现代密码学与应用
密码学的基本原理和应用
密码学的基本原理和应用密码学（Cryptology）是研究如何保护信息的学科，它主要涉及到两个方面：加密（Encryption）和解密（Decryption）技术。
加密技术是将明文（Plaintext）转化为密文（Ciphertext），以便在传输时保护信息不被窃取或篡改；解密技术是将密文转化为明文，以便信息接收方能正常理解。
密码学已经成为当今信息时代的重要支撑之一，它的应用范围广泛，从普通的数据传输到电子商务、金融、军事等领域。
本文将介绍密码学的基本原理和应用。
一、密码学的基本原理密码学的基本原理是基于数学的算法来实现加密和解密。
1. 对称加密算法（Symmetric Cryptography）对称加密算法采用同一密钥对明文进行加密和密文进行解密，即接收方和发送方都拥有同样的密钥。
在对称加密算法中，最常见的是DES（Data Encryption Standard）算法。
DES算法是一种基于置换和代换的密码算法，它将64位明文分为两个32位的半块，然后进行16轮的加密和解密，使用密钥可以在加密和解密中完成。
2. 非对称加密算法（Asymmetric Cryptography）非对称加密算法采用两个密钥，一个是公钥（Public Key），一个是私钥（Private Key）。
公钥可以公开，任何人都可以得到，用于加密明文；而私钥是保密的，只有一个人能得到，用于解密密文。
当接收方收到密文时，只有他知道解密的私钥，才可以解密密文。
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）算法是一种典型的非对称加密算法，它可以使用1024位或更长的密钥来保证安全性。
3. 哈希算法（Hash Algorithm）哈希算法是一种将任意长度的输入“压缩”为固定长度输出的算法，通常输出长度为128位、160位、256位等。
哈希算法能对任意长度的数据进行不可逆加密，其输出值称为哈希值（Hash Value）。
哈希算法在数字签名、消息鉴别码、密码验证等领域广泛应用，SHA（Secure Hash Algorithm）算法是其中一种。
密码学技术在信息科学中的应用与发展
密码学技术在信息科学中的应用与发展密码学技术作为一门独立的学科，已经在信息科学领域得到广泛应用与发展。
在当今数字化时代，信息的安全和保密性变得越来越重要，而密码学技术正是为了解决这一问题而生。
本文将就密码学技术在信息科学中的应用及发展进行探讨。
一、密码学的历史渊源密码学作为一门学科，其历史可追溯到古代。
早在古埃及时期，人们就已经开始使用密码术来保护重要信息的安全。
古代军事指挥官、政府官员甚至商人都会使用密码来传递机密信息。
在中世纪，密码学技术得到了进一步的发展，人们开始使用更加复杂的加密算法来保护重要信息。
二、密码学技术的基本原理密码学技术主要包括两大类：对称加密和非对称加密。
对称加密算法使用相同的密钥对数据进行加密和解密，而非对称加密算法则使用公钥和私钥来加密和解密数据。
现代密码学技术还包括散列函数、数字签名等技术，以保证信息的完整性和真实性。
三、密码学技术在信息安全中的应用密码学技术在信息安全领域有着广泛的应用。
在网络通信中，人们常常使用SSL/TLS协议来加密传输数据，以防止数据被窃取或篡改。
在电子商务中，数字证书和数字签名技术被广泛应用，以确保交易的安全性和可信度。
在数据库中，加密算法被用来保护用户的隐私信息。
可以说，密码学技术已经渗透到了我们日常生活的方方面面。
四、密码学技术的发展趋势随着信息技术的不断发展和进步，密码学技术也在不断创新和完善。
量子密码学技术被认为是未来密码学领域的重要发展方向，其基于量子力学的原理，具有更高的安全性和可靠性。
另外，深度学习和人工智能技术的应用也对密码学技术带来了新的挑战和机遇。
未来，密码学技术将不断演化和发展，以应对不断变化的信息安全威胁。
五、结语密码学技术作为信息科学的重要组成部分，对于信息安全和保密性至关重要。
通过本文的探讨，我们可以看到密码学技术的历史渊源、基本原理、应用及发展趋势。
在数字化时代，密码学技术将继续发挥重要作用，为信息安全提供坚实的保障。
密码学的发展与应用研究
密码学的发展与应用研究密码学作为一门可以保护信息安全的学科，一直在与技术飞速发展相伴相生。
从最早的凯撒密码到现在的量子密码，密码学不断发展，分享着科技进步带来的惊人成果。
在这篇文章中，我们将探讨密码学发展的历程，介绍现代密码学中最广泛应用的算法，以及讨论密码学在实际场景中的应用研究。
密码学的发展历程要了解密码学的发展历程，我们需要从最古老的密码开始讲起。
早在公元前400年，古希腊人就已经开始使用替换密码了。
其中最著名的就是凯撒密码，他将字母替换成字母表中往后第三个字母。
这种简单的密码很容易破解，但在古代用于战争中，已经足够保护一些机密信息。
直到20世纪，随着电子通信的发展，密码学的需求开始增加。
在二战中，密码学在对付日本人的紫码密码中大有作为，不仅能够解密敌人的密文，还可以创建安全的通信链路。
此时，密码学的研究也开始跨越数学和计算机领域。
在20世纪80年代，美国国家安全局（NSA）研究出了RSA密码算法，成为了公私钥加密的代表算法。
