第二章信息加密技术
2024年学习笔记信息系统项目管理师(第四版)第二章-信息技术发展
第⼆章-信息技术发展1-信息技术及其发展1.1-计算机软硬件、计算机⽹络1.计算机硬件是指计算机系统中有电子、机械和光电元件等组成的各种物理装置的总称。
2.计算机软件是指计算机系统中的程序及文档，程序是计算任务的处理对象和处理规则的描述；文档是为了便于了解程序所需的阐明性资料。
3.硬件和软件相互依存。
4.从网络的作用范围可将网络类别划分为：个人局域网（PAN）、局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、公用网、专用网。
5.广域网协议主要包块：PPP 点对点协议、ISDN 综合业务数字网、xDSL、DDN 数字专线、x.25、FR 帧中继、ATM 异步传输模式。
6.IEEE 802 协议族：IEEE 802 规范定义了网卡如何访问传输介质（如光缆、双绞线、无线等），以及如何在传输介质上传输数据的方法，还定义了传输信息的网络设备之间连接的建立、维护和拆除的途径。
7.802.3（以太网的 CSMA/CD 载波监听多路访问/冲突检测协议）、802.11（无线局域网 WLAN 标准协议）。
8.OSI 七层网络模型从上到下：应用层（事务处理程序、文件传送协议）、表示层（管理数据的解密加密数据转换、格式化和文本压缩）、会话层（负责在网络中的两节点之间建立和维持通信，以及提供交互会话的管理功能）、传输层（提供建立、维护和拆除传送连接的功能）、网络层（网络地址 IP 地址翻译成对应物理地址 MAC 地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方，实现拥塞控制。
网际互联等）、数据链路层（物理地址寻址、数据的成帧、流量控制。
数据的检错重发等）、物理层（物理联网媒介，如电缆连线连接器）。
9.TCP/IP 是 Internet 的核心，共四层有：应用层（FTP 文件传输协议、TFTP 简单文件传输协议、HTTP 超文本传输协议、SMTP 简单邮件传输协议、DHCP 动态主机配置协议、Telnet 远程登录协议、DNS 域名系统、SNMP 简单网络管理协议）、传输层（TCP 传输控制协议、UDP 用户数据报协议）、网络层（IP 协议、ICMP 网络控制报文协议、IGMP 网际组管理协议、ARP 地址解析协议、RARP 反向地址解析协议）、网络接口层（底层协议，传输数据的物理媒介）。
现代加密技术
每一轮的处理过程
Li-1
Li
Ri-1
Ri
Li-1 g(Ri-1 , Ki)
分组长度 密钥长度 循环次数 子密钥算法 轮函数g
DES密码的安全性、实现速度取决于下列参数：
安全性 加解密速度
DES加密流程 64位明文初始置换 进行16轮置换与替代； 进行初始置换的逆置换 得到64位密文
传统密码学：用算法安全性来保证加密的安全性 现代密码学：用密钥安全性来保证加密的安全性 算法可以公开，可以被分析，可以大量生产使用算法的产品。破译者只知道算法而不知道密钥，则不能得到明文。(保险柜) 在现代密码学中加密和解密都依赖于密钥，密钥的所有可能值叫密钥空间。
算法是一些公式、法则或程序，规定了明文与密文之间的变换方法。 密钥可以看作是算法中的参数，即指示和控制明文与密文间变换的参数，也是唯一能控制明文与密文之间变换的关键，它由使用密码体制的用户随机选取。
Data
3A78
明 文
密 文
加密过程
解密过程
加密算法及密钥
解密算法及密钥
注意区分
加解密过程就是一组含有参数k的变换。设已知信息M，通过变换E（ Encryption ）得到密文C。即EK（M）=C，这个过程称之为加密，参数k称为加密密钥。解密算法D（ Decryption ）是加密算法E的逆运算，解密算法也是含参数k的变换。 DK（EK（M））=M.
