山东大学密码学讲稿02
合集下载
网络安全密码学演讲稿(3篇)
第1篇尊敬的各位领导、亲爱的老师们、同学们：大家好！今天，我很荣幸站在这里，与大家共同探讨一个与我们生活息息相关的话题——网络安全密码学。
随着信息技术的飞速发展，网络安全已经成为当今社会关注的焦点。
而密码学，作为保障网络安全的核心技术，其重要性不言而喻。
下面，我将从以下几个方面为大家详细讲解网络安全密码学。
一、密码学的起源与发展密码学，顾名思义，就是研究如何将信息加密和解密的学科。
它起源于古代，早在公元前400年，古希腊人就已经开始使用简单的密码技术来保护军事机密。
随着历史的发展，密码学逐渐从军事领域扩展到民用领域，并得到了长足的进步。
1. 古代密码学：主要研究替代密码和移位密码，如凯撒密码、维吉尼亚密码等。
2. 近代密码学：以线性密码学为代表，如希尔密码、菲尼克斯密码等。
3. 现代密码学：以非线性密码学为代表，如RSA密码、ECC密码等。
二、密码学在网络安全中的作用网络安全密码学主要研究如何保护信息安全，防止信息泄露、篡改和伪造。
以下是密码学在网络安全中的几个关键作用：1. 加密：通过将明文信息转换为密文，使未授权者无法直接读取信息内容，从而保护信息安全。
2. 数字签名：通过使用私钥对信息进行签名，确保信息来源的真实性和完整性。
3. 认证：通过密码学算法验证用户身份，防止未授权访问。
4. 防止中间人攻击：通过加密通信，确保数据在传输过程中不被窃取或篡改。
5. 数据完整性：通过密码学算法验证数据在传输或存储过程中的完整性，防止数据被篡改。
三、常见的密码学算法1. 对称加密算法：如DES、AES等，使用相同的密钥进行加密和解密。
2. 非对称加密算法：如RSA、ECC等，使用一对密钥进行加密和解密。
3. 消息摘要算法：如MD5、SHA-1等，用于生成信息的摘要，确保信息的完整性。
4. 数字签名算法：如RSA签名算法、ECDSA签名算法等，用于验证信息来源的真实性。
四、网络安全密码学的挑战与趋势随着信息技术的不断发展，网络安全密码学面临着诸多挑战：1. 恶意软件攻击：恶意软件可以破解密码，窃取信息。
加密与解密说课课件
教材内容包含两个部分，一是安全密码的设置， 二是分析凯撒加密的原理和用python实现的过程
02 学情分析
学情分析
学情分析
03 教学目标与重难点
教学目标 01 知识能力目标
教学目标与重难点
02 核心素养目标
03
德育目标
1.理解数据加密和解密的概念。 （信息意识）
2.掌握恺撒密码的原理，并运用程 序来实现其加密及解密过程。 （计算思维）
教学过程设计
设计意图 加强学生对数据安全的保护 意识，了解数据保护的意义。
设计意图 一方面是让学生了解当前加 密技术的前沿发展状态，另 一方面也增强学生的爱国意 识，感受国家在科技方面发 展的巨大力量。
五、梳理总结，巩固练习
教学过程设计
设计意图 帮助学生整理和总结本节课所学知识点
六、教学反思
1.亮点
• 注重情景教学，激发学生学习兴趣 • 以“任务驱动”的形式组织学生自主探究 • 重难点突出，充分发挥学生主体地位
2.可以改进的地方
• 时间紧凑 • 多给学生展示机会
教学过程设计
敬请 批评指正
说课教师：XX
贵州省兴义市第八中学
二、新知讲解，解密未知
凯撒加密算法分析：学生观察、动画演示 自主探究活动
教学过程设计
设计意图 通过教师的讲解了解加密的过 程及实现方法，通过自主探究 实现 解 密 算法的方式加深学生 对加密及解密的理解，落实计 算思维和数字化学习与创新学 科素养。
三、新知应用，拓展提升
教学过程设计
参照凯撒加密算法，请以小组为单位设计一种加密算法。 要求： 1. 说明该加密算法的加密过程； 2. 说该加密算法的安全性（是否容易破解）
教学 难点
02 学情分析
学情分析
学情分析
03 教学目标与重难点
教学目标 01 知识能力目标
教学目标与重难点
02 核心素养目标
03
德育目标
1.理解数据加密和解密的概念。 （信息意识）
2.掌握恺撒密码的原理，并运用程 序来实现其加密及解密过程。 （计算思维）
教学过程设计
设计意图 加强学生对数据安全的保护 意识，了解数据保护的意义。
设计意图 一方面是让学生了解当前加 密技术的前沿发展状态，另 一方面也增强学生的爱国意 识，感受国家在科技方面发 展的巨大力量。
五、梳理总结，巩固练习
教学过程设计
