第四章 序列密码—代数攻击4
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序列密码序列密码引⾔序列密码⼜称流密码，它是将明⽂串逐位地加密成密⽂字符。
并有实现简单、速度快、错误传播少等特点。
密码按加密形式可分为：分组密码序列密码密码按密钥分为：对称密码(私钥密码)⾮对称密码(公钥密码)1. 加解密算法明⽂序列：m=m1m2……mn……密钥序列：k=k1k2……kn……加密：ci=mi+ki,i=1,2,3,……解密：mi=ci+ki,i=1,2,3,……注：+模2加，0+0=0，0+1=1,1+0=1,1+1=0例 m=101110011,c=m+k=111000110,m=c+k=101110011.1949年，Shannon证明了“⼀次⼀密”密码体制是绝对安全的。
如果序列密码使⽤的密钥是真正随机产⽣的，与消息流长度相同，则是“⼀次⼀密”体制。
但缺点是密钥长度要求与明⽂长度相同，现实情况中不可能实现，故现实中常采⽤较短的种⼦密钥，利⽤密钥序列⽣成器产⽣⼀个伪随机序列。
序列密码的原理分组密码与序列密码都属于对称密码，但两者有较⼤的不同：1. 分组密码将明⽂分组加密，序列密码处理的明⽂长度为1bit;2. 分组密码算法的关键是加密算法，序列密码算法的关键是密钥序列⽣成器。
3. 序列密码分类同步序列密码密钥序列的产⽣仅由密钥源及密钥序列⽣成器决定，与明⽂消息和密⽂消息⽆关，称为同步序列密码。
缺点：如果传输过程中密⽂位被插⼊或删除，则接收⽅与放送⽅之间产⽣了失步，解密即失败。
⾃动同步序列密码密钥序列的产⽣由密钥源、密钥序列⽣成器及固定⼤⼩的以往密⽂位决定，称为⾃同步序列密码（⾮同步密码）。
优点：如果密⽂位被删除或插⼊时，可以再失去同步⼀段时间后，⾃动重新恢复正确解密，只是⼀些固定长度的密⽂⽆法解密。
4. 密钥序列⽣成器的要求(key generation)种⼦密钥k的长度⾜够⼤，⼀般128bit以上，防⽌被穷举攻击;密钥序列{ki}具有极⼤的周期性现代密码机数据率⾼达10^8 bit/s，如果10年内不使⽤周期重复的{ki}，则要求{ki}的周期T>=3*106或255;良好的统计特征。
密码学第四章 分组密码 4.4 国际数据加密算法(IDEA)
二、IDEA算法描述
基本参数
分组长度：64比特
密钥长度：128比特
迭代圈数：8圈（每圈6个子密钥块） 再附加一个输出变换（4个子密钥块）
IDEA的分组长度为64比特，密钥长度为128比特。其加、 脱密运算用的是同一个算法，二者的不同之处仅在于密钥调 度不同。其加、脱密运算是在128比特初始密钥作用下，对 64比特的输入数据分组进行操作，经8圈迭代后，再经过一 个输出变换，得到64比特的输出数据分组。整个运算过程全 部在16位子分组上进行，因此该算法对16位处理器尤其有效 。
二、IDEA算法描述
52个密钥子块的生成
k1, k2 ,, k127 , k128 k26 , k27 ,, k24 , k25 k51, k52 , , k49 , k50
z1, z2 , z3, z4, z5, z6, z7 , z8 z9 , z10 , z11, z12 , z13, z14 , z15, z16 z17 , z18, z19 , z20 , z21, z22 , z23, z24
16比特圈子密钥； ⊕表示16比特的逐位异或运算； + 表示16比特整数的模216加法运算； 表示16比特整数的模216+1乘法运算，其中全零子块
用216代替。
三种基本运算：按位模2加，模216加法，模216+1乘 法。
二、IDEA算法描述
模216加法运算是IDEA算法中使用的非线性环节 （相对异或运算而言），记
Z (1) 4
Z (1)
6
第 一 圈
Z (9) 1
Z (9) 2
Y1
Y2
Z (9) 3
