网络安全-03分组密码与数据加密标准
《密码学与信息安全》复习提纲
《密码学与信息安全》复习提纲第1章引言安全攻击的两种类型。
被动攻击的概念。
主动攻击的概念。
常见的被动攻击和主动攻击各有哪些？安全服务包括哪些类型？安全机制分为特定安全机制和普遍的安全机制。
常见的特定安全机制主要有哪些？第2章传统加密技术对称加密方案的5个基本成分。
密码编码学系统对明文的处理方法。
攻击传统的密码体制的两种一般方法。
基于密码分析者知道信息的多少而产生的密码攻击的几种类型。
无条件安全的概念。
计算上安全的概念。
传统对称密码使用的两种技术。
单表代换密码的加密过程。
对单表代换密码的统计学攻击过程。
Playfair密码中密钥矩阵的构成方法。
Playfair密码的加密和解密过程。
Hill密码的加密和解密过程。
一次一密的概念。
实现一次一密的两个基本难点。
置换技术的概念。
转轮机的基本原理。
第3章分组密码和数据加密标准流密码与分组密码的区别。
乘积密码的概念。
混淆和扩散的概念及区别。
Feistel密码的典型结构。
其具体实现依赖于哪些参数？Feistel密码加密过程和解密过程的异同点。
数据加密标准DES的加密过程。
DES密钥的产生过程。
两种重要的密码分析方法：差分分析和线性分析。
Feistel密码的强度来自于三个方面：迭代轮数、轮函数、密钥扩展算法。
轮函数的三个设计标准：非线性、严格雪崩效应、位独立。
第5章高级加密标准三重DES的优缺点。
计时攻击和能量分析攻击的概念。
AES轮函数由四个不同的阶段组成：字节代换、行移位、列混淆、轮密钥加。
高级加密标准AES的加密过程。
AES密钥的产生过程。
第6章对称密码的其他内容多重加密的概念。
对称密码有5种标准的工作模式：电子密码本、密文分组链接、密文反馈、输出反馈、计数器模式。
对双重DES进行中间相遇攻击的过程。
密文分组链接模式（CBC）对明文的处理过程。
密文反馈模式和输出反馈模式的区别。
设计流密码需要考虑的三个主要因素。
流密码RC4的密钥流产生过程。
密文窃取模式（CTS）对明文的处理过程。
数据加密标准（DES）
数据加密标准（DES）数据加密标准（DES）概述DES（Data Encryption Standard）是由1971年IBM公司设计出的⼀个加密算法，1977年经美国国家标准局（ＮＢＳ）采⽤作为联邦标准之后，已成为⾦融界及其它各种民间⾏业最⼴泛应⽤的对称密码系统，是第⼀个被公布出来的标准算法。
四⼗年来，尽管计算机硬件及破解技术的发展⽇新⽉异，但对ＤＥＳ的攻击也仅仅做到了“质疑”的地步，其主要缺点之⼀是密钥太短，若能⽤ＤＥＳ改进算法加长密钥长度，仍不失为⼀个安全的密码系统。
DES结构明⽂m 置换IP m0=L0UR0 密钥源K1 L1UR1 密钥源K2 L2UR2 ……密钥源K16 L16UR16 得到R16UL16 逆置换IP^-1 得到密⽂CＤＥＳ是⼀个对称密码体制，加解密使⽤同⼀密钥，密钥、明⽂、密⽂长度均为６４ｂｉｔ。
解密过程为输⼊密⽂Ｃ并反序输⼊⼦密钥K16,K15,...,K1，最后输出的即明⽂ｍ。
DES详细结构图置换IP和逆置换IP^-1置换IP和逆置换IP-1没有密码学意义，X与IP(X)（或Y与IP-1 (Y)）的⼀⼀对应关系是已知的，置换的⽬的是打乱原来输⼊X的ASII码字的前后关系。
1. 置换IP置换IP表中的位序号特征为：64位按照8⾏8列排列，最右边⼀列按照1、3、5、7排列，往左边各列的位序号依次为其右边⼀列各位序号加8.2. 逆置换IP^-1逆置换IP^-1是置换IP的逆过程，表中位序号特征，64位按照8⾏8列排列，左边第⼆列按8、7、6、5、4、3、2、1次序排列，往右边隔⼀序号是当前列序号加8，认为最右边⼀列的隔⼀列为最左边⼀列。
F函数DES的⼀轮迭代过程见下图，其中的F函数由3部分组成：扩展置换(E盒)⾮线性代换(S盒)线性置换(P盒)substitute：代换permute：置换expand：扩展1. 扩展置换扩展置换⼜称E盒，将32别输⼊扩展为48bit输出。
分组密码体制
两个基本设计方法
由于对称分组密码的缺点是不善于隐藏明文的 统计特性，因而对“统计分析”攻击方式的抵御能 力不强，故Shannon提出了两个抵抗“统计分析” 的方法：混淆和扩散。
◆混淆：目的是为了隐藏明文和密文之间的关系，增加密 钥和密文之间关系的复杂性。可以使用“代替”的方法 来实现。
◆扩散：目的是让密文没有统计特征，也就是将明文中的 统计信息散布到整个密文中，增加密文与明文之间关系 的复杂性，以挫败推测出密钥的尝试。可以使用“置换” 的方法来实现。