设计意图 帮助学生整理和总结本节课所学知识点
六、教学反思
1.亮点
• 注重情景教学，激发学生学习兴趣 • 以“任务驱动”的形式组织学生自主探究 • 重难点突出，充分发挥学生主体地位
2.可以改进的地方
• 时间紧凑 • 多给学生展示机会
教学过程设计
敬请 批评指正
说课教师：XX
贵州省兴义市第八中学
二、新知讲解，解密未知
凯撒加密算法分析：学生观察、动画演示 自主探究活动
教学过程设计
设计意图 通过教师的讲解了解加密的过 程及实现方法，通过自主探究 实现 解 密 算法的方式加深学生 对加密及解密的理解，落实计 算思维和数字化学习与创新学 科素养。
三、新知应用，拓展提升
教学过程设计
参照凯撒加密算法，请以小组为单位设计一种加密算法。 要求： 1. 说明该加密算法的加密过程； 2. 说该加密算法的安全性（是否容易破解）
教学 难点
第6章[第2部分]杂凑函数
![第6章[第2部分]杂凑函数](https://img.taocdn.com/s3/m/56fc23eae009581b6bd9ebb9.png)
网络工程学院©
单向杂凑函数安全性要求
杂凑函数的安全性取决于其抗击各种攻 击的能力，对手的目标是找到两个不同消 息映射为同一杂凑值。一般假定对手知道 杂凑算法，采用选择明文攻击法。
网络工程学院©
单向杂凑函数安全性
对杂凑函数的基本攻击方法： 穷举攻击法：给定h=h(H0, M)，其中H0为初值，攻击 者在所有可能的M中寻求有利于攻击者的M’’，使h(H0, M’)=h(H0, M)，由于限定了目标h(H0, M)来寻找h(H0, M’)， 这种攻击法称为目标攻击。若对算法的初值H0不限定，使 其h(H0＇, M)等于h(H0, M’)，则称这种攻击法为自由起始 目标攻击。 生日攻击：这种攻击法不涉及杂凑算法的结构，可用 于攻击任何杂凑算法。强杂凑函数正是基于生日悖论一类 的攻击法定义的。穷举和生日攻击都属选择明文攻击。生 日攻击给定初值H0，寻找M’M，使h(H0, M’)=h(H0, M)， 也 可 对 初 始 值 H0 不 加 限 制 ， 即 寻 找 H0’, M’ 使 h(H0’, M’)=h(H0, M)。 网络工程学院©
网络工程学院©
单向杂凑函数基本概念
单向杂凑函数 定义1 若杂凑函数h为单向函数，则称其为单向 杂凑函数。 显然，对一个单向杂凑函数h，由M计算H=h(M)是 容易的，但要产生一个M＇使h(M＇)等于给定的 杂凑值H是件难事。 定义2 弱单向杂凑函数：若单向杂凑函数h，对任 意给定M的杂凑值H=h(M)下，找一M‘使h(M’)=H 在计算上不可行。 定义 3 强单向杂凑函数：对单向杂凑函数h，若要 找任意一对输入M1, M2，M1 M2， 使h(M1)=h(M2) 在计算上不可行。
网络工程学院©
杂凑函数（hash函数）
h是多对一映射
单向杂凑函数安全性要求
杂凑函数的安全性取决于其抗击各种攻 击的能力，对手的目标是找到两个不同消 息映射为同一杂凑值。一般假定对手知道 杂凑算法，采用选择明文攻击法。
网络工程学院©
单向杂凑函数安全性
对杂凑函数的基本攻击方法： 穷举攻击法：给定h=h(H0, M)，其中H0为初值，攻击 者在所有可能的M中寻求有利于攻击者的M’’，使h(H0, M’)=h(H0, M)，由于限定了目标h(H0, M)来寻找h(H0, M’)， 这种攻击法称为目标攻击。若对算法的初值H0不限定，使 其h(H0＇, M)等于h(H0, M’)，则称这种攻击法为自由起始 目标攻击。 生日攻击：这种攻击法不涉及杂凑算法的结构，可用 于攻击任何杂凑算法。强杂凑函数正是基于生日悖论一类 的攻击法定义的。穷举和生日攻击都属选择明文攻击。生 日攻击给定初值H0，寻找M’M，使h(H0, M’)=h(H0, M)， 也 可 对 初 始 值 H0 不 加 限 制 ， 即 寻 找 H0’, M’ 使 h(H0’, M’)=h(H0, M)。 网络工程学院©
网络工程学院©
单向杂凑函数基本概念
单向杂凑函数 定义1 若杂凑函数h为单向函数，则称其为单向 杂凑函数。 显然，对一个单向杂凑函数h，由M计算H=h(M)是 容易的，但要产生一个M＇使h(M＇)等于给定的 杂凑值H是件难事。 定义2 弱单向杂凑函数：若单向杂凑函数h，对任 意给定M的杂凑值H=h(M)下，找一M‘使h(M’)=H 在计算上不可行。 定义 3 强单向杂凑函数：对单向杂凑函数h，若要 找任意一对输入M1, M2，M1 M2， 使h(M1)=h(M2) 在计算上不可行。