Z (9) 4
Y3
Y4
二、IDEA算法描述
信息安全概论课后答案
四45五3六57十4十一34十二47没做“信息安全理论与技术"习题及答案教材:《信息安全概论》段云所，魏仕民，唐礼勇，陈钟，高等教育出版社第一章概述（习题一,p11)1.信息安全的目标是什么?答:信息安全的目标是保护信息的机密性、完整性、抗否认性和可用性；也有观点认为是机密性、完整性和可用性，即CIA(Confidentiality，Integrity，Availability)。
机密性（Confidentiality)是指保证信息不被非授权访问;即使非授权用户得到信息也无法知晓信息内容，因而不能使用完整性(Integrity）是指维护信息的一致性，即信息在生成、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为的非授权簒改。
抗否认性（Non—repudiation)是指能保障用户无法在事后否认曾经对信息进行的生成、签发、接收等行为,是针对通信各方信息真实同一性的安全要求.可用性(Availability）是指保障信息资源随时可提供服务的特性.即授权用户根据需要可以随时访问所需信息。
2.简述信息安全的学科体系。
解：信息安全是一门交叉学科,涉及多方面的理论和应用知识.除了数学、通信、计算机等自然科学外，还涉及法律、心理学等社会科学.信息安全研究大致可以分为基础理论研究、应用技术研究、安全管理研究等。
信息安全研究包括密码研究、安全理论研究；应用技术研究包括安全实现技术、安全平台技术研究；安全管理研究包括安全标准、安全策略、安全测评等.3. 信息安全的理论、技术和应用是什么关系？如何体现？答：信息安全理论为信息安全技术和应用提供理论依据。
信息安全技术是信息安全理论的体现,并为信息安全应用提供技术依据。
信息安全应用是信息安全理论和技术的具体实践.它们之间的关系通过安全平台和安全管理来体现。
安全理论的研究成果为建设安全平台提供理论依据.安全技术的研究成果直接为平台安全防护和检测提供技术依据.平台安全不仅涉及物理安全、网络安全、系统安全、数据安全和边界安全，还包括用户行为的安全,安全管理包括安全标准、安全策略、安全测评等。
应用编码与计算机密码学 第4章 分组密码
1 算法4.1 .1 SPN（x , πS , πp , (k 1 ,..., k Nr +) ）
do y
Output(y)
Nr r v(N i) ←π g (u(i)
←vNr ⊕k Nr+1
1
替代-置换网格 (SPN)
SPN的一般原理： 详见例4.1.1
2
Feistel密码结构
w0 ← x for r ←1 to Nr−1 ⎧ u r ← w r −1 ⊕ k r ⎪ to m ⎪ for i ← 1 do ⎨ r r π do v ( u ← (( i ) s ( i) ) ⎪ r ⎪ w r ← ( v π (1) ,..., v π ) P ( lm ) P ⎩ uNr ←wNr−i ⊕k nr
为非线性构件的S盒对密码体制的安全 性至关重要，对S盒的争议仍在继续。由于 DES中的S盒、迭代次数、密钥长度等参数 都是固定的，人们担心如果在算法中嵌入了 陷门（Trapdoors）
3
数据加密标准DES
弱密钥和半弱密钥
如果给定初始密钥k，各轮的子密钥都相 同，即有 k1=k2= … =k16 ,则密钥k为弱密钥。 如果存在不同密钥，可以把明文加密成 相同的密文，即存在一个不同的密钥 k’ 使 DESk’（）= DESk（）。这时密钥k，k’为半 弱密钥。
DES框图
3
数据加密标准DES
DES加密过程中的基本运算： 1.DES中的初始置换IP与初始逆置换IP-1 表4-1给出了初始置换IP与初始逆置换IP-1。
3
数据加密标准DES