对于给定的64位的明文p，通过初始置换IP获得64位的 p320，位并记将为pR00分，为即左p0右=I两P(部p)=分L，0R前0。面IP32置位换记如为图L所0，示后。面
置换表中的数字1～64代表的仅仅是明文 分组中元素所处的位置，而非元素的值！
• 第四步：初始逆置换IP-1 应用初始逆置换IP-1对最后一轮迭代之后得到 的R16L16进行置换，得到密文C。
• 分组加密算法本质上体现了n位明文分组和n位密文分组的一一 映射。
• 分组大小n的选择
1“）统如计果分n较析一码小”般，，方的不则法，同得的对变到攻于换的击的n明。位总文分数空组为间的(和2对n密)!称，文分也空组就间密是有限，容易受到 2）如果n充说分，大密，钥则的由个于数得为到(的2n明)!个文。空间和密文空间足够大， 明文的统计特征将被掩盖，可以抵抗“统计分析”方法的攻击 ；但同时也将导致密钥数目的急剧增加和密钥空间的急剧增大 ，这会给密钥的分配、管理和存储带来很大的困难。
Feistel 密码结构
DES算法的整体结构 ——Feistel密码结构
• 每一轮的迭代算法 加密：对于每一轮 i=1,2,...,n,新 的左右部分根据如下规则重新
网络安全防护的数据加密与解密方法
网络安全防护的数据加密与解密方法随着互联网的发展，网络安全问题变得越来越重要。
对于用户来说，个人隐私信息、账号密码等重要数据需要得到保护。
而对于企业来说，商业机密、用户数据等也需要进行安全保护。
在网络安全领域中，数据加密与解密是最基础也是最重要的技术手段之一。
本文将介绍常见的数据加密与解密方法，包括对称加密算法、非对称加密算法以及哈希算法。
一、对称加密算法对称加密算法又称为私钥加密算法，它使用同一个密钥进行数据的加密和解密。
在发送方和接收方之间，需要事先协商好密钥，并确保密钥的安全性。
常见的对称加密算法有DES、3DES、AES等。
以AES（Advanced Encryption Standard）算法为例，它是目前最常用的对称加密算法之一。
AES算法采用分组密码的方式，将明文数据分成固定长度的数据块，然后对每个数据块进行加密。
解密时也采用相同的密钥对密文数据进行解密，恢复成明文数据。
由于AES算法具有高效性、安全性好等优点，广泛应用于各个领域。
二、非对称加密算法非对称加密算法又称为公钥加密算法，它使用一对密钥进行数据的加密和解密。
这对密钥分为公钥和私钥，公钥可以公开给任何人使用，私钥则必须保密。
发送方使用接收方的公钥进行加密，接收方使用自己的私钥进行解密。
常见的非对称加密算法有RSA、DSA等。
以RSA（Rivest-Shamir-Adleman）算法为例，它是最早应用广泛的非对称加密算法之一。
RSA算法通过两个大素数的乘积作为公开的密钥，而私钥则是由这两个大素数的因子组成。
在加密过程中，发送方使用接收方的公钥进行加密。
接收方使用自己的私钥进行解密，恢复成明文数据。
非对称加密算法相比对称加密算法更安全，但是由于其计算复杂度较高，加密解密效率低，因此通常用于安全协商、密钥交换等场景。
三、哈希算法哈希算法又称为摘要算法，它可以将任意长度的数据转换为固定长度的摘要信息。
哈希算法最重要的特点是无法从摘要信息推算出原始数据，同时对于原始数据的任何改动都会导致摘要信息的变化。
网络安全课后习题
第一章二填空题1 网络系统的(）性是指保证网络系统不因素的影响而中断正常工作.可靠性2 数据的（)性是指在保证软件和数据完整性的同时，还要能使其被正常利用和操作。
可用性3 网络攻击主要有（）攻击和（)攻击两大类。
被动、主动4 网络威胁主要来自认为影响和外部（)的影响，它们包括对网络设备的威胁和对（）的威胁. 自然环境、网络中信息5 被动攻击的特点是偷听或监视传送，其墓地是获得(）.信息内容或信息的长度、传输频率等特征6 某些人或者某些组织想方设法利用网络系统来获取相应领域的敏感信息,这种威胁属于()威胁.故意7 软、硬件的机能失常、认为误操作、管理不善而引起的威胁属于(）威胁。
无意8 使用特殊级数对系统进行攻击，以便得到有针对性的信息就是一种（）攻击。
主动9 数据恢复操作的种类有（）、（）和重定向恢复。
全盘恢复、个别文件恢复三选择题1 入侵者通过观察网络线路上的信息,而不干扰信息的正常流动，如搭线窃听或非授权地阅读信息，这事属于(）.AA 被动攻击B 主动攻击C 无意威胁D 系统缺陷2 入侵者对传书中的信息或者存储的信息进行各种非法处理,如有选择地个该、插入、延迟、删除或者复制这些信息，这是属于（).BA 无意威胁B 主动攻击C 系统缺陷D 漏洞威胁3 入侵者利用操作系统存在的后门进入系统进行非法操作，这样的威胁属于（）A 被动攻击B 无意威胁C 系统缺陷D窃取威胁 C4 软件错误、文件损坏、数据交换错误、操作系统错误等是影响数据完整性的(）原因。