网络工程学院©
杂凑函数（hash函数）
h是多对一映射
密码学
解密密钥：{d，n}={d，35}，密文：C=10，选择两个素数：p=5,q=7，则n=35=5*7。计算φ(p-1)(q-1)=(5-)(7-1)=24，在[0，23]中选择一个和24互素的数，本题选e=5，得5*d=l mod 24，解出d。不难得出，d=5，因为e×d = 5×5 = 25 = 1*24+1=1 mod 24。因为：m=Cd(mod n)所以，m=Cd(mod n)=5。
5.在网络通信中，防御信息被窃取的安全措施是加密技术;防御传输消息被篡改的安全措施是完整性技术;防御信息被假冒的安全措施是认证技术;防御信息被抵赖的安全措施是数字签名。
6.信息安全保障体系框架由管理体系、组织机构体系和技术体系组成。
二、问答题
1.简单分析导致网络不安全的原因。
内因是指网络和系统的自身缺陷与脆弱性，外因是指国家、政治、商业和个人的利益冲突。归纳起来，导致网络不安全的根本原因是系统漏洞、协议的开放性和人为因素。
(6)信息安全既涉及高深的理论知识，又涉及工程应用实践。一个完整的信息安全保障体系框架由管理体系、组织机构体系和技术体系组成。技术体系可划分为物理安全、网络安全、信息安全、应用安全和管理安全五个层次，全面揭示了信息安全研究的知识体系和工程实施方案框架
一、填空题
1.信息安全受到的威胁有人为因素的威胁和非人为因素威胁，非人为因素的威胁包括自然灾害、系统故障、技术缺陷。
、有助于推广使用。
4.分组密码的应用模式分为分组长度足够大、密钥量空间足够大、加密变换足够复杂、加密和解密运算简单，易于实现。
5.加密方式有代替、移位、乘积变换
6. DES分组长度是64位，密钥长度是64位，实际密钥长度是56位。
二、问答题
1.设明文为“visit shanghai tomorrow”，密钥为“enjoy”，试用Vigenere算法对其加密。
5.在网络通信中，防御信息被窃取的安全措施是加密技术;防御传输消息被篡改的安全措施是完整性技术;防御信息被假冒的安全措施是认证技术;防御信息被抵赖的安全措施是数字签名。
6.信息安全保障体系框架由管理体系、组织机构体系和技术体系组成。
二、问答题
1.简单分析导致网络不安全的原因。
内因是指网络和系统的自身缺陷与脆弱性，外因是指国家、政治、商业和个人的利益冲突。归纳起来，导致网络不安全的根本原因是系统漏洞、协议的开放性和人为因素。
(6)信息安全既涉及高深的理论知识，又涉及工程应用实践。一个完整的信息安全保障体系框架由管理体系、组织机构体系和技术体系组成。技术体系可划分为物理安全、网络安全、信息安全、应用安全和管理安全五个层次，全面揭示了信息安全研究的知识体系和工程实施方案框架
一、填空题
1.信息安全受到的威胁有人为因素的威胁和非人为因素威胁，非人为因素的威胁包括自然灾害、系统故障、技术缺陷。
、有助于推广使用。
4.分组密码的应用模式分为分组长度足够大、密钥量空间足够大、加密变换足够复杂、加密和解密运算简单，易于实现。
5.加密方式有代替、移位、乘积变换
6. DES分组长度是64位，密钥长度是64位，实际密钥长度是56位。
二、问答题
1.设明文为“visit shanghai tomorrow”，密钥为“enjoy”，试用Vigenere算法对其加密。
山东大学密码学讲稿04
几个简单的密码体制
多表代换的经典应用——转轮密码原理 A B C D E F G H F G H I J K L M
几个简单的密码体制
多表代换的经典应用——转轮密码原理
A B C D E F G H
F G H I J K L M
几个简单的密码体制
► 5）Hill密码
(y1, y2, ym) = (x1, x2, xm) Am×m (x1, x2, xm) = (y1, y2, ym) A-1m×m
c
i
p
h
e
r
y 1 ( i ) x ( 1 ( i )) x i
换位密码是Hill密码的特殊情况 ► 7）流密码
典型古典体制