对于要加密的明文串64比特，初 始置换IP把原来输入的第58位置换为 第1位，原输入的第50位置换为第2 位，……,把原输入的第7位置换为第 64位。同样的初始置换是以预输出作 为它的输入，该置换的输出以预输出 块的第40位作为它的第1位······而以 25位作为它的最后一位。
计算机网络与信息安全课件-第4章密码学
计算机⽹络与信息安全课件-第4章密码学第四章密码学密码学的起源可追溯到⼈类语⾔的出现。
当⼈们想确保他们通信的机密的时候，密码学的诞⽣就是不可避免了。
古希腊⼈的斯巴达⼈可能是最早有意识地使⽤⼀些技术⽅法来加密信息的⼈。
他们的加密设备是⼀根叫σκυτ?λη的棍⼦。
写信⼈先将⼀个纸条绕在棍⼦上，然后把要写的信在棍⼦表⾯上按照与纸条缠绕⽅向垂直的⽅向写在纸上，接着将纸条取下，送给收信⼈。
如果不知道棍⼦的宽度（这⾥作为密钥）是不可能解密信⾥⾯的内容的。
后来，罗马的军队⽤凯撒密码（三个字母表轮换）进⾏通信。
在随后的19个世纪⾥⾯，主要是发明⼀些更加⾼明的加密技术，这些技术的安全性通常依赖于⽤户赋予它们多⼤的信任程度。
在19世纪Kerchoffs写下了现代密码学的原理。
其中⼀个重要的原理是：加密体系的安全性并不依赖于加密的⽅法本⾝，⽽是依赖于所使⽤的密钥。
⼀般说来为了实现保密的通信必须提供下⾯三种服务：数据保密传输的信息除了指定的接收者其他⼈⽆法解密。
⾝份鉴别传输通信的双⽅能够相互鉴别⾝份。
保证数据完整性保证接收者收到的信息与发送者发送的信息相同，并且能够检测到信息被破坏。
密码学的研究⽬标就是设计能够实现上述三种服务的各种算法。
在本章介绍的算法包括：分组加密算法、公开密钥加密算法、⽂摘算法。
通过组合使⽤这些算法可全部实现这些服务。
4.1密码理论与技术研究现状及发展趋势现代密码学主要包括两部分，即基于数学的密码理论与技术（包括公钥密码、分组加密算法、流加密算法、认证码、数字签名、Hash函数、⾝份识别、密钥管理、PKI技术等）和⾮数学的密码理论与技术（包括信息隐形，量⼦密码，基于⽣物特征的识别理论与技术）。
⾃从1976年公钥密码的思想提出以来，国际上已经出现了许多种公钥密码体制，但⽐较流⾏的主要有两类：⼀类是基于⼤整数因⼦分解问题的，其中最典型的代表是RSA；另⼀类是基于离散对数问题的，⽐如ElGamal公钥密码和椭圆曲线公钥密码。
精品文档-密码学基础(范九伦)-第4章
第4章 Hash函数
实际应用中的Hash函数可分为简单的Hash函数和带密钥的 Hash函数。带密钥的Hash函数通常用来作为消息认证码(Message Authentication Code)。假定Alice和Bob有一个共享的密钥k， 通过该密钥可以产生一个Hash函数Hk。对于消息x，Alice和Bob 都能够计算出相应的消息摘要y=Hk(x)。Alice通过公共通信信道 将二元组(x，y)发送给Bob。当Bob接收到(x，y)后，它可以通过 检验y=Hk(x)是否成立来确定消息x的完整性。如果y=Hk(x)成立， 说明消息x和消息摘要y都没有被篡改。
第4章 Hash函数
下面给出带密钥的Hash函数族的定义。 定义4.1.4 一个带密钥的Hash函数族包括以下构成要素： (1) X：所有消息的集合(有限集或无限集)； (2) Y：所有消息摘要构成的有限集合； (3) K：密钥空间，是所有密钥的有限集合； (4) 对任意的k∈K，都存在一个Hash函数Hk∈H，Hk: X→Y。 如果Hk(x)=y，则二元组(x，y)∈X×Y称为在密钥k下是有效 的。
第4章 Hash函数 生日攻击的思想来源于概率论中一个著名的问题——生日问