第二章 现代加密技术
密码学（Cryptography） 是研究信息系统安全保密的科学，把有意义的信息编码为伪随机性的乱码，以实现信息保护的目的。 密码编码学，是研究密码体制的设计，对信息进行编码实现隐蔽信息的一门学问。 密码分析学，是研究如何破解被加密信息的学问。
2.1 加密技术概述
信息加密技术
信息加密技术在当今数字化的时代，信息就如同珍贵的宝藏，而信息加密技术则是守护这些宝藏的坚固锁匙。
从我们日常的网上购物、银行交易，到国家的军事机密、政务信息，信息加密技术都在默默地发挥着至关重要的作用，保障着信息的安全和隐私。
那什么是信息加密技术呢？简单来说，它是一种将原本可以被轻易理解和获取的信息进行处理，使其变得难以识别和解读的技术手段。
就好像我们把一封明文的信件，通过一种特殊的“密码”转化为只有知道解密方法的人才能读懂的“密文”。
信息加密技术的发展可以追溯到古代。
早在几千年前，人们就已经开始尝试使用各种方法来保护信息的机密性。
比如，古罗马时期的凯撒大帝就曾使用过一种简单的替换加密法，将字母按照一定的规律进行替换，只有知道替换规则的人才能解读出真实的信息。
随着时间的推移，加密技术不断演进和发展。
在现代，信息加密技术主要基于数学原理和算法。
其中，对称加密和非对称加密是两种常见的加密方式。
对称加密就像是一把相同的钥匙，加密和解密都使用同一个密钥。
这种方式加密速度快，但密钥的管理和分发是个难题。
想象一下，如果有很多人需要使用加密通信，要确保每个人都能安全地获得并保管好这把相同的密钥，可不是一件容易的事情。
相比之下，非对称加密则要巧妙得多。
它使用一对密钥，一个是公开的公钥，一个是保密的私钥。
用公钥加密的信息，只有对应的私钥才能解密；反过来，用私钥加密的信息，只有公钥能解密。
这就好比我们有一个公开的邮箱（公钥），任何人都可以往里面发信，但只有拥有邮箱钥匙（私钥）的人才能打开读取信件。
非对称加密很好地解决了密钥管理的问题，但由于其计算复杂度较高，加密和解密的速度相对较慢。
信息加密技术的应用场景非常广泛。
在电子商务领域，当我们在网上购物时，输入的信用卡信息会通过加密技术进行传输，防止被黑客窃取。
在金融行业，银行之间的资金转账、客户的账户信息等都进行了严格的加密保护。
在通信领域，电子邮件、即时通讯等也都采用了加密技术来保障信息的安全。
《电子商务安全》第二章 密码技术及应用
2.1.1 对称密码系统 DES
DES（Data Encryption Standard）密码 系统是电子商务系统中最常用的对称密钥加密 技术。
它由IBM公司研制，并被国际标准化组织 ISO认定为数据加密的国际标准。
DES技术采用64位密钥长度，其中8位用 于奇偶校验，剩余的56位可以被用户使用。
公开密钥密码体制最大的特点是采用两个 不同的加密密钥和解密密钥，加密密钥公开， 解密密钥保密，其他人无法从加密密钥和明文 中获得解密密钥的任何消息，于是通信双方无 需交换密钥就可以进行保密通信。
(1) RSA密码系统
1976年，斯坦福大学电子工程系的两名学者Diffle 和Hellman在《密码学研究的新方向》一文中提出了公 钥密码的思想：若用户A有一个加密密钥ka,一个解密密 钥kb， ka,公开而kb保密，要求ka,的公开不至于影响kb 的安全。
1977年，麻省理工学院三位博士Rivest， ShБайду номын сангаасmir 和 Adleman设计一个RSA公开密钥密码算法。RSA密 码算法利用数论领域的一个关键事实：把两个大素数相 乘生成一个合数是件很容易的事，但要把一个大合数分 解为两个素数却十分困难。
公钥密码系统RSA
l）密钥的生成 ①任选两个秘密的大素数 p与q； ②计算n，使得 n=p×q>m，公开n； ③选择正整数e，使得e与ψ(n)=（p-1）（q－1）互素，公开 e，n和e便是用户公钥； ④计算d，使 e×d mod ψ(n) = l ，d保密，d便是用户私钥。