1）移位密码 ek(x) = x+k mod 26 2）仿射密码 ek(x) = ax+b mod 26, 3） 3）代换密码 eπ(x) = π(x) 4）多表代换及维吉尼亚密码 eπ (x1x2 xm) = π1(x1)π2(x2) πm(xm) 5）Hill密码 (y1, y2, ym) = (x1, x2, xm) Am×m 6）换位密码（置换密码） eπ(x1x2 xm) = xπ(1)xπ(2) xπ(m) 7）流密码
密码分析
Kerckhoff原则
（1883年弗兰德斯语言学家Auguste Kerckhoffs发表了一篇关 于军事加密的文章, 其中讲道，安全不应依靠隐匿性(例如非 公开的保密算法)，而应依靠算法及其密钥的力量。如果安全 受到破坏，Kerckhoffs认为，只需替换密钥，而不是替换整个 系统。）
攻击类型：
s t u d e n t c f v w r i f eπ(x) = π(x) , dπ(y) = π-1(y) 移位密码、仿射密码都是代换密码的特殊情况
《密码学概论》课件
未来展望
随着技术的不断进步，密码学将面临新的 挑战和机遇，如量子计算对现有加密算法 的威胁和新型加密算法的研发。
02
密码学基本原理
对称密码学
定义
对称密码学也称为传统密码学 ，它使用相同的密钥进行加密
和解密。
常见的对称加密算法
如AES（高级加密标准）、DES （数据加密标准）、IDEA（国 际数据加密算法）等。
为了应对这一挑战，需要发展基于量 子力学原理的新型加密算法，这些算 法在量子计算环境下是安全的。
密码学在物联网中的应用挑战
物联网设备的计算能力和存储 空间有限，这给密码算法的实
施带来了挑战。
物联网设备的多样性和异构 性也给密码学应用带来了挑 战，因为需要确保各种设备
之间的安全通信。
针对物联网设备的特性，需要 发展轻量级的密码算法和协议 ，以确保其安全性和效率。
AES算法
01
总结词：高级加密标准
02
详细描述：AES是一种对称加密 算法，使用128位、192位或256 位密钥对128位明文块进行加密 ，产生128位密文块。它是美国 政府采用的一种加密标准，被广 泛应用于各种安全协议和应用程
序中。
03
总结词：安全性
04
详细描述：AES具有高度的安 全性，被认为是目前最安全 的对称加密算法之一。它采 用了复杂的数学工具和算法 ，使得破解密文的难度非常
密码学在大数据安全中的应用挑战
01
大数据的特点是数据量大、处理速度快，这给数据的安全存储 和传输带来了挑战。
02
大数据的分布式处理和云计算环境也给数据的安全性带来了挑
战，需要确保数据的隐私和完整性。
针对大数据的特点，需要发展高效的密码算法和安全数据处理
随着技术的不断进步，密码学将面临新的 挑战和机遇，如量子计算对现有加密算法 的威胁和新型加密算法的研发。
02
密码学基本原理
对称密码学
定义
对称密码学也称为传统密码学 ，它使用相同的密钥进行加密
和解密。
常见的对称加密算法
如AES（高级加密标准）、DES （数据加密标准）、IDEA（国 际数据加密算法）等。
为了应对这一挑战，需要发展基于量 子力学原理的新型加密算法，这些算 法在量子计算环境下是安全的。
密码学在物联网中的应用挑战
物联网设备的计算能力和存储 空间有限，这给密码算法的实
施带来了挑战。
物联网设备的多样性和异构 性也给密码学应用带来了挑 战，因为需要确保各种设备
之间的安全通信。
针对物联网设备的特性，需要 发展轻量级的密码算法和协议 ，以确保其安全性和效率。
AES算法
01
总结词：高级加密标准
02
详细描述：AES是一种对称加密 算法，使用128位、192位或256 位密钥对128位明文块进行加密 ，产生128位密文块。它是美国 政府采用的一种加密标准，被广 泛应用于各种安全协议和应用程
序中。
03
总结词：安全性
04
详细描述：AES具有高度的安 全性，被认为是目前最安全 的对称加密算法之一。它采 用了复杂的数学工具和算法 ，使得破解密文的难度非常
密码学在大数据安全中的应用挑战
01
大数据的特点是数据量大、处理速度快，这给数据的安全存储 和传输带来了挑战。
02
大数据的分布式处理和云计算环境也给数据的安全性带来了挑
战，需要确保数据的隐私和完整性。
针对大数据的特点，需要发展高效的密码算法和安全数据处理
《密码学概论》课件
加密过程：DES使用56位密钥对64位明文进行加密，生成64位密文
安全性：DES的密钥空间为2^56，理论上可以抵抗暴力破解 应用：DES广泛应用于金融、政府、军事等领域，是国际上公认的 安全标准之一