此算法基于质因数的难解性，即将两个大质数相乘的结果中，找到两个因子已经十分困难，从而防止了攻击者通过计算得到加密数据。
此后，密码学的研究者也开展了许多研究，以找到更安全的算法和升级密钥管理规则。
现代密码学的算法在现代密码学中，常用的加密算法主要包括对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法是指一种加密方法，发送方和接收方都拥有相同的密钥。
这种方法的优点在于速度快，但缺点是密钥容易泄露。
常用的对称加密算法有DES、AES。
非对称加密算法则是指公钥加密和数字签名算法，这种方法的优点在于密钥管理简单，但缺点在于速度较慢。
RSA算法就是非对称加密算法之一，此外，还有椭圆曲线密码算法、D-H密钥交换算法等。
密码学在实际应用中的研究现代社会中，密码学已经被广泛应用在了许多领域中。
比如银行、互联网、电商等领域都需要使用密码学来保护用户的敏感信息。
此外，政府部门和国防领域也离不开密码学的应用。
现代密码学概述
现代密码学概述现代密码学是研究保护信息安全的科学，它使用密码算法来加密和解密数据，以防止未经授权的访问和篡改。
密码学在现代社会中扮演着至关重要的角色，它保证了电子通信、互联网交易和数据存储的安全性。
一、密码学的基本概念和原理1.1 加密和解密在密码学中，加密是将明文转换为密文的过程，而解密则是将密文还原为明文的过程。
加密和解密的过程需要使用特定的密钥和密码算法。
1.2 对称密码和非对称密码对称密码算法使用相同的密钥进行加密和解密，加密和解密的速度较快，但密钥的分发和管理比较困难。
非对称密码算法使用一对密钥，分别用于加密和解密，密钥的管理更为灵活，但加密和解密的速度较慢。
1.3 数字签名和数字证书数字签名是在数字信息中添加的一种类似于手写签名的标识，用于验证数据的完整性和真实性。
数字证书则是由可信的第三方机构颁发的用于验证签名者身份的证书。
二、现代密码学的应用领域2.1 网络安全现代密码学在网络安全中扮演着重要的角色。
它通过对通信数据进行加密，保护用户的隐私和数据的安全，防止信息被窃听、篡改和伪造。
2.2 数据存储密码学被广泛应用于数据存储领域，如数据库加密、文件加密和磁盘加密等。
通过对数据进行加密，即使数据泄露也不会造成重大的损失。
2.3 电子支付现代密码学在电子支付领域也有广泛的应用。
它通过使用数字签名和加密技术，确保支付过程的安全性和可信度，防止支付信息被篡改和伪造。
三、常见的密码学算法3.1 对称密码算法常见的对称密码算法有DES（Data Encryption Standard）、AES （Advanced Encryption Standard）和RC4等。
这些算法在加密和解密的速度上都较快，但密钥的管理较为困难。
3.2 非对称密码算法常见的非对称密码算法有RSA、DSA和ECC等。
这些算法在密钥的管理上更为灵活，但加密和解密的速度较慢。
3.3 哈希函数算法哈希函数算法用于将任意长度的数据转换为固定长度的摘要值。
最新973项目：现代密码学中若干关键数学问题研究及其应用PPT课件
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四、经费使用情况
本年度经费主要用于开展国内外学术合作研究和学术 交流、组织召开学术会议、参加国际和国内学术会议、 研究生的科研津贴、论文版面费、图书资料费、复印 费和邮费、购买计算机和打印机、计算机网络的使用 费等。
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五、总结
1. 项目或课题执行过程中存在的问题和建议： 目前尚无问题。
2. 下一步工作计划： a. 研究一些著名线性码的结构性质，以便我们更加深
我们研究线性网络纠错码的构造与性能分析，给出了 线性网络纠错码的多项式时间构造算法，特别是能够 构造网络MDS码；并且详细分析了算法的性能表现。
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我们研究密码学和信息安全领域一些前沿研究问题， 得到一些重要的进展。我们研究编码理论中若干关键 的组合数学和数论问题，解决了一些知名学者提出的 问题。
课题主要研究人员： 符方伟、李学良、高维东、陈鲁生、贾春福
参加人员： 一些年轻教师、20位博士生、15位硕士生
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研究背景：
编码理论是针对现代数字通信和电子计算机中差错 控制的实际需要发展而来的，在数据传输和存储中 应用非常广泛，用于发现和纠正数字通信和存储系 统中产生的错误。编码理论的研究进展有利于提高 信息传输和存储系统的可靠性和效率，推动我国信 息编码技术的发展。
➢ Zhi-Han Gao and Fang-Wei Fu. Linear recurring sequences and subfield subcodes of cyclic codes, Science China: Mathematics, vol.56, no.7, pp.1413-1420, July 2013.