三重DES是DES算法扩展其密钥长度的一种方法， 可使加密密钥长度扩展到128比特（112比特有效）或 者192比特（168比特有效）。
第2章 信息加密技术
相关数据内容进行验证，达到保密的要求，一般包括口令、
密钥、身份、数据等项的鉴别，系统通过对比验证对象输 入的特征值是否符合预先设定的参数，实现对数据的安全 保护。
2017/6/25
计算机网络安全
12
密钥管理
数据加密在许多场合集中表现为密钥的应用，以达到保密 的要求，因此密钥往往是保密与窃密的主要对象。密钥的 管理技术包括以下各环节上的保密措施： 密钥的产生 分配保存
I love you
J mpwf zpv
-为解密算法 1为解密密钥 解密过程
-1
名词解释：
明文(plaintext)：未被加密的消息。
密文(ciphertext)：被加密的消息。 密码算法：密码算法也叫密码(cipher),适用于加密和 解 密 的 数 学 函 数 .( 通 常 情 况 下 , 有 两 个 相 关 的 函 数： 一个用于加密,一个用于解密)。
公钥密码学是密码学一次伟大的革命
1976年,Diffie和Hellman 在“密码学新方向”一文中提出
使用两个密钥：公钥、私钥
公钥密码算法（public-key algorithm，也叫非对称算法）
公钥(证书) 认证中心 私钥(智能卡)
加密密钥
发方
解密密钥
收方
方案
明文
2017/6/25
&#
密文
计算机网络安全
&# 密文
方案 明文
17
数据加密标准DES算法
DES概述 DES的原理 算法主要步骤 DES的安全性 DES的特点
2017/6/25
计算机网络安全
18
Feistel密码结构：
2017/6/25
信息加密技术
一、加密技术
1. 2. 3. 4. 5.
密码学基础 对称加密算法 非对称加密体制 数据完整性机制 数字签名
二、密钥管理与证书
密码分配与管理 2. 数字证书
1.
学华软软件 学华软软件学 网络 术系
宏
1.1 密码学基础---加密和解密
KE
KD
M
加 密
C
C
解 密
M
加密(E) 加密 M：明文 ： C：密文 ： KE：加密密钥
双密钥，私钥保密， 公开密钥算法 ，双密钥，私钥保密，公钥公开 KE：加密密钥 KD：解密密钥 KE≠KD
A与B方传输信息： 与 方传输信息 方传输信息： 传输方A: 拥有（ 私钥 私钥， 公钥 公钥） 传输方 拥有（A私钥，B公钥） 传输方B: 拥有（B私钥 A公钥 私钥， 公钥） 传输方B: 拥有（B私钥，A公钥）
加密过程: 主要是重复使用混乱和扩散两种技术。 加密过程 主要是重复使用混乱和扩散两种技术。
混乱(Confusion)是改变信息块使输出位和输入位无明显的统计关系。 是改变信息块使输出位和输入位无明显的统计关系。 混乱 是改变信息块使输出位和输入位无明显的统计关系 扩散(Diffusion)是将明文位和密钥的效应传播到密文的其它位。 是将明文位和密钥的效应传播到密文的其它位。 扩散 是将明文位和密钥的效应传播到密文的其它位
2．非对称密钥密码体制: （双密钥，私钥保密，公钥公开） ．非对称密钥密码体制 双密钥，私钥保密，公钥公开）
(1)不需要对密钥通信进行保密，所需传输的只有公开密钥，极大地简 化了密 不需要对密钥通信进行保密，所需传输的只有公开密钥， 不需要对密钥通信进行保密 钥管理。 钥管理。缺点是速度慢 （2）改进了传统加密方法，还提供了传统加密方法不具备的应用，如数字签名、 ）改进了传统加密方法，还提供了传统加密方法不具备的应用，如数字签名、 防抵赖等。 防抵赖等。
信息加密技术的原理与应用
信息加密技术的原理与应用随着信息技术的不断发展，信息安全问题变得日益重要。
信息加密技术作为信息安全的重要组成部分，起到了保护数据和信息的重要作用。
本文将探讨信息加密技术的原理与应用。
一、信息加密技术的原理信息加密技术的原理主要基于密码学。
