密码学的起源和发展
chap9：密码学基本理论(DES)
DES加密算法一轮迭代的过程 加密算法一轮迭代的过程
加密： Li = Ri–1 Ri = Li–1 ⊕ F(Ri–1, Ki) 解密： Ri–1 = Li Li–1 = Ri ⊕ F(Ri–1, Ki)＝ Ri ⊕ F(Li , Ki)
单轮变换的详细过程
单轮操作结构
单轮变换的详细过程
函数F
Expansion: 32 -> 48 S-box: 6 -> 4 Permutation: 32 -> 32
DES
背景简介 1973年5月15日，NBS(现在NIST，美国国家标 准技术研究所)开始公开征集标准加密算法，并 公布了它的设计要求：
（1）算法必须提供高度的安全性 （2）算法必须有详细的说明，并易于理解 （3）算法的安全性取决于密钥，不依赖于算法 （4）算法适用于所有用户 （5）算法适用于不同应用场合 （6）算法必须高效、经济 （7）算法必须能被证实有效 （8）算法必须是可出口的
计算机安全
CH9：密码学基本理论 CH9：密码学基本理论
(DES)
内容提要
密码学基本知识 对称密码 非对称密码
密码学的发展历史
第1阶段：1949年以前。 第2阶段：从1949年到1975年。
标志：1949年Shannon发表的《保密系统的 信息理论》。
第3阶段：1976年至今。
标志：1976年Diffie和Hellman发表了《密码 学新方向》。
对称密码算法
DES IDEA AES
DES的基本构件 DES的基本构件
[Shannon49]指出每种现代对称加密算法都符 合两种基本运算方式（基本构件）：替换 (substitution)和扩散(diffusion) 。 替换：密文的内容是用不同的位和字节代替 了明文中的位和字节，尽可能使密文和加密密钥 间的统计关系复杂化，以阻止攻击者发现密钥。 扩散：在密文中将这些替换的位和字节转移 到不同的地方，尽可能使明文和密文间的统计关 系复杂化，以阻止攻击者推导出密钥。
关于密码学的发展和一些常见的加密算法
关于密码学的发展和一些常见的加密算法1．悠久迷人的密码史话——密码学和密码前言：密码学（Cryptology，来源于希腊语kryptos和graphein，即隐藏和书写的意思）这门科学，或者说这门艺术，通常被分为两个部分，密码学（Cryptography）的任务是构建更为隐秘而且有效的密码，或者说加密方式；而与之相对应，密码分析学（Crypanalysis）则是研究已有的加密法的弱点，在没有密钥的情况下将密文还原成为明文。
这两种科学相互依靠而不能分割，密码学家（Cryptologist）需要研习密码学来掌握加密方式，以便更好地解密；同样需要了解密码分析学，以判定自己密码的安全性高低。
有一句话说的很好：“密码是两个天才的较量，败者将耗尽智慧而死。
”密码学产生的根本原因在于人们想要传递一些只有我们允许的接受者才能接受并理解的信息。
被隐藏的真实信息称为明文（Plaintext），明文通过加密法（Cipher）变为密文（Ciphertext），这个过程被称为加密（Encryption），通过一个密钥（Key）控制。
密文在阅读时需要解密（Decryption），同样需要密钥，这个过程由密码员（Cryptographer）完成。
但是密码的传递并非绝对安全，可能有未得到允许的人员得到密文，并且凭借他们的耐心和智慧（我们通常假定他们有足够的时间和智慧），在没有密钥的情况下得到明文，这种方法称为破解（Break）。
通常使用的加密方法有编码法（Code）和加密法（Cipher），编码法是指用字，短语和数字来替代明文，生成的密文称为码文（Codetext），编码法不需要密钥或是算法，但是需要一个编码簿（Codebook），编码簿内是所有明文与密文的对照表；而加密法则是使用算法和密钥。
另外一种较常用的方法是夹带加密法（Steganography），顾名思义，它是将密文以隐藏的方式传递的，比如图画或是其它消息中，或是使用隐形墨水，在计算机能够进行图象和其它信息的处理之后，这种方法更是有了极大的发展空间。
什么是密码学？
什么是密码学？密码学是一门研究密码学理论与密码技术的学科，是信息安全领域不可或缺的一部分。
它涉及的范围广泛，包括数据加密、数字签名、身份认证等。
随着信息安全技术的逐步发展，密码学也愈加重要和广泛应用。
1. 密码学的起源密码学的历史可追溯到古代。