国际数据加密算法（IDEA）
概述：一种对称密码 体制，用于加密和解 密数据
特点：速度快，安全 性高，易于实现
商务中。
公钥基础设施（PKI）
公钥基础设施 （PKI）是一种基 于公钥密码体制的 密钥管理和分发系 统。
PKI的主要功能包 括密钥生成、分发、 存储、撤销和更新。
PKI的核心组件包 括证书颁发机构 （CA）、注册机 构（RA）和证书 存储库（CS）。
PKI的应用场景包 括电子邮件加密、 网络支付、电子政 务等。
非对称密码体制：加密和解密使用不 同的密钥
密钥管理：管理密钥的生成、分发、 存储和使用
哈希函数：单向函数，用于生成固定长 度的输出
密码分析：分析密码的强度和破解方 法
密码分析攻击
密码分析攻击的定义：对加密信息进行解密的过程
密码分析攻击的分类：包括频率分析、字母频率分析、凯撒密码分 析等
密码分析攻击的方法：包括暴力破解、字典攻击、彩虹表攻击等
物联网安全：密 码学在物联网安 全中的重要性
密码学技术：密 码学在物联网中 的应用技术
挑战与机遇：密 码学在物联网发 展中面临的挑战 和机遇
未来趋势：密码 学在物联网中的 应用和发展趋势
区块链技术与密码学的融合发展
密码学：研究加密、解密、 密钥管理等技术的学科
融合发展：区块链技术需要 密码学的支持，密码学在区
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
密码学的目的是保护信息的机密 性、完整性和可用性。
安全性：DES的密钥空间为2^56，理论上可以抵抗暴力破解 应用：DES广泛应用于金融、政府、军事等领域，是国际上公认的 安全标准之一
国际数据加密算法（IDEA）
概述：一种对称密码 体制，用于加密和解 密数据
特点：速度快，安全 性高，易于实现
商务中。
公钥基础设施（PKI）
公钥基础设施 （PKI）是一种基 于公钥密码体制的 密钥管理和分发系 统。
PKI的主要功能包 括密钥生成、分发、 存储、撤销和更新。
PKI的核心组件包 括证书颁发机构 （CA）、注册机 构（RA）和证书 存储库（CS）。
PKI的应用场景包 括电子邮件加密、 网络支付、电子政 务等。
非对称密码体制：加密和解密使用不 同的密钥
密钥管理：管理密钥的生成、分发、 存储和使用
哈希函数：单向函数，用于生成固定长 度的输出
密码分析：分析密码的强度和破解方 法
密码分析攻击
密码分析攻击的定义：对加密信息进行解密的过程
密码分析攻击的分类：包括频率分析、字母频率分析、凯撒密码分 析等
密码分析攻击的方法：包括暴力破解、字典攻击、彩虹表攻击等
物联网安全：密 码学在物联网安 全中的重要性
密码学技术：密 码学在物联网中 的应用技术
挑战与机遇：密 码学在物联网发 展中面临的挑战 和机遇
未来趋势：密码 学在物联网中的 应用和发展趋势
区块链技术与密码学的融合发展
密码学：研究加密、解密、 密钥管理等技术的学科
融合发展：区块链技术需要 密码学的支持，密码学在区
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
密码学的目的是保护信息的机密 性、完整性和可用性。
第4讲 密码学的基本概念和基本编码技术PPT课件
C：敌手
密码学要解决的第一个基本问题：
信息的机密性问题-----能解决信息的传输保密
和存储保密问题。
（2）对抗主动攻击的技术：认证技术 添加认证码 检验认证码
A：信源
B：信宿
(1)发方的身份； (2)收方的身份； (3)内容的真伪；
C：敌手
消息已经可以 识别真伪
(4)时间的真伪
密码学 要解决的第二个基本问题：
信息的真实性认证问题（能检测出主动攻击）
（3）对抗抵赖的技术 ----互不信任双方的认证问题 ---例: 如果我收到你给我的一份定货合同或者 电子借款收据，但是: ----事后你不承认这份定货合同怎么办? ----谁来裁决这份定货合同的真伪?
密码学要解决的第三个基本问题： ---- 承诺的不可否认性问题.
(3) 知道密钥的概率分布规律 ; (3) 明文空间 M
(4) 知道所有可能的破译方法 !
(4) 密文空间 C (5) 密M → C
(1) 我们不能保证敌手得不到这些信息!
---- 绝对不能赌！
(2) 如果在这么优越的条件下仍不可破译，
说明密码算法在实际中将会更加安全!