密码学是研究如何保护信息安全的学科，它主要涉及到两个方面：加密算法和解密算法。
1. 加密算法加密算法是信息加密技术的核心。
它通过对原始信息进行一系列的变换和运算，将其转化为密文，使得未经授权的人无法理解和解读。
常见的加密算法包括对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法是指加密和解密使用相同的密钥。
这种算法的优点是加密速度快，但密钥的传输和管理相对困难。
常见的对称加密算法有DES、AES等。
非对称加密算法是指加密和解密使用不同的密钥。
这种算法的优点是密钥的传输和管理相对容易，但加密速度较慢。
常见的非对称加密算法有RSA、ECC等。
2. 解密算法解密算法是指将密文还原为原始信息的算法。
解密算法需要使用相应的密钥，才能将密文解密为明文。
解密算法的设计和实现要与加密算法相对应，确保密文能够正确还原为原始信息。
二、信息加密技术的应用信息加密技术在现实生活中有着广泛的应用，以下将介绍几个典型的应用场景。
1. 电子商务在电子商务中，信息加密技术被广泛应用于支付和交易过程中的数据保护。
通过对支付信息和交易记录进行加密，可以防止黑客和恶意攻击者窃取用户的个人信息和财务数据。
2. 云计算云计算是一种将计算资源和服务通过互联网提供给用户的模式。
在云计算中，用户的数据和应用程序存储在云服务器上。
信息加密技术可以保护用户数据在传输和存储过程中的安全性，防止未经授权的访问和数据泄露。
3. 移动通信随着移动通信的普及，人们越来越依赖于手机和移动设备进行通信和交流。
信息加密技术在移动通信中起到了重要的作用，保护用户的通信内容和个人隐私。
例如，手机短信和即时通讯应用程序都使用了加密技术，确保通信内容只能被发送和接收的双方读取。
数据加密技术-PPT课件精选全文完整版
6
密码学历史
❖ 著名的恺撒（Caesar）密码 ➢加密时它的每一个明文字符都由其右边第3个字符代替, 即A由D代替，B由E代替,W由Z代替,X由A代替，Y由B代替， Z由C代替； ➢解密就是逆代换。
7
密码学历史
16世纪，法国人 Vigenere为亨利三世发 明了多字母替代密码
16
一次性密码本（One-Time Pad)
17
Running Key Ciphers(运动密钥加密)
❖ 没有复杂的算法 ❖ 利用双方约定的某个秘密
例如 双方约定使用某本书的某页、某行、某列作为秘密消息； 14916C7. 299L3C7 . 911L5C8 表示：
➢第一个字符是第1本书、第49页、第16行、第7列； ➢第二个字符是第2本书、第99页、第3行、第7列； ➢第三个字符是第9本书、第11页、第5行、第8列。
➢ “密码系统中唯一需要保密的是密钥” ➢ “算法应该公开” ➢ “太多的秘密成分会引入更多的弱点”
❖ 密码系统组成
软件、协议、算法、密钥 赞成
算法公开意味着更多 的人可以分析密码系 统，有助于发现其弱 点，并进一步改进。
反对
政府、军 队使用不 公开的算 法
14
密码系统的强度
❖ 密码系统强度取决于：
unintelligible to all except recipient ❖ 解密（Decipher/Decrypt/Decode）：to undo cipherment
process ❖ 数学表示
➢ 加密函数E作用于M得到密文C：E（M）= C ➢ 相反地，解密函数D作用于C产生M： D（C）= M ➢ 先加密后再解密消息：D（E（M））= M
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
例如，如果使用的加密密钥是K=
•17 17 5 •21 18 21
• 2 2 19
•欲对明文pay more money进行加密，则现将明文按三个字母一组 分组（不足三个时补字母x），然后每组字母求密文。 •该明文的前三个字母表示为pay=(15 0 24) ，计算密文的过程如下 • (15 0 24) K=(375 819 486) mod 26=(11 13 18) =LNS •以此类推，可得密文为。