最早有关密码学的文献记载可追溯至公元前400年左右。
在历史上，密码学曾发挥过重要作用，如在二战中的阿兰·图灵破解纳粹德国的恩格玛密码机等事件中。
2. 密码学的分类（1）对称密钥密码学：在加密和解密过程中使用相同的密钥。
通常使用的加密算法有DES、AES等。
（2）非对称密钥密码学：在加密和解密过程中使用不同的密钥。
常用的算法有RSA、DSA等。
（3）哈希函数密码学：“哈希”把任意长度的输入（又叫做预映射，pre-image）“压缩”到某一固定长度的输出上（称为哈希值），且输入的数据量越大，输出值的信息量越小，也就是说不同的输入可能相同的输出。
常用的哈希函数有MD5、SHA-1等。
3. 密码学的应用（1）数据加密：数据加/解密可防止机密数据泄露，确保数据传输的完整性。
（2）数字签名：数字签名可以验证文档在传递过程中是否被篡改，确认文档的完整性，具有很高的安全性。
（3）身份认证：基于密码学的身份认证技术可以确保只有被授权的用户能够访问特定系统或应用程序，确保系统和数据的安全性和完整性。
4. 密码学的未来随着信息安全和隐私保护的日益重要，密码学的发展也愈加迅速。
未来，密码学将会在云计算、大数据、物联网等领域更加广泛地应用，需要不断创新和进一步研究加强相应领域的安全保护。
总结：密码学涉及领域广泛，适用于数据加密、数字签名、身份认证等场景。
在信息安全领域中起到至关重要的作用，对云计算、大数据、物联网等领域的发展起到积极促进作用。
密码学是什么
密码学是什么1、什么是密码学密码学（Cryptography）是一门研究保护信息安全的学科，旨在发明和推广应用用来保护信息不被未经授权的实体获取的一系列技术。
它的研究规定了认证方式，加密算法，数字签名等技术，使得信息在网络上传输的安全性得到有效保障。
2、密码学发展历史从古代祭祀文本，到中世纪以前采用信封保护信息，再到如今运用根据科学原理设计的隐藏手段来免受攻击，形成了自己独特的新时代——密码学从古至今飞速发展。
在古代，人们提出基于门限理论的“将信息隐藏在古文献中”的想法，致使密码学技术的研究进入一个全新的研究水平。
噬血无声的18世纪，密码学技术得到了按比例加密法、变换锁以及一些其他加密技术的发明，使得发送者可以保护其传输的信息安全性。
20世纪，随着计算机科学、数学和通信学的迅猛发展，对于密码学的研究不断深入，密码破译也得到了彻底的结束。
3、密码学的应用密码学技术的应用正在不断的扩大，已经影响到计算机安全，电子商务，社交媒体，安全性协议。
其中，在计算机安全领域，应用的最广的就是网络安全了，例如使用数字签名，校验数据完整性及可靠性；实现密码认证，提高网络安全性；确保交易安全，实现交易无痕迹。
此外，在其他领域，还应用于支付货币，移动通信，数字信息传输，数字家庭，多媒体看门狗等。
4、密码学体系建设根据国家科学研究规划，国家建立自己的密码体系，推动密码学发展，建立一套完整的标准化体系，促进社会的网络安全发展，促进新的网络体系的快速发展，并且提出国家大力研究密码学，在国际技术水平上更具有单调作用和竞争优势。
5、总结综上所述，我们可以看到，密码学是一门相对年轻的学科，但是它在近十数年中有着突飞猛进的发展，并且把它妥善运用到了当今信息时代。
密码学研究实际上在不断推动并加强现代通信网络的安全性，使得更多的人群乐于在网上购买等等，为人们的网络安全提供了有效的保障。
只要把它的研究应用得当，密码学必将为更多的人带来更多的安全保障。
密码发展史
密码的发展史：从起源到量子计算与人工智能一、密码起源与早期发展密码的起源可以追溯到古代的加密技术，最初的形式是简单的替换式密码，例如罗马帝国时期的凯撒密码。
这种密码通过将字母在字母表中向后移动固定位置来实现加密和解密。
凯撒密码是军事通信中常用的加密方式，保证了信息的安全。
二、古典密码：如凯撒密码、罗马密码古典密码阶段，人们开始使用更复杂的加密技术，如多字母替换密码。
这种密码使用多个密钥来加密信息，提高了破解的难度。
然而，这些古典密码的破解仍然需要时间和耐心，但它们的出现为现代密码学的发展奠定了基础。
三、近代密码：机械与电子密码随着机械和电子技术的发展，近代密码开始使用机械设备和电子设备进行加密。
例如，二战期间使用的Enigma密码机就是一种使用电子设备进行加密的方式。
虽然这种密码机在当时非常先进，但最终被破解了，这表明任何加密系统都可能被破解，为现代密码学提出了更高的挑战。