公证机关、 法官、法律
（3）对抗抵赖的技术 ----互不信任双方的认证问题 ----
添加认证码 检验认证码
A：信源 承诺
B：信宿
C：敌手
要求：添加认证码 后能让所有人都可
识别承诺的真伪
密码学的基本目标就是解决信息安全的
三个基本安全需求，即： （1）信息的机密性保证；
由加密算 法完成
（2）信息的真实性认证；
即使计算能力再增加10亿倍（109），也需 要1011年，即一千亿年，才可能将所有可能密 钥测试一遍。
第2章-密码学基础要点课件
• 3. 第3阶段为1976年至今。 • 1976年Diffie 和 Hellman 发表的文章“密码学的新动
向”一文导致了密码学上的一场革命。他们首先证明了在 发送端和接收端无密钥传输的保密通信是可能的，从而 开创了公钥密码学的新纪元。从此，密码开始充分发挥 它的商用价值和社会价值，普通人才能够接触到前沿的
• 2. 第二阶段为1949年到1975年。 • 1949年香农发表的<<保密系统的信息理论>>为私钥
密码系统建立了理论基础，从此密码学成为一门科学， 但密码学直到今天仍具有艺术性，是具有艺术性的一门 科学。这段时期密码学理论的研究工作进展不大，公开 的密码学文献很少。
版权所有，盗版必纠
8
3.1.2 密码学的发展
版权所有，盗版必纠
24
3.3.1 DES加密算法
• DES加密算法
版权所有，盗版必纠
25
3.3.2 3DES算法
• DES算法的弱点是不能提供足够的安全性，因为其密 钥容量只有56位。由于这个原因，后来又提出了三重 DES即3DES算法，使用3个不同的密钥对数据块进行(
2次或) 3次加密，该方法比进行3次普通加密快。其强度
• (3) 认证性: 接收者可以认出发送者，也可以证明声称 的发送者确实是真正的发送者。
• (4) 不可抵赖性：发送者无法抵赖曾经送出这个信息。
版权所有，盗版必纠
16
3.2 古典密码学 3.2.1 密码通信模型
•w
版权所有，盗版必纠
17
3.2.2 代替密码
• 代替密码(Substitution Cipher)又叫替换密码，就是明 文中的每一个字符被替换成密文中的另一个字符。接收者 对密文做反向替换就可以恢复出明文。典型的代替密码是 凯撒密码。
向”一文导致了密码学上的一场革命。他们首先证明了在 发送端和接收端无密钥传输的保密通信是可能的，从而 开创了公钥密码学的新纪元。从此，密码开始充分发挥 它的商用价值和社会价值，普通人才能够接触到前沿的
• 2. 第二阶段为1949年到1975年。 • 1949年香农发表的<<保密系统的信息理论>>为私钥
密码系统建立了理论基础，从此密码学成为一门科学， 但密码学直到今天仍具有艺术性，是具有艺术性的一门 科学。这段时期密码学理论的研究工作进展不大，公开 的密码学文献很少。
版权所有，盗版必纠
8
3.1.2 密码学的发展
版权所有，盗版必纠
24
3.3.1 DES加密算法
• DES加密算法
版权所有，盗版必纠
25
3.3.2 3DES算法
• DES算法的弱点是不能提供足够的安全性，因为其密 钥容量只有56位。由于这个原因，后来又提出了三重 DES即3DES算法，使用3个不同的密钥对数据块进行(
2次或) 3次加密，该方法比进行3次普通加密快。其强度
• (3) 认证性: 接收者可以认出发送者，也可以证明声称 的发送者确实是真正的发送者。
• (4) 不可抵赖性：发送者无法抵赖曾经送出这个信息。
版权所有，盗版必纠
16
3.2 古典密码学 3.2.1 密码通信模型
•w
版权所有，盗版必纠
17
3.2.2 代替密码
• 代替密码(Substitution Cipher)又叫替换密码，就是明 文中的每一个字符被替换成密文中的另一个字符。接收者 对密文做反向替换就可以恢复出明文。典型的代替密码是 凯撒密码。
密码学基础通用课件
密码学基础通用课件
目录 CONTENT
• 密码学概述 • 加密技术基础 • 对称加密技术 • 非对称加密技术 • 哈希函数与数字签名 • 密码学在现实生活中的应用
01
密码学概述
密码学的定义与目的
密码学的定义
密码学是研究如何隐藏信息，使其变 得难以理解和未经授权的情况下不可 访问的科学。
密码学的目的
对称加密技术的评估标准
安全性
评估对称加密技术的安全性主要 考虑密钥的长度、加密算法的复 杂性和破解的难度等因素。
效率
评估对称加密技术的效率主要考 虑加密和解密的速度以及所需的 计算资源等因素。
适应性
评估对称加密技术的适应性主要 考虑其能否适应不同的应用场景 和需求，例如数据的大小、传输 速度和存储空间等因素。
灵活性
灵活性是指加密技术对不同需求的适应能力。如果一个加 密算法只能用于某些特定的应用场景，则它可能不适用于 其他场景。
03
对称加密技术
对称加密技术的原理
对称加密技术是一种基于密钥的加密 方法，其中加密和解密使用相同的密 钥。这种方法的安全性基于密钥的保 密性。
对称加密技术可以用于保护数据的机 密性，也可以用于数字签名等其他应 用。
数字签名的原理与类别
数字签名的原理
数字签名是一种用于验证数字文件真实性和完整性的技术。它利用公钥密码体系中的签名密钥对文件 进行签名，通过验证签名密钥的匹配性和文件内容的完整性，来判断文件的真实性和可信度。
数字签名的类别