BA 人为因素B 软件和数据故障C 硬件故障D 网络故障5 磁盘故障、I/O控制器故障、电源故障、存储器故障、芯片和主板故障是影响数据完整性的(）原因。
DA 人为因素B 软件故障C网络故障 D 硬件故障6 属于通信系统与通信协议的脆弱性的是（)。
CA 介质的剩磁效应B 硬件和软件故障C TCP/IP漏洞D 数据库分级管理7 属于计算机系统本身的脆弱性的是(）AA 硬件和软件故障B 介质的剩磁效应C TCP/IP漏洞D 数据库分级管理8 网络系统面临的威胁主要是来自(1）()影响,这些威胁大致可分为(2)（）两大类。
分组密码的设计准则
• DES加密原理
➢初始置换
➢每个循环的详细过程
➢密钥的产生
➢DES算法的安全强度
➢3DES
应用密ห้องสมุดไป่ตู้技术
3.3 高级加密标准
• Rijndael算法：本质上是一种对称分组密码
体制，采用替代/置换网络，每轮由三层组 成。它是一个迭代分组密码，分组长度和 密钥长度都是可变的。
应用密码技术
3.1.3 分组密码的设计准则
• S盒的设计准则 • P盒的设计准则 • 轮函数F的设计准则 • 迭代的轮数 • 子密钥的生成方法
应用密码技术
3.2 数据加密标准
• DES处理的明文长度是64位，密文分组长度
也是64位，密钥长度位56位(要求输入64位)
• DES的一般设计原则：随机性、雪崩效应、
➢扩散：每一位明文的影响尽可能迅速地作用到 较多的输出密文位中去。主要使用换位算法。
➢混乱：密文和明文之间的统计特性关系尽可能 地复杂化。主要使用替代算法。
➢乘积密码：是指依次使用两个或两个以上的基 本密码，所得结果的密码强度将强于所有单个 密码的强度，即是扩散和混乱两种基本密码操 作的组合变换。
应用密码技术
• AES：处理的分组大小为128位，密钥长度
为128位、192位或256位，相应的迭代轮数 为10、12、和14轮。
应用密码技术
3.4 其他分组密码
• DES变形、RC系列分组密码、IDEA密码等。 • KASUMI密码。
应用密码技术
分组密码的操作模式（补充）
• 电子密码本模式（ECB） • 密码分组链接模式（CBC） • 计数器模式（CTR模式） • 输出反馈模式（OFB） • 密码反馈模式（CFB）
信息安全(分组密码的原理
信息安全(分组密码的原理
分组密码是密码学中的一种加密方式，它的基本原理是将明文分成固定长度的分组，然后对每个分组独立进行加密，生成对应的密文分组。
下面是分组密码的一些基本原理：
1. 分组长度：分组密码的分组长度是固定的，且足够大以防止可能的攻击。
常见的分组长度有64位、128位等。
2. 密钥：分组密码使用一个密钥进行加密和解密。
密钥的长度与分组长度有关，例如，如果分组长度为128位，那么密钥长度也应该是128位。
3. 加密过程：加密过程是将明文分成固定长度的分组，然后对每个分组独立进行加密。
常见的加密算法有AES（高级加密标准）、DES（数据加密标准）等。
4. 混淆与扩散：分组密码的设计原理包括混淆和扩散。
混淆是使密文和明文之间的关系尽可能复杂，以防止攻击者通过分析密文推断出明文。
扩散则是将明文中比特的变化尽可能多地传播到密文中，以防止明文的统计特性被攻击者利用。
5. 可逆性：加密和解密过程应该是可逆的，即从密文可以还原出明文。
这要求加密算法的设计必须精确，以确保在解密时能够正确地恢复出原始数据。
总的来说，分组密码是一种将明文分成固定长度的分组，然后对每个分组独立进行加密的加密方式。
它的设计原理包括混淆、扩散和可逆性，以确保数据的安全性。
第4讲 分组密码
1 替代 置换网格 (SPN) 替代-置换网格
整个加密函数如下： 整个加密函数如下：
w
0
← x
w1 ← g ( w 0 , k 1 )
w 2 ← g ( w1 , k 2 )
………
w ← g(wNr−2 , k Nr )
Nr
y ←w
Nr
1 替代 置换网格 (SPN) 替代-置换网格
解密函数如下： 解密函数如下：
与
πp：{1，2，…,lm}l→{1， ， ， ， 2，…, lm} ，
都是置换。 都是置换。
1 替代 置换网格 (SPN) 替代-置换网格
替代-置换网络（ 替代 置换网络（SPN）： 置换网络 ） 置换π 叫做 叫做S盒 字母 字母“ 置换πS叫做 盒(字母“S” 表示“ 表示“Substitution”（替代） （替代） 的第一个字母)它用一个 它用一个l比特 的第一个字母 它用一个 比特 的字符序列替代另一个l比特的 的字符序列替代另一个 比特的 字符序列；置换π 用来置换lm 字符序列；置换πP用来置换 个比特，称为P-置换 置换。 个比特，称为 置换。
3 数据加密标准 数据加密标准DES