四、现代密码：基于数学与计算科学现代密码学开始于20世纪70年代，基于数学和计算科学的发展。
现代密码学使用复杂的算法来加密和解密信息，确保信息的安全。
这些算法通常基于数学中的一些复杂问题，如离散对数、线性代数和概率论等。
现代密码学的发展为互联网和社交媒体时代的网络安全提供了基础。
五、网络密码：互联网与社交媒体时代随着互联网和社交媒体的发展，网络密码成为保护个人和企业信息安全的重要手段。
网络密码通常使用哈希函数和加密算法来确保信息的安全。
此外，为了提高安全性，现代网络密码还采用了多因素身份验证等措施，以防止黑客入侵。
六、生物识别密码：指纹、面部识别等生物识别技术是一种基于生物特征的身份验证方法，如指纹、面部识别等。
生物识别技术可以用于保护个人和企业信息安全，因为每个人的生物特征都是独一无二的。
生物识别技术还可以用于移动支付、访问控制等领域，为人们的生活带来了便利和安全。
七、未来密码：量子计算与人工智能未来密码的发展将受到量子计算和人工智能的影响。
密码学的发展史
其中m 是明文字母对应的数，c 是与明文对应的密文的数。
随后，为了提高凯撒密码的安全性，人们对凯撒密码进行了改进。选取k,b 作为两个参数，其中要求k 与26互素，明文与密文的对应规则为 1 2 3 4 5 1 a b c d e 2 f g h ij k 3 l m n o p 4 q r s t u 5 v w x y z
F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E
于是对应于明文secure message ，可得密文为XJHZWJRJXXFLJ 。此时，k 就是密钥。为了传送方便，可以将26个字母一一对应于从0到25的26个整数。如a 对1，b 对2，……，y 对25，z 对0。这样凯撒加密变换实际就是一个同余式
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二、 古典密码
世界上最早的一种密码产生于公元前两世纪。是由一位希腊人提出的，人们称之为棋盘密码，原因为该密码将26个字母放在5×5的方格里，i,j 放在一个格子里，具体情况如下表所示 这样，每个字母就对应了由两个数构成的字符αβ，α是该字母所在行的标号，β是列标号。如c 对应13，s 对应43等。如果接收到密
若存在这样的公钥体制就可以将加密密钥象电话簿一样公开任何用户当它想经其它用户传送一加密信息时就可以从这本密钥薄中查到该用户的公开密钥用它来加密而接收者能用只有它所具有的解密密钥得到明文
密码学的发展史
密码学的发展史
一、 引论
密码学是以研究秘密通信为目的，即对所要传送的信息采取一种秘密保护，以防止 第三者对信息的窃取的一门学科。密码通信的历史极为久远，其起源可以追溯到几千年前的埃及，巴比化，古罗马和古希腊，古典密码术虽然不是起源于战争，但其发展成果却首先被用于战争。交战双方都为了保护自己的通信安全，窃取对方情报而研究各种方法。这正是密码学主要包含的两部分内容：一是为保护自己的通信安全进行加密算法的设计和研究；二是为窃取对方情报而进行密码分析，即密码破译技术。因而，密码学是这一矛盾的统一体。任何一种密码体制包括5个要素：需要采用某种方法来掩盖其要传送的信息或字符 串称为明文：采用某种方法将明文变为另一种不能被非授权者所理解的信息或字符串称为明文；采用某种方法将明文变为另一种不能被非授权者所理解的信息或字符串的过程称为加密变换；经加密过程将明文变成的信息或字符串称为密文；用于具体加密编码的参数称为密钥，将密文还原为明文的过程称为解密变换。秘密通信的过程可用下面表格来表示：
中国密码学发展史
中国密码学发展史
中国密码学起源于古代，比如最早文献《周礼》中就有“卜筮卜辞之术”和“密曲”的记载。
随着社会发展，人们对信息安全的需求越来越高，密文传输和加密技术的发展也成为了当务之急。
20世纪30年代，中国的密码学开始有所突破。
面对日本军事侵略，
中国军方急切需要提高通信保密能力。
当时国内的密码学研究主要由武汉
大学和南京大学等学校开展，并且取得了一些成果，如南京大学研制出了“龙门”密码机等。
在此后的几十年里，中国密码学研究取得了一系列重要成果，如自主
研制的“神威太湖之光”超级计算机，在2012年被全球认可为世界最快
的计算机。
神威太湖之光的出现标志着中国密码学的实力已受到国际的高
度认可。
此外，在加密算法方面，中国也取得了重要突破。
比如，2005年国