题。该问题是问一个班级中至少要有多少个学生才能够使得有两 个学生生日相同的概率大于1/2。该问题的答案是23。即只要班 级中学生的人数大于23人，则班上有两个人生日相同的概率就将 大于1/2。基于生日问题的生日攻击意味着要保证消息摘要对碰 撞问题是安全的，则安全消息摘要的长度就有一个下界。例如， 长度为40比特的消息摘要是非常不安全的，因为仅仅在220(大约 为一百万)个随机Hash函数值中就有50%的概率发现一个碰撞。所 以对于安全的消息摘要，现在通常建议可接受的最小长度为128 比特(此时生日攻击需要超过264个Hash函数值)。而实际使用的消 息摘要一般为160比特甚至更长。
现代密码学原理与应用第4章
4.1 分组密码概述
所谓分组密码是将明文分成一组一组，在密钥的控制下， 经过加密变换生成一组一组的密文。具体而言，分组密码就是 将明文消息序列 m1, m2, , mi , 划分成等长的消息组
(m1, m2 , , mn ), (mn1, mn2 , , m2n ),
2．差分密码分析法
差分密码分析法与一般统计分析法的本质区别是，不直 接分析密文或密钥的统计相关性，而是通过对明文对的差值 与相应的密文对的差值之间的统计关系的分析，对密钥某些 位进行合理的推断与猜测。
3．线性密码分析
线性密码分析是一种已知明文攻击法。它通过对非线 性函数的线性近似来实现分析密钥的目标。其基本思想是 寻找一个密码算法的有效的线性近似表达式，即寻找分组 密码算法中明文、密文和密钥的若干位之间的线性关系， 最终破译密码系统。
图4-7 子密钥生成过程
① 置换选择PC1 【例4-2】设初始密钥
• K = (123DAB779F658067)16 • = (00010010 00111101 10101011 01110111 10011111
01100101 10000000 01100111)2 • 经过置换选择PC1，并分成左右两部分，结果为
子密钥产生的算法充分实现明文与密钥的扩散和混淆，没 有简单的关系可循，能抗击各种已知的攻击。
6．加密和解密运算简单
在以软件实现时，应选用简单的运算，使密码运算易于以 标准处理器的基本运算。
4.1.2 分组密码算法结构
1．Feistel结构 Feistel结构把任何函数（一般称F函数，又称轮函数）
转化为一个置换。
加密算法的输入是一个分组长度为2n的明文M0和一个种 子密钥K0，将明文M0分成左右两半L0和R0，这里L0是M0的左 半部分nbit，R0是M0的右半部分nbit，在进行完r轮迭代后，
密码学复习
•只要选择合适的反馈函数便可使序列的周期达到 最大值2n -1，周期达到最大值的序列称为m序列。
反馈函数:b1+b3
4.4 线性移位寄存器的一元多项式表示
设n级线性移位寄存器的输出序列{ ai } 满足递推关系 ak+n＝c1 ak＋n－1 c2 ak＋n－2 ... cn ak，
对任何k≥1成立。将这种递推关系用一个一 元高次多项式
表4.1 三级反馈移位 寄存器的输出状态表
图4.4 一个3级反馈移位寄存器
•三级反馈移位寄存器，其初始状态为(a1,a2,a3)＝(1,0,1)，
•输出可由表4.1求出，其输出序列为10111011101…，周期为4。
线性反馈移位寄存器（LFSR）
如果移位寄存器的反馈函数f(a1, a2, …, an)是a1, a2, …, an的线性函数，则称之为线性 反馈移位寄存器（LFSR）。
现代密码学理论与实践05 50/28
2013-8-15
扩展欧几里德算法求逆
元素{01}是乘法单位元。对任意次数小于8 的非零二元多项式b(x)，其 乘法逆元记为b-1(x)，可通过下述方法找到：使用扩展欧几里德算法计 算多项式a(x)和c(x)使得 b(x)a(x)+m(x)c(x)=1 m(x) = x8 + x4 + x3 + x +1
习题
1、对于线性替代密码，设已知明码字母J(9) 对应于密文字母P(15)，即9k mod 26 = 15, 试 计算密钥k以破译此密码。
答： k=9-1*15 mod 26 9-1 mod 26=3 k=3*15 mod 26=19
第四章 序列密码
