应用密码学习题答案2

《应用密码学》习题和思考题答案
第2章 密码学基础

2－1 什么是密码学？密码编码学？密码分析学？
答：密码学作为数学的一个分支，是密码编码学和密码分析学的统称。
使消息保密的技术和科学叫做密码编码学，密码编码学是密码体制的设计学，即怎样编
码，采用什么样的密码体制以保证信息被安全地加密。
密码分析学就是破译密文的科学和技术。密码分析学是在未知密钥的情况下从密文推演
出明文或密钥的技术。
2－2 密码学的五元组是什么？它们分别有什么含义？
答：密码学的五元组是指：｛明文、密文、密钥、加密算法、解密算法｝。
明文：是作为加密输入的原始信息，即消息的原始形式，通常用m或表示。
密文：是明文经加密变换后的结果，即消息被加密处理后的形式，通常用c表示。
密钥：是参与密码变换的参数，通常用k表示。
加密算法：是将明文变换为密文的变换函数，相应的变换过程称为加密，即编码的过程，
通常用表示，即kcEp。
解密算法：是将密文恢复为明文的变换函数，相应的变换过程称为解密，即解码的过程，
通常用D表示，即kpDc。
2－3 密码分析主要有哪些方式？各有何特点？
答：根据密码分析者对明文、密文等信息掌握的多少，可将密码分析分为以下五种情形：
（1）唯密文攻击
对于这种形式的密码分析，破译者已知的东西只有两样：加密算法、待破译的密文。
（2）已知明文攻击
在已知明文攻击中，破译者已知的东西包括：加密算法和经密钥加密形成的一个或多个
明文－密文对。即知道一定数量的密文和对应的明文。
（3）选择明文攻击
选择明文攻击的破译者除了知道加密算法外，他还可以选定明文消息，并可以知道对应
的加密得到的密文。即知道选择的明文和对应的密文。
（4）选择密文攻击
与选择性明文攻击相对应，破译者除了知道加密算法外，还包括他自己选定的密文和对
应的、已解密的原文。即知道选择的密文和对应的明文。
（5）选择文本攻击
是选择明文攻击与选择密文攻击的结合。破译者已知的东西包括：加密算法、由密码破
译者选择的明文消息和它对应的密文、以及由密码破译者选择的猜测性密文和它对应的已破
译的明文。
2－4 Kerchkoffs原则的基本内容是什么？
答：Kerchkoffs原则的基本内容是：密码系统中的算法即使为密码分析者所知，也无
助于用来推导出明文或密钥。也就是说，密码系统的安全性不应取决于不易被改变的事物（算
法），而应只取决于可随时改变的密钥。
2－5 一个密码系统实际可用的条件是什么？
答：一个密码系统实际可用的条件是：（1） 每一个加密函数和每一个解密函数都能有效
地计算。（2） 破译者取得密文后将不能在有效的时间或成本范围内破解出密钥或明文。（3）
一个密码系统是安全的必要条件：穷举密钥搜索将是不可行的，即密钥空间非常大。
2－6 密码系统如何分类？
答：密码编码系统通常有三种独立的分类方式：
（1） 按照明文变换到密文的操作类型可分为代替和换位。
–
代替：即明文中的每个元素（比特、字母、比特组合或字母组合）被映射为另一个元

素。该操作主要达到非线性变换的目的。
–
换位：即明文中的元素被重新排列，这是一种线性变换，对它们的基本要求是不丢失

信息（即所有操作都是可逆的）。
（2） 按照所用的密钥数量多少可分为单密钥加密和双密钥加密。
–
单密钥加密：即发送者和接收者双方使用相同的密钥，该系统也称为对称加密、秘密

密钥加密或常规加密。
–
双密钥加密：即发送者和接收者各自使用一个不同的密钥，这两个密钥形成一个密钥

对，其中一个可以公开，称之为公钥，另一个必须为密钥持有人秘密保管，称之为私
钥。该系统也称为非对称加密或公钥加密。
（3） 按照明文被处理的方式不同可分为分组加密和流加密。
–
分组加密：一次处理一块（组）元素的输入，对每个输入块产生一个输出块。即一个

明文分组被当作一个整体来产生一个等长的密文分组输出，通常使用的是64位或128
位的分组大小。
–
流加密：也称为序列密码，即连续地处理输入元素，并随着该过程的进行，一次产生

一个元素的输出。即一次加密一个比特或一个字节。
2－7 网络安全模型和网络访问安全模型各适用于什么场合？
答：网络安全模型和网络访问安全模型分别适用于网络传输中的信息安全(动态数据的安全)
和计算机系统中的信息安全(静态数据的安全)两种场合。
2－8 什么是对称密码体制和非对称密码体制？各有何优、缺点？
答：对称密码体制的基本特征是加密密钥与解密密钥相同。对称密码体制的优缺点：
（1）优点：加密、解密处理速度快、保密度高等。
（2）缺点：①密钥是保密通信安全的关键，发信方必须安全、妥善地把密钥护送到收信
方，不能泄露其内容，如何才能把密钥安全地送到收信方，是对称密码算法的突出问题。对
称密码算 法的密钥分发过程十分复杂，所花代价高。
②多人通信时密钥组合的数量会出现爆炸性膨胀，使密钥分发更加复杂化，N个人进
行两两通信，总共需要的密钥数为212NCNN。
③通信双方必须统一密钥，才能发送保密的信息。如果发信者与收信人素不相识，这就
无法向对方发送秘密信息了。
④除了密钥管理与分发问题，对称密码算法还存在数字签名困难问题（通信双方拥有同
样的消息，接收方可以伪造签名，发送方也可以否认发送过某消息）。
非对称密码体制是加密密钥与解密密钥不同，形成一个密钥对，用其中一个密钥加密的
结果，可以用另一个密钥来解密的密码体制。非对称密码体制的优缺点：
（1）优点：①网络中的每一个用户只需要保存自己的私有密钥，则N个用户仅需产生
N

对密钥。密钥少，便于管理。
②密钥分配简单，不需要秘密的通道和复杂的协议来传送密钥。公开密钥可基于公开的渠道
（如密钥分发中心）分发给其他用户，而私有密钥则由用户自己保管。
③可以实现数字签名。
（2）缺点：与对称密码体制相比，公开密钥密码体制的加密、解密处理速度较慢，同等
安全强度下公开密钥密码体制的密钥位数要求多一些。
2－9 试从运行条件和安全条件两个方面比较常规密码体制和公开密钥密码体制。

答：

分类 常规密码体制 公开密钥密码体制
运
行
条
件

加密和解密使用同一个密钥和同一个算法。
用同一个算法进行加密和解密，而密钥有一对，
其中一个用于加密，另一个用于解密。

发送方和接收方必须共享密钥和算法。
发送方和接收方每个使用一对相互匹配、而又
彼此互异的密钥中的一个。

安
全
条
件

密钥必须保密。 密钥对中的私钥必须保密。
如果不掌握其他信息，要想解密报文是不可能或至少是不现实的。 如果不掌握其他信息，要想解密报文是不可能
或者至少是不现实的。
知道所用的算法加上密文的样本必须不足以确定密钥。 知道所用的算法、公钥和密文的样本必须不足
以确定私钥。