明文—— 已知：截获部分密文；自主选择的明文 密文对，目的是获得密钥。 密文对，目的是获得密钥。 对加密密钥的攻击 对那些由加密密钥的信息容易得到解密密钥 信息的非对称加密系统而言的。 信息的非对称加密系统而言的。目的是获得 解密密钥。 解密密钥。
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一次一密密码
一次一密密码， 公司的Gilbert 一次一密密码，由AT&T公司的 公司的 Vernam在1917年提出。发方和收方各保存一 年提出。 在 年提出 份一次一密乱码本， 份一次一密乱码本，它是一个大的不重复的 真随机密钥字母集。 真随机密钥字母集。 每个密钥仅对一个消息使用一次。 每个密钥仅对一个消息使用一次。
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密码学通常的作用
维持机密性 传输中的公共信道和存储的计算机系统非常 脆弱，系统容易受到被动攻击（截取、偷窃、 脆弱，系统容易受到被动攻击（截取、偷窃、 拷贝信息），主动攻击（删除、更改、 ），主动攻击 拷贝信息），主动攻击（删除、更改、插入 等操作）。 等操作）。 用于鉴别 由于网上的通信双方互不见面， 由于网上的通信双方互不见面，必须在相互 通信时（交换敏感信息时） 通信时（交换敏感信息时）确认对方的真实 身份。 身份。即消息的接收者应该能够确认消息的 来源；入侵者不可能伪装成他人。 来源；入侵者不可能伪装成他人。
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保证完整性 消息的接收者能够验证在传送过程中消息是 否被篡改； 否被篡改；入侵者不可能用假消息代替合法 消息。 消息。 用于抗抵赖 在网上开展业务的各方在进行数据传输时， 在网上开展业务的各方在进行数据传输时， 必须带有自身特有的、 必须带有自身特有的、无法被别人复制的信 息，以保证发生纠纷时有所对证。发送者事 以保证发生纠纷时有所对证。 后不可能否认他发送的消息。 后不可能否认他发送的消息。
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公开密钥法 非对称密码体系，要点如下： 非对称密码体系，要点如下： （1）设加密算法为 ，加密密钥为 ，对明文 加密 ）设加密算法为E，加密密钥为Ke，对明文P加密 得到E 密文。 得到 ke(P)密文。设解密算法为 解密密钥为 ， 密文 设解密算法为D 解密密钥为Kd， 则Dkd(Eke(P))=P 推出Kd极为困难 （2）要保证从 推出 极为困难（不可能）。 ）要保证从Ke推出 极为困难（不可能）。 （3）在计算机上很容易产生成对的 和Kd。 ）在计算机上很容易产生成对的Ke和 。 （4）加密和解密运算可以对调，即： Eke (Dkd (P))=P ）加密和解密运算可以对调， 在这种情况下，将加密算法和加密密钥公开也无妨， 在这种情况下，将加密算法和加密密钥公开也无妨， 因而称为公开密钥法，最著名的是RSA体系，已被 体系， 因而称为公开密钥法，最著名的是 体系 ISO推荐为公开密钥加密标准 推荐为公开密钥加密标准
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目前，已能分解 位十进制的大素数。 目前，已能分解140位十进制的大素数。因此， 位十进制的大素数 因此， 模数n必须选大一些 必须选大一些。 模数 必须选大一些。 RSA最快的情况也比 最快的情况也比DES慢上 倍，无论是 慢上100倍 最快的情况也比 慢上 软件还是硬件实现。速度一直是RSA的缺陷。 的缺陷。 软件还是硬件实现。速度一直是 的缺陷 一般只用于少量数据加密。 一般只用于少量数据加密。