现代密码学的基础知识与应用
现代密码学的基础知识与应用现代密码学是信息安全领域中的重要分支，旨在保护数据的机密性、完整性和可用性。
它通过使用密钥和算法来加密、解密和签名数据，以确保数据在传输和存储过程中的安全。
本文将介绍现代密码学的基础知识和应用，包括加密算法、密钥管理和攻击方法。
加密算法加密算法是现代密码学中最基本的概念之一，它用于将数据转换为不可读的形式，以保护数据的机密性。
加密算法可分为两种类型：对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法是加密和解密使用相同密钥的算法。
数据在发送和接收方之间传输时，使用相同的密钥对数据进行加密和解密。
常见的对称加密算法包括DES、3DES、AES等。
这些算法在整个过程中的安全性取决于密钥的安全性。
如果密钥被攻击者窃取或暴力破解，对称加密的安全性就会被破坏。
非对称加密算法，又称为公钥加密算法，使用一对密钥进行加密和解密，其中一个密钥称为公钥，另一个密钥称为私钥。
公钥可以公开发布并共享给发送方，而私钥通常只有接收方持有。
常见的非对称加密算法包括RSA、Elgamal等。
由于使用了不同的密钥进行加密和解密，非对称加密算法的安全性比对称加密算法更高，但也需要保护好私钥的安全性。
密钥管理密钥是加密和解密过程中的关键元素，好的密钥管理对加密算法的效果至关重要。
密钥管理的主要目的是确保密钥的安全、可靠和有效使用。
密钥的生成是密钥管理的首要任务。
生成密钥的方法包括随机生成、使用密码短语生成和使用密钥派生算法等。
在使用密钥之前，需要对密钥进行保密处理，并将其存储在安全的位置。
密钥的分配应该限制在需要访问加密数据的人员中，并且在不再需要使用时应该立即取消分配。
当使用对称加密算法时，密钥的分发和交换也是一个关键问题。
因为对称加密算法使用相同的密钥加密和解密数据，发送方需要将密钥发送给接收方。
这个过程暴露出密钥的风险，因此需要采取一些预防措施，如使用密钥协商算法、使用加密密钥交换协议和使用数字签名等。
攻击方法密码学中的攻击方法可以分为两种类型：袭击和侵入。
密码与编码的原理与应用
密码与编码的原理与应用在现代社会中，密码和编码已经成为了我们生活中不可或缺的一部分。
无论是网络安全、通信保密还是数据传输，密码和编码都起着至关重要的作用。
本文将探讨密码与编码的原理和应用，带您走进这个神秘而又有趣的领域。
一、密码的原理与应用密码是一种将信息转化为不易被他人理解的形式的技术。
其原理可以追溯到古代，人们通过替换字母、改变顺序或使用特定的符号来隐藏信息。
随着科技的发展，密码学也得到了极大的进步。
现代密码学主要分为对称密码和非对称密码两种。
对称密码是指加密和解密使用相同密钥的密码系统。
在这种密码系统中，发送方使用密钥将明文转化为密文，接收方使用相同的密钥将密文还原为明文。
这种密码系统的优点是加密解密速度快，但缺点是密钥的传输容易被窃取，从而导致信息泄露的风险。
非对称密码则是使用不同的密钥进行加密和解密的密码系统。
在这种密码系统中，发送方使用公钥加密明文，接收方使用私钥解密密文。
这种密码系统的优点是密钥的传输相对安全，但缺点是加密解密速度较慢。
密码的应用广泛，涵盖了各个领域。
在网络安全中，密码被用于保护用户的隐私信息，防止黑客入侵和数据泄露。
在电子支付中，密码被用于验证用户身份和保护交易安全。
在军事通信中，密码被用于保密军事行动和保护国家安全。
可以说，密码已经成为了现代社会中不可或缺的一部分。
二、编码的原理与应用编码是将信息转化为另一种形式的技术。
与密码不同，编码并不是为了隐藏信息，而是为了更高效地传输和存储信息。
编码的原理可以追溯到古代，人们通过使用特定的符号和规则来表示不同的信息。
在现代，编码已经成为了计算机科学中的重要概念。
计算机使用二进制编码来表示各种信息，包括文字、图像、音频和视频等。
二进制编码使用0和1两个数字来表示信息，通过不同的组合方式来表示不同的字符和数据。
除了二进制编码，还有许多其他类型的编码被广泛应用。
例如，哈夫曼编码被用于数据压缩，将频繁出现的字符用较短的编码表示，从而减少存储和传输的空间。
密码学的应用
密码学的应用密码技术不仅用于对网上传送数据的加解密，也用于认证（认证信息的加解密）、数字签名、完整性以及SSL（安全套接字）、SET（安全电子交易）、S/MIME（安全电子邮件）等安全通信标准和IPsec安全协议中，因此是网络安全的基础,其具体应用如下：一用加密来保护信息利用密码变换将明文变换成只有合法者才能恢复的密文，这是密码的最基本的功能。