家密码管理委员会发布了对称密码标准SM4和公钥密码标准SM2，均成功
应用于金融、电子政务等领域，并受到广泛认可。
总之，随着中国密码学的不断发展，现在的中国已经成为了世界密码
学领域的一个重要力量，无论是在国内还是国际上都有广泛应用和深刻影响。
密码学的历史与发展趋势
密码学的历史与发展趋势密码学是一门研究如何在保证信息传输安全的同时确保信息不被未授权的人获得的学科。
密码学在现代化的信息社会中有非常重要的地位，它被广泛应用于移动通信、电子商务、网上银行等诸多领域。
本文将探讨密码学的历史与发展趋势。
一、密码学的起源密码学可以追溯到古代文明时期。
据说，古希腊的斯巴达人就使用脚步密码来加密通信。
而在中国古代，皇帝和文武百官之间通信时常使用密信，特别是在战争时期，密信的使用更加频繁。
在欧洲中世纪时期，密码学逐渐成为一门重要的谋略学科。
莎士比亚的作品中就多次提到了使用密码的情节。
随着电子技术的发展，密码学逐渐由传统的机械密码学发展为基于数学原理的现代密码学。
现代密码学主要包括对称密钥密码学和公钥密码学两个分支。
二、对称密钥密码学对称密钥密码学是一种基于相同密钥加密和解密的加密方式。
加密和解密都使用相同的密钥，并且传输过程中需要保证密钥的保密性。
这种加密方式的优点在于加密解密速度快，但是密钥需要安全地分发给所有参与者，一旦密钥被泄露就会导致系统安全性受到严重威胁。
三、公钥密码学公钥密码学也称为非对称密码学，是一种使用两个密钥，一个公钥和一个私钥，来实现加密和解密的方式。
公钥可以公开传播，解密需要私钥才能完成。
这种方式的优点在于保证了密钥的安全性，但是加密解密速度较慢。
1997年，IBM的沃夫岑和裴丹德提出了椭圆曲线密码学的概念。
与传统的RSA算法相比，椭圆曲线密码学所需要的密钥长度更短，安全性更高，因此越来越受到广泛的关注和应用。
四、发展趋势密码学在现代化的信息社会中发挥着越来越重要的作用，因此，未来的发展趋势也值得研究。
当前，人脸识别、指纹识别、虹膜识别等生物识别技术已经越来越广泛应用于金融、公安、城市管理等领域，并且在密码学中也有越来越广泛的应用。
未来密码学的研究方向也会更加注重保障隐私和安全性。
比如，在区块链技术中，密码学的应用显得更加重要。
区块链不仅可以用于加密货币，也可以用于管理金融交易、保护用户隐私等。
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又如中国的米汤写字和碘酒显现
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古希腊隐写术
• 公元前440பைடு நூலகம்，在古希腊战争中，为了安 全地传送军事情报，奴隶主剃光奴隶的 头发，将情报写在奴隶的光头上，待头 发长起后将奴隶送到另一个部落，从而 实现了这两个部落之间的秘密通信。
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利用字符下沉来隐藏信息
文章中划红线的字母 的水平位置略低于其 他的字母，分别是
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隐写术的缺点
☆形式简单但构造费时，要求有大量的开 销来隐藏相对较少的信息
☆一旦该系统的构造方法被发现，就会变 得完全没有价值
☆隐写术一般无稳健性
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密码学发展历史
密码学的发展经历了三个阶段: • 1949年之前； • 1949-1975年； • 1976以后。
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密码学的发展历史
第一阶段：1949年之前古典密码学阶段
➢ 出现了一些密码算法和加密设备 ➢ 密码算法的基本手段(substitution &permutation)出现，
针对的是字符 ➢ 简单的密码分析手段出现 这个时期的密码学尚未成为一门科学,更像是一种艺术
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指示面板
反射轮 慢速轮 中速轮 快速轮
插接板
键盘
Enigma机的.结构示意图
特点