2、置换密码（换位密码）
不改变明文字母，但通过重排而更改它们的位置。 例如：矩阵变换密码、纵行换位密码
矩阵变换加密: 将明文中的字母按给定顺序安排在1个矩阵中，然后
用另一种顺序选中矩阵的字母来产生密文，一般为 列变换次序。如原列次序为1234，先列次序为2413
第二章信息加密技术
矩阵变换加密
如将明文network security按行排列在3*6矩阵 中，如下所示：
•LNS HDL EWM TRW
•解密时使用逆矩阵K-1= •? •对密文(11 13 18)T做运算 •K-1 (11 13 18)T mod 26=(431 494 570) T=(15 0 24) T=pay •Hill密码的强度在于完全隐藏了单字母的频率。
第二章信息加密技术
§2.1 古典密码
第二章信息加密技术
单表代换密码
(3)仿射密码 y=ax+b(mod 26) a,b∈Z26 当a=1时，仿射密码移位密码 如果解密是可能的，必须要求仿射函数是双射的：对任何 y ∈ Z26,方程ax+b≡y(mod 26)有唯一解。
由数论可知，当且仅当gcd(a,26)=1,对每个y有唯一解。 对于a∈Z26， gcd(a,26)=1的a只有12种选择，对于参数b没
•C1 •C2 •= •C3
•K11 K12 K13 •K21 K22 K23 •K31 K32 K33
•P1 •P2 •P3
•y1 y2 •= •X1 x2
•11 8 •3 7
•或 C=KP 其中，C和P是长度为3的列向量，分别表示密文和明文， K是3*3矩阵，表示加密密钥，加密操作要执行模26运算。
P=ROT13(ROT13(P)) • ROT13并非为保密设计，它经常用在英特网电子邮件
中隐藏特定的内容，以避免泄露一个难题的解答等。
第二章信息加密技术
单表代换密码
•(2)替换密码
•Π=
•a b c…x y z •w f e…a z w
•有26 种选 择
•有25 种选 择
•有24 种选 择
wfe…azw为密钥 排列后有26*25*24*…*1种选择， 所以密钥有26！种，太复杂，不容易记忆。
因此实际中密钥句子常被使用，密钥句子中的字母被依次填入密文 字母表（重复的字母只用一次），没用的字母按自然顺序排列 举例在后一页
第二章信息加密技术
单表代换密码 替换密码 P24 例：密钥句子为studentteacher abcdefghijklmnopqrstuvwxyz studenachrklmnopqrstuvwxyz 密钥 明文 I love you 密文 h love you
•简记为y=xK，K为密钥
•24X 26Z•= •12 16
•线性代数：可用K-1来解密，x=yk-1
•11 8 •3 7
•11 8 •3 7
•11 8 •-1•= •7 18
•3 7
•23 11
•4 d 1a •= •22 5
•11 8 •3 7
第二章信息加密技术
练习
设 设密密钥钥为为•k=
•11 8 •3 7
有要求，所以仿射密码有12*26种可能的密钥。 因为：。。。
第二章信息加密技术
多表代换密码
• 多表代换：以一系列（两个以上）代换表依次 对明文消息的字母进行代换的加密方法。
• 一次一密：对每个明文字母都采用不同的代换表 或密钥进行加密，称为一次一密密码 （理论上唯一不可破的密码）
• 周期多表代换：代换表个数有限，重复使用。 实际应用中采用，例如维吉尼亚密码
•1 2 3 4 5 6 •n e t w o r •k sec u •r i t y
•5 2 6 4 1 3 •o e r w n t •c u e k s • i yrt
给定一个置换：f =••152236445163
，根据给定的次序，按
526413的列序重新排列，得到
所以密文是 oerwntc ueks i yrt.