根据使用的公钥密码体系和签名算法的不同，数字签名可以分为多种类别。常见的类别包括RSA、 DSA、ECDSA等。这些数字签名方案在安全性、性能和实现难度等方面存在差异，应根据具体需求选 择合适的数字签名方案。
目录 CONTENT
• 密码学概述 • 加密技术基础 • 对称加密技术 • 非对称加密技术 • 哈希函数与数字签名 • 密码学在现实生活中的应用
01
密码学概述
密码学的定义与目的
密码学的定义
密码学是研究如何隐藏信息，使其变 得难以理解和未经授权的情况下不可 访问的科学。
密码学的目的
对称加密技术的评估标准
安全性
评估对称加密技术的安全性主要 考虑密钥的长度、加密算法的复 杂性和破解的难度等因素。
效率
评估对称加密技术的效率主要考 虑加密和解密的速度以及所需的 计算资源等因素。
适应性
评估对称加密技术的适应性主要 考虑其能否适应不同的应用场景 和需求，例如数据的大小、传输 速度和存储空间等因素。
灵活性
灵活性是指加密技术对不同需求的适应能力。如果一个加 密算法只能用于某些特定的应用场景，则它可能不适用于 其他场景。
03
对称加密技术
对称加密技术的原理
对称加密技术是一种基于密钥的加密 方法，其中加密和解密使用相同的密 钥。这种方法的安全性基于密钥的保 密性。
对称加密技术可以用于保护数据的机 密性，也可以用于数字签名等其他应 用。
数字签名的原理与类别
数字签名的原理
数字签名是一种用于验证数字文件真实性和完整性的技术。它利用公钥密码体系中的签名密钥对文件 进行签名，通过验证签名密钥的匹配性和文件内容的完整性，来判断文件的真实性和可信度。
数字签名的类别
根据使用的公钥密码体系和签名算法的不同，数字签名可以分为多种类别。常见的类别包括RSA、 DSA、ECDSA等。这些数字签名方案在安全性、性能和实现难度等方面存在差异，应根据具体需求选 择合适的数字签名方案。
- 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)。
r a kD a k ( x 0 a y 0 b ) S 由 D 的最小性， r 0 D (a, b)
D | a , 同理 D | b , 从而 (a, b) D x0 a y 0b
Bezout定理
► 推论
若 (x, a) = 1, (x, b) =1 则 (x, ab) = 1 证明：利用Bezout定理两式相乘可得。
► ► ►
►
►
定义：x y (mod m) m|x – y 剩余类 [i] Zm = { [0], [1], •••, [m-1] }, 模算术：+, * 完全剩余系，既约剩余系 模15的（一个）完全剩余系：0，1，…，14 模15的（一个）既约剩余系：1，2，4，7，8，11， 13，14 定义：对于正整数m，m的既约剩余系的元素数， 记为(m)，称为 Euler函数。
x
~
1 ln x
互素数性质
► ►
m|ab, (m, a) = 1 m|b
(m1, m2) = 1, m1|a, m2|a m1m2|a 易用裴蜀定理证明，也可用算术基本定理理 解。
欧几里德算法及其计算复杂度
a = q1b + r2, 0< r2 <m (r0 = q1r1 + r2, 0< r2 <m) b = q2r2 + r3, 0 < r3 < r2 r 2 = q3 r 3 + r 4 , 0 < r 4 < r 3 ................. ri-2 = qi-1ri-1 + ri, 0 < r i < ri-1 ................ rm-2 = qm-1rm-1 + rm, 0 < r m < rm-1 rm-1 = qm-1 rm （a, b）= r m ; （a, b）= sa + tb （裴蜀定理的构造性证明, 可以求出裴蜀系数）
乘法群，|Zm*| = (m),
a Zm* , a(m) 1 (mod m) 欧拉定理 a Zp* , ap-1 1 (mod p) 费尔马小定理
► 欧拉定理与费尔马小定理的数论证明
Zm* = aZm*, a Zm* 两个集合元素乘积 modm 相等
推广欧几里德算法
► 这个证明给出了计算逆元的算法
模m同余与欧拉函数
► 性质：(m1, ► 考虑数
m2 ) = 1
(m1m2) = (m1)(m2)
x = m2x(1) + m1x(2), 当且仅当 x(1) , x(2) 分别跑 遍模m1、模m2的一个完全剩余系， x跑遍模m1m2的 一个完全剩余系。 且x与m1m2互素，当且仅当 x(1) , x(2) 分别与m1, m2 互素，故当x(1) , x(2) 分别跑遍模m1、模m2的一个既 约剩余系时， x跑遍模m1m2的一个既约剩余系，因 而 (m1m2) = (m1)(m2)
min( 1 , 1 )
max( 1 , 1 )
素数分布
►
素数无穷多 若有限，设p1, p2, …, pk是全部素数， p1p2…pk+1 是素数否？
( ln 2 3 ) ( x ) x ln x 6 (ln 2 ) ( x )
( x) ~
x ln x
,
( x)
► 定义：a,
a | b , a | c a | b c
带余数除法
a, b Z, b 0, | q, r Z, a = qb + r, 0 <= r < |b|
-b 0 b
2b 3b
...