4.3.1 DES算法描述 算法描述 4.3.2 DES安全分析 安全分析
3 数据加密标准 数据加密标准DES
DES 是 一 个 16 轮 的 Feistel 型结构密码。其中包括： 型结构密码。其中包括： 分组长度为64比特 分组长度为 比特 密钥长度为64比特 其中， 比特， 密钥长度为 比特，其中，使 用密钥为64比特 实用56比特 比特， 比特， 用密钥为 比特，实用 比特， 另8位用作奇偶校验 位用作奇偶校验 密文分组长度也为64比特 比特。 密文分组长度也为 比特。
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S盒（4） S-盒的查表操作
S 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 8 11 12 13 14 15
输入 输出
13 02 08 04 06 15 11 01 10 09 03 14 05 00 12 07 0 01 15 13 08 10 03 07 04 12 05 06 1 11 00 14 09 02 2 07 11 04 01 09 12 14 02 00 06 10 3 13 15 03 05 08
《计算机与网络安全》
Chapter 3 分组密码与数据加密标准
2020/10/7
1
Playfair、hill、 Vigenère的密钥空间？ 单表和多表的区别？
2020/10/7
西安电子科技大学计算机学院
2
本节课程内容
分组密码一般原理、设计准则、设计方法 DES加解密算法 DES的强度
2020/10/7
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8
Feistel网络（3）
分组长度 密钥长度 轮数 子密钥生成算法 轮函数 快速软件加解密 易于分析
2020/10/7
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9
§3.2 数据加密标准DES
DES的历史 DES的基本结构 DES核心构件的细节描述 DES轮密钥的生成 DES的安全性分析
02 01 14 07 04 10 08 13 15 12 09 00 03 05 06 11
b 1101012
10012
2020/10/7
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S盒（5）
Note
DES中其它算法都是线性的，而S-盒运算 则是非线性的
提供了密码算法所必须的混乱作用 S-盒不易于分析，它提供了更好的安全性 S-盒的设计未公开
12
概述
DES是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。
2020/10/7
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13
标准数据加密算法
DES算法框图
DES的核心部件：
•两次置换（初始置 换和初始逆置换）
•密钥控制下的十六 轮迭代加密 •轮密钥生成
输入 64 bit明文数据
初始置换IP
乘积变换 （16轮迭代）
逆初始置换IP-1 64 bit密文数据
பைடு நூலகம்31
2020/10/7
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32
子密钥产生器
2020/10/7
密钥（64 bit ）
除去第8,16, ,64位(8个校验位)
置换选择1，PC1
Ci(28 bit)
Di(28 bit)
循环左移
循环左移
置换选择2，PC2 ki
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33
2020/10/7
2020/10/7
西安电子科技大学计算机学院
27
P置换
2020/10/7
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28
P置换
直接P置换（P-盒）
2020/10/7
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29
F函数
2020/10/7
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DES第i轮迭代加密
2020/10/7
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分组密码是将明文消息编码表示后的数字（简称明 文数字）序列，划分成长度为n的组（可看成长度 为n的矢量），每组分别在密钥的控制下变换成等 长的输出数字（简称密文数字）序列