4.1 序列密码的基本概念
第4章 网络安全的密码学基础
清华大学出版社
北京交通大学出版社
2.DES算法的加密过程 在DES中采用了多轮循环加密来扩散和混淆 明文。DES将明文消息按64比特分组，密 钥长度也是64比特，但是实际使用时密钥长 度是56比特，另外8比特用作奇偶校验位 （即每个字节的最后一位用作奇偶校验,使 得每一个字节含有奇数个1，因此可以检 错）。
清华大学出版社 北京交通大学出版社
DES加密算法框图 清华大学出版社 北京交通大学出版社
4.DES加密的子密钥生成过程
主密钥K（64 比特） 去除奇偶校验位 实际密钥（ 56 比特） 置换排列PC-1 C0 （28 比特） 循环左移位 D0 （28 比特） 循环左移位 置换排列PC-2 C1 （28 比特） D1 （28 比特） K1
清华大学出版社 北京交通大学出版社
已有的密码分析技术有很多，如代数攻击， 差分攻击，线性攻击，相关攻击等。如何对 差分密码分析和线性密码分析进行改进，降 低它们的复杂度仍是现在理论研究的热点 。
清华大学出版社
北京交通大学出版社
4.密码系统的安全性判断
衡量一个密码系统的安全性通常有两种方法： 无条件安全性和实际安全性。无条件安全性 也称为理论安全性。如果密码分析者具有无 限计算资源（如时间、设备、资金等）也无 法破译密码，那么这个密码体制是无条件安 全的。
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DES算法加密过程如下： ⑴ 输入64比特的明文，首先经过初始矩阵 IP置换； ⑵ 在56比特的输入密钥控制下，进行16轮 相同的迭代加密处理过程，即在16个48比 特子密钥控制下进行16轮乘积变换； ⑶ 最后通过简单的换位和逆初始置换，得 到64比特的输出密文。
清华大学出版社
计算机网络安全技术 第4章 信息加密技术
2019/2/1
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3．利用Euclid算法计算e,满足： e × d=1mod(p-1)×(q-1) ,即d、e的乘积 和1模Ø(n)同余。
4. e是加密密钥，d是解密密钥
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3.4计算机网络的加密技术
网络加密技术主要是指数据传输加密技 术。 在实际应用中，通常将常规密码和公钥 密码结合在一起。比如，利用DES 和 IDEA来加密信息，利用RSA来传递会话 密钥。
执行加密成EXE文件命令
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EXE文件加密器
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解密文件
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3. A-Lock邮件加密软件的使用 执行Encrypt/Decrypt命令
第四章 信息加密技术
本章要点：
传统工艺加密方法 DES加密算法和RSA加密算法 计算机网络的加密技术 几个简单加密软件的使用
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3.1 概述
信息加密技术是保障信息安全的核心技术。 一个数据加密系统包括： 加密算法、明文、密文和密钥。 密钥控制加密和解密过程，一个加密系统的全 部安全性是基于密钥的，而不是基于算法，所 以，密钥管理很重要。
公开密钥算法也叫非对称算法，作为加 密的密钥不同于作为解密的密钥 ，而且 解密密钥不能根据加密密钥计算出来。 之所以叫公开密钥算法，是因为加密密 钥能够公开。 加密密钥叫公开密钥，解秘密钥叫私人 密钥