qb
[
(q+1)b )
公因数、公倍数
► 公因数、最大公因数定义，(a, b) ► 互素 ► 公倍数、最小公倍数定义，[a, b]
► 提到因数、倍数不妨认为是正数
Bezout（裴蜀）定理
a,b Z, x, y Z , ( a , b ) xa yb
证明：不妨设 a , b 不同时为 0。 令 S { xa yb | x , y Z } S 中一定有最小正元素， D x0 a y0b (a, b) | D , (a, b) D k,r Z , 0 r D 反之，令 a kD r , 设为 D
——推广欧几里德算法
► 设a,
mZ, m > 0, (a, m ) = 1,
欲求a-1 mod m (不妨设 0 < a < m)
► 由裴蜀定理，必存在整数s,
t满足sm + ta = 1，相当
于 ta 1 (mod m), 只要求出这里的t即可。可通过欧 几里德算法回代得到。
推广欧几里德算法
欧几里德算法及其计算复杂度
ri 1 2 ri 2 1 2
2
ri 4
1 i r0 1 22 r0 i [ ] 1 r 2 2 i 1 1 2 2
rm 2
m 1
1
[ m 2 ]
a 2
m 1
1
m 1 2
a
rm 2
2
a;
2
2
a ; m 2 log
► r3
► ri
ti ti-2-qi-1ti-1(mod m)
►
............. tka (mod m) ， tk tk-2-qi-1tk-1(mod m)
► rk
► tk
= a-1 mod m
推广欧几里德算法
► 算法 ► 令 t0 = 0, t1 = 1 ► ti ti-2 - qi-1ti-1 mod
m i = 1, 2, ......., k
广义欧几里得算法
►
m = q1a + r2, 0< r2 <m ► t2 -q1 (mod m) ► a = q2 r 2 + r 3 , 0 < r 3 < r 2 ► t3 t1 – q2t2 (mod m) ► ................. ► ri-2 = qi-1ri-1 + ri, 0 < r i < ri-1 ► ti ti-2-qi-1ti-1 (mod m) ► ................ ► rk-1 = qk-1 rk 0 < r m < rm-1 ► tk tk-2-qk-1tk-1 (mod m) ► tk = a-1 mod m 结束
d | p1 p k
1
1 k
d p1 p k
k
1
k
, i i
l
a p1 p k ( a , b ) p1 [ a , b ] p1
,
b q1 q l pk pk
min( k , k ) max( k , k )
1
► ► ► ► ► ► ►
m = q1a + r2, 0< r2 <m (r0 = q1r1 + r2, 0< r2 <m) a = q2 r 2 + r 3 , 0 < r 3 < r 2 ................. ri-2 = qi-1ri-1 + ri, 0 < r i < ri-1 ................ rk-2 = qk-1rk-1 + rk, 0 < r k < rk-1 rk-1 = qk-1 rk
欧几里德算法及其计算复杂度
►
复杂度分析：
ri-3 = qi-2ri-2 + ri-1 0 < r i-1 < ri-2
ri-2 = qi-1ri-1 + ri
0 < r i < ri-1
（1）ri-1>1/2 ri-2 ， ri = ri-2 - qi-1ri-1 <1/2 ri-2 （2）ri-1<=1/2 ri-2 ，ri < ri-1<=1/2ri-2
2
a
(6578387628737628762887, 7685782753286387261763) 最多约73步
回 顾
► 整除（因数，倍数） ► 带余数除法 ► 公因数、最大公因数，公倍数、最小公倍数，
互素 ► 裴蜀定理 ► 素数，算术基本定理，素数分布 ► 欧几里德算法及其复杂度
模m同余与欧拉函数
既然 每一个ri 都可用 a, m 表达，或说写成 tia (mod m)的形式，为 了计算 rk的表达式，我们从头计算，得到关于r2，r3,... rk 的递推公 式。
若 rk = 1， 要求s, t使 sm + ta = rk ( = 1)，事实上，只需要求 t.
推广欧几里德算法
► ►
从r2开始递推下去，只保留a的项即可 r2 = m - q1a -q1a (mod m) t2a (mod m) , t2 -q1(mod m) = a - q2r2 a - q2t2a (mod m) t3a (mod m), t3 =1-q2t2(mod m) = ri-2 – qi-1ri-1 ti-2a – qi-1ti-1a (mod m) tia (mod m),
引
言
Alice
Bob
m
EK
DK
m
引
Alice m
EK
言
攻击者 Bob
c
K
DK
m
密钥源
安全信道
单钥体制
引
言
Alice
B-pk
Bob c
DB-sk
m
EB-pk
m