信息的加密保护包括传输信息和存储信息两方面，相比较而言，后者解决起来难度更大。
二采用数字证书来进行身份鉴别数字证书就是网络通讯中标志通讯各方身份信息的一系列数据，是网络正常运行所必须的。
过去常采用通行字，但安全性差，现在一般采用交互式询问回答，在询问和回答过程中采用密码加密。
特别是采用密码技术的带CPU的智能卡，安全性好。
在电子商务系统中，所有参与活动的实体都需要用数字证书来表明自己的身份。
数字证书从某种角度上说就是"电子身份证"。
三数字指纹在数字签名中有重要作用的"报文摘要"算法,即生成报文"数字指纹"的方法,近年来倍受关注,构成了现代密码学的一个重要侧面。
四采用密码技术对发送信息进行验证为防止传输和存储的消息被有意或无意地篡改，采用密码技术对消息进行运算生成消息验证码（MAC），附在消息之后发出或与信息一起存储，对信息进行认证。
它在票据防伪中具有重要应用（如税务的金税系统和银行的支付密码器）。
五利用数字签名来完成最终协议在信息时代，电子数据的收发使我们过去所依赖的个人特征都将被数字代替，数字签名的作用有两点，一是因为自己的签名难以否认，从而确认了文件已签署这一事实；二是因为签名不易仿冒，从而确定了文件是真的这一事实。
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数据安全
• 是指对信息在数据收集、处理、存储、检 索、传输、交换、显示、扩散等过程中的 保护，使得在数据处理层面保障信息依据 授权使用，不被非法冒充、窃取、篡改、 抵赖。 • IBM公司的定义：采取措施确保数据免受未 授权的泄露、篡改和毁坏。
– 数据的秘密性、真实性和完整性 – 为了信息安全，必须采取措施，付出代价，代 2008-5-29 价就是资源(时间和空间) 15
• 是指在信息的利用过程中，对信息熵的真 实性的隐藏与保护，或者攻击与分析
– 信息隐藏与发现 – 信息干扰与提取
• 所涉及的主要技术：
– 隐写技术 – 数字水印技术
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信息安全学科特点
• 是交叉学科：计算机、通信、数学、物理、 生物、管理、法律等； • 具有理论与实际相结合的特点 • 信息安全技术强调整体性、系统性、底层 性 • 对信息安全来说，法律、管理、教育的作 用很大，必须高度重视 • 人才是关键，人的综合素质是关键的关键！
大纲
• • • • 信息安全与密码技术 密码学的发展历史 密码学的基本概念 课程研究内容
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一、信息安全与密码技术
什么是信息安全？
• 信息安全：是信息系统安全的简称
– 能源、材料、信息是支撑现代社会大厦的三根 支柱。 – 信息是逻辑的、抽象的，不能脱离系统而独立 存在。 – 中文词 安全=Security + Safety
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安全威胁
• • • • • 保密性: 窃听、业务流分析 完整性: 篡改、重放、旁路、木马 鉴别：冒充 不可否认性：抵赖 可用性：拒绝服务、蠕虫病毒、中断
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信息安全的措施
• 信息安全措施
– 法律措施 – 教育措施 – 管理措施 – 技术措施
• 注意：绝不能低估法律、教育、管理的作 用，许多时候它们的作用大于技术
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运行安全
• 对网络与信息系统的运行过程和运行状态 的保护。 • 所面对的威胁包括：非法使用资源、系统 安全漏洞利用、网络阻塞、网络病毒、越 权访问、非法控制系统、黑客攻击、拒绝 服务攻击、软件质量差、系统崩溃等； • 主要的保护方式有：防火墙与物理隔离、 风险分析与漏洞扫描、应急响应、病毒防 治、访问控制、安全审计、入侵检测、源 路由过滤、降级使用、数据备份等。
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13运行安全ຫໍສະໝຸດ • 主要涉及的技术– 风险评估体系、安全测评体系：支持系统评估 – 漏洞扫描、安全协议：支持对安全策略的评估 与保障 – 防火墙、物理隔离系统、访问控制技术、防恶 意代码技术：支持访问控制 – 入侵检测及预警系统、安全审计技术：支持入 侵检测 – 反制系统、入侵容忍技术、审计与追踪技术、 取证技术、动态隔离技术：支持应急响应 – 业务连续性计划和灾难恢复技术 – 网络攻击技术，Phishing、Botnet、DDoS、 木马等技术的发现与反制技术 2008-5-29