理想分组密码体制
2n!个映射 大规模
2020/10/7
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6
Feistel网络（1）
Feistel网络的设计动机
输出
2020/10/7
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14
2020/10/7
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15
初 始 置 换 和 初 始 逆 置 换
2020/10/7
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16
初始置换和初始逆置换
DES中的初始置换和初始逆置换
2020/10/7
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Note
公开征求用于电子计算机的加密算法。经评选从一大批算法中采纳 了IBM的LUCIFER方案
▪ 标准化：DES算法1975年3月公开发表，1977年1月15日由美国国家标
准局颁布为数据加密标准（Data Encryption Standard），于 1977年7月15日生效
2020/10/7
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密钥长为k位，分组长为n位，采用2k个变换
2020/10/7
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7
Feistel网络（2）
刻画密码系统的两个基本构件
Shannon 目的：挫败基于统计方法的密码分析
混淆（confusion）：使得密文的统计特性与密钥 的取值之间的关系尽量复杂
扩散（diffusion）：明文的统计特征消散在密文中， 使得明文和密文之间的统计关系尽量复杂。
2020/10/7
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3
§3.1 分组密码原理
流密码
每次加密数据流的一位或一个字节
分组密码
将一个明文组作为整体加密且通常得到的是与 之等长的密文组
2020/10/7
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2020/10/7
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5
分组密码的一般设计原理：
初始置换与初始逆置换是互逆的
严格而言不具有加密的意义
2020/10/7
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18
DES的十六轮迭代加密
十
六
轮第
迭i
代轮
Round i
加加
密密
2020/10/7
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19
DES第i轮迭代加密
2020/10/7
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20
F函数
2020/10/7
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21
扩展E置换（E-盒）
2020/10/7
西安电子科技大学计算机学院
22
S盒（1）
2020/10/7
西安电子科技大学计算机学院
23
S盒（2）
S-盒是DES加密算法的唯一非线性部件
2020/10/7
西安电子科技大学计算机学院
24
S盒（3） S-盒
2020/10/7
西安电子科技大学计算机学院
2020/10/7
西安电子科技大学计算机学院
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数据加密标准 (DES) 第一个并且是最重要的现代分组密码算法
2020/10/7
西安电子科技大学计算机学院
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历史
▪ 发明人：美国IBM公司 W. Tuchman 和 C. Meyer
1971-1972年研制成功
▪ 基础：1967年美国Horst Feistel提出的理论 ▪ 产生：美国国家标准局（NBS)1973年5月到1974年8月两次发布通告，