• 文字置换 • 保留手工实现方式，开始出现机械变换的实现方式 • 比古代加密方法更复杂，但其变化量仍然比较小 • 已经初步体现出近代密码系统的雏形 • 特别是转轮机的出现，大大提高了密码加密速度 • 在外交、军事领域得到过广泛应用
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密码学的发展历史
第二阶段：1949～1975年密码开始成为科学的分支
➢ 计算机使得基于复杂计算的密码成为可能；
➢ 1949年Shannon的“The Communication Theory of Secret Systems”发表；
➢ 1967年David Kahn的《The Code Breakers》；
密码学的起源和发展
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密码学的起源
一些古老的加密方法
隐写术(Steganography): --将秘密的消息隐藏在其他消息中。 a. 隐形墨水 b. 字符或单词格式的变化 c. 图形或图像
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古老的隐型墨水
使用步骤： 1. 发送者洋葱或牛奶在纸上书写秘密的信
息。 2. 接收者在写了秘密信息的纸背面加热，
➢ 1978年Rivest,Shamir &Adleman提出了RSA公钥算法；
➢ 90年代逐步出现椭圆曲线等其他公钥算法。
公钥密码使得无密钥传输的保密通信成为可能！
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特点
• 与计算机技术、电子通信技术紧密相关 • 密码理论蓬勃发展，密码算法设计与分析互
相促进，出现了大量的密码算法和各种攻击 方法 • 密码使用的范围也在不断扩张，出现了许多 通用的加密标准，促进网络和技术的发展 • 出现了一些新的密码技术，如混沌密码、量 子密码等
n,i,e,de,r。
所以其中一个密文单词 是nieder。
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王先生： 来信收悉，你的盛情真是难以报答。
我已在昨天抵达广州。秋雨连绵，每天需 备伞一把方能上街，苦矣。大约本月中旬 我才能返回，届时再见。
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一篇“藏头”的文章
表面上是一篇普通的文章，但每一行 文字的头一个单词连起来，就是作者 想要隐藏的信息。
➢ 90年代对称密钥密码进一步成熟，Rijndael, RC6, MARS, Twofish, Serpent等出现；
➢ 2001年Rijndael成为DES的替代者。
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密码学的发展历史
第三阶段（方向二）： 1976年以后产生了公钥密码学的新方向
➢ 1976年Diffie & Hellman的《New Directions in Cryptography》提出了不对称密钥密码；
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一首“藏头”的诗
芦花丛中一扁舟， 俊杰俄从此地游， 义士若能知此理， 反躬难逃可无忧。
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一张隐藏着密信的画
河边的短草代表 摩尔电码的点， 长草代表划。
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隐写术的优点
☆能够被某些人使用而不容易被发现他们间在进 行秘密通信
☆加密则很容易被发现谁与谁在进行秘密通信， 这种发现本身可能具有某种意义或作用
➢ 1971-1973年IBM Watson实验室的Horst Feistel等的技术报 告；
数据的安全基于密钥的保密，而不是算法的保密 .
密码学的发展历史
第三阶段（方向一）： 1976年以后对称密钥密码算法得到进一步发展
➢ 1977年DES正式成为标准；
➢ 80年代出现“过渡性”的“post DES”算法,如 IDEA,RCx,CAST等；
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