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作用点 信息的利用
安全属性 机密性、完整性、特殊性
信息 安全
攻击性信息 机密性、真实性、可控性、可用性、完整 （对流动的数据进 性、可靠性 行限制） 保护数据信息 软件 (操作系统、数据 库、应用系统等) 硬件 机密性、真实性、实用性、完整性、唯一 性、不可否认性、生存性 真实性、可控性、可用性、合法性、唯一 性、可追溯性、占有性、生存性、稳定性、
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信息安全的管理措施
• 信息安全的管理措施
– 信息设备、机房的安全管理 – 对人的安全管理（最主要的）
• 目前，计算机网络系统安全的最大威胁之 一是缺少有效的计算机网络安全监管
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信息安全的法律措施
• 包括各级政府关于信息安全的各种法律、 法规
– 商用密码管理条例 – 计算机安全管理条例 – 因特网安全管理条例等
系统 安全
可靠性
机密性、可用性、完整性、生存性、稳定
性、可靠性
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物理安全
• • • 对网络与信息系统的物理装备的保护 是信息安全的首要问题和基础之一 所涉及的主要技术：
– 加扰处理、电磁屏蔽：防范电磁泄露 – 容错、容灾、冗余备份、生存性技术：防范 随机性故障 – 信息验证：防范信号插入
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2008-5-29
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信息安全的教育措施
• 信息安全的教育措施
– 对人的思想品德教育、安全意识教育、安全法 规的教育等 – 国内外的计算机犯罪事件都是人的思想品德出 问题造成的
• 信息安全是一个系统工程，必须综合采取 各种措施才能奏效
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信息安全知识体系
层次 信息 对抗 层面 信息熵 对抗 内容 安全 数据 安全 运行 安全 物理 安全
数据安全
• 主要涉及的技术：
– 对称与非对称密码技术及其硬化技术、VPN等 技术：防范信息泄密 – 认证、鉴别、PKI等技术：防范信息伪造 – 完整性验证技术：防范信息篡改 – 数字签名技术：防范信息抵赖 – 秘密共享技术：防范信息破坏
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内容安全
• 是指对信息在网络内流动中的选择性阻断，以保 证信息流动的可控能力。 • 是信息安全在法律、政治、道德层次上的要求
– 政治上健康 – 符合国家法律、法规 – 符合中华民族道德规范
• 主要涉及的技术：
– 对信息的理解与分析；
• 文本识别、图像识别、流媒体识别、群发邮件识别等；
– 对信息的过滤
• 面向内容的过滤技术（CVP）、面向URL的过滤技术 （UFP）、面向DNS的过滤技术等。
2008-5-29
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信息对抗
• Security ：指阻止人为的对安全的危害 • Safety：指阻止非人为的对安全的危害
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3
信息安全的要求
保密性 Confidentiality 完整性 Integrity 不可否认性 Non-reputiation 可鉴别性 Authentication 可用性 Availability
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信息安全的技术措施
• • • • • • • • • • • 硬件系统安全 操作系统安全 密码技术 通信安全 网络安全 数据库安全 病毒防治技术 防电磁辐射技术 信息隐藏技术 数字资源保护技术 电子对抗技术
• 注意：硬件结构的安全和操作系统安全是基础，密码、网络安全等是 关键技术