第二章信息加密技术
破译
Kerckhoff假设：攻击方知道所用的密码系统 目标：设计一个在Kerckhoff假设下达到的安全系
统 移位密码极易破解，仅统计出最高频度字母再与
明文字母表对应决定出位移量，就差不多得到 正确解了。
安全密码系统的一个必要条件是密钥的空间必须
足够大，使得穷举密钥搜索破译是不可能的。 （非充分条件）
明文：wearediscoveredsaveyourself 密钥：vxyzabcdefghijklmnopqrstuv 密文：RAAPDDJUFSAKYMMCLHRMEKIKXFA • 也可选取一个关键词重复成与明文同样长度作为密钥进行加密。 若取关键词为deceptive，加密结果如下： 明文：wearediscoveredsaveyourself 密钥：deceptivedeceptivedeceptive 密文：ZICVTWQNGRZGVTWAVZHCQYGLMGJ
第二章信息加密技术
§2.2 分组加密技术
§2.2.1基本概念 分组加密技术属于对称密码体制的范畴；
分组密码的工作方式是将明文分成固定长度的组，如 64bit为一组，用同一密钥和算法对每一组加密，输出 也是固定长度的密文。
解密过程正好相反，按序排列密文后，通过列置换，再按 行读取数据即可。
第二章信息加密技术
纵行换位密码
明文以固定的宽度水平地写在一张图表纸上，密文按垂直方向读出。 解密就是将密文按相同的宽度垂直地写在图表纸上，然后水平地读出明文。 Plaintext：COMPUTERGRAPHICSMAYBESLOWBUTATLEASTITSEXPENSIVE
Vigenere密码的强度在于对每个明文字母有多个密文字 母对应，因此该字母的频率信息是模糊的。
第二章信息加密技术
Vigenere密码表格
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZAB DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD FGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDE GHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEF HIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFG IJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGH JKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHI KLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJ LMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJK MNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKL NOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLM OPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMN PQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNO QRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOP RSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQ STUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQR TUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRS UVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRST VWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTU WXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUV XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW YZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWX ZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXY
古典密码是密码学的渊源，可用手工和机 械操作来实现加解密，现在已很少采用了。
第二章信息加密技术
§2.1 古典密码
1、代换密码
通常，明文和密文由统一字母表构成。
• 加密时，通常将明文消息划分成长为L的消息 单元，称为明文组。
• L=1 单字母代换（流密码）
将明文空间的元素（如字母、二元数据等）逐个进行加 密， 这种对明文消息加密的方式称为流密码。
单表代换密码
（1）移位密码 最著名的移位密码是凯撒密码。 例：取k=3，明文字母和密文字母的对应关系为
明文：abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
密文：DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC 明文m=“caser cipher is a shift substitution”所对应的
第二章信息加密技术
维吉尼亚密码（Vigenere密码）
利用Vigenere表格进行加密，加密方法如下： • 给定一个单钥字母x和一个明文字母y，密文字母则在表格中x行y
列的交叉点； • 例如，明文为：we are discovered save yourself,若取单密钥为v，
则加密时从密钥v开始，对应每个明文字母顺序向下取密钥，结果 如下：
• L>1 多码代换（分组密码）
将明文分成固定长度的组，如64bit一组，用同一密钥 和算法对每一组加密，输出也是固定长度的密文。
第二章信息加密技术
• 根据加密过程中使用代换表数目的多少
• 单表代换：对所有明文字母都用一种固定代换
•
进行加密
• 多表代换：用一个以上的代换表进行加密
• 多字母代换
第二章信息加密技术
•攻击者
在对称密码系统中，密钥的管理扮演着非常重要的角色。