现代密码学-第4章公钥密码体制

现代密码学-绪论

伪造：对真实性进行攻击
在网络中插入伪造的消息冒充消息发送者，在文件中插入伪造记录等重放、假冒、诽谤、中间人攻击（Man-in-the-Middle，简称“MITM”）
主动攻击很难完全防止，因为它是不断变化的
13/
第一章绪论：1.1 信息安全面临的威胁
*** 安全威胁的来源
安全威胁主要来自于黑客(又称入侵者)和恶意代码(包括病毒)的非法入侵
各种自然灾害(洪水，雷电等)，恶劣的场地环境(漏水，烟火，粉尘，温湿度失调，害虫)、电磁辐射与干扰，系统故障(网络设备自然老化、电源、软硬件故障、通讯故障)等等。
对信息系统具有摧毁性，故障性，秘密泄漏。
人为威胁：
对信息及信息系统的人为攻击 ▪ 通过寻找系统的弱点，以便达到破坏，欺骗，窃取数据等目的 ▪ 人为威胁可区分为有意和无意两种
犯罪分子
非法窃取系统资源，对数据进行未授权的修改或破坏计算机系统。如盗用信用卡号和密码，银行转帐，网络钓鱼等
17/
第一章绪论：1.1 信息安全面临的威胁
*** 安全威胁的来源
威胁来源之恶意代码
恶意代码指病毒、蠕虫等恶意程序，往往是黑客编写使用的工具或者具有独立执行能力的病毒等软件
恶意代码可分为两类：
*** 安全威胁的来源
从黑客性质上又可分为如下几种：
无恶意的人(白帽子、灰帽子)
仅仅是破译和进入一个计算机系统，为了展示自己在计算机网络方面的才能，满足某种心理需求(病毒编写者，黑客软件编写者和使用者)
心怀不轨，有报复心理的人
对计算机系统实施破坏，以达到某种心理平衡。比如不满的雇员，竞争的对手
、密钥的窃取等等都是现实的威胁
安全漏洞(Vulnerability)是信息及信息系统产生安全问题的内因

现代密码学杨波课后习题讲解

选择两个不同的大素数p和q，计算n=p*q和φ(n)=(p-1)*(q-1)。选择整数e，使得1<e<φ(n)且e 与φ(n)互质。计算d，使得 d*e≡1(mod φ(n))。公钥为 (n,e)，私钥为(n,d)。
将明文信息M（M<n）加密为密文C，加密公式为 C=M^e(mod n)。
将密文C解密为明文信息M，解密公式为M=C^d(mod n)。
课程特点
杨波教授的现代密码学课程系统介绍了密码学的基本原理、核心算法和最新进展。课程注重理论与实践相结合，通过大量的案例分析和编程实践，帮助学生深入理解和掌握密码学的精髓。
课后习题的目的与意义
01 巩固课堂知识
课后习题是对课堂知识的有效补充和延伸，通过解题可以帮助学生加深对课堂内容的理解和记忆。
不要重复使用密码
避免在多个账户或应用中使用相同的密码，以减少被攻击的风险。
注意网络钓鱼和诈骗邮件
数字签名与认证技术习题讲
05
解
数字签名基本概念和原理
数字签名的定义
数字签名的应用场景
数字签名是一种用于验证数字文档或电子交易真实性和完整性的加密技术。
电子商务、电子政务、电子合同、软件分发等。
数字签名的基本原理
利用公钥密码学中的私钥对消息进行签名，公钥用于验证签名的正确性。签名过程具有不可抵赖性和不可伪造性。
Diffie-Hellman密钥交换协议分析
Diffie-Hellman密钥交换协议的原理
该协议利用数学上的离散对数问题，使得两个通信双方可以在不安全的通信通道上协商出一个共享的密钥。
Diffie-Hellman密钥交换协议的安全性
该协议在理论上被证明是安全的，可以抵抗被动攻击和中间人攻击。

公钥密码体制的现状与发展

Ｋｙｗｏｄ：ｕｌｅｒｐｏｒｐｙｄｓｒｔｇｒｈｐｏｌｍ；ａｔｅｒｄｃｉｎｑａｔｍｉｈｒｂｉｒｕｓｅｒｓｐｂｉｋｙｃｙｔｇａｈ；ｉｅｅｌａｔｍｒｂｅｌｔｃｅｕｔ；ｕｎｕｃｅ；ｒｄｇｏｐｃｃｏｉｉｏｐａ
序列，ｌ３４９１，５不是超递增序列。一个背包问题称为是而ｆ，，，，５２）
易解的。果其重量序列是一个超递增序列。超递增背包问题可如
在时间０ｎ内很容易地解决，（）如果有解，解一定是唯一的。
实际上存在两类不同的背包问题，一类在线性时间内可解．即易解的背包，另一类只能在指数时间内可解。背包体制的思而想是选取一个易解的背包问题。后将它伪装成非常难解的一般然的背包问题。原来的背包集可以当作私钥，换后的背包集作则变
维普资讯
、．．。
本责编冯栏目任辑：墨
公钥密码体制的现状与发展
卓泽朋 ’魏仕民。。曹浩 ’
（，１淮北煤炭师范学院数学系；安徽淮北２５０；，３００２淮北煤炭师范学院计算机科学与技术系；安徽淮北２５０）３００
zcmdllforrandomas4dimsaslongstext1textput41sclose4endsub4结束语本文介绍了在用vb60编写的应用程序中进行软件注册的详细实现过程主要是通过利用api函数getvolumeinformation来获取硬盘卷序列号对该序列号进行加密操作生成注册码后提供给用户完成软件注册功能的在这里提供了详细的实现步骤在实际应用中软件开发者可以根据不同的加密算法来生成不同的软件注册码实现对应用软件的有效保护

第04章密码学原理

57 10 63 14
49 2 55 6
41 59 47 61
33 51 39 53
25 43 31 45
17 35 23 37
9 27 15 29
1 19 7 21
58 11 62 13
50 3 54 5
42 60 46 28
34 52 38 20
26 44 30 12
18 36 22 4
第4章网络安全密码学基本理论
密码学是一门研究信息安全保护的科学。它最早可追溯到几千年前，主要用于军事和外交通信。随着网络与信息技术的发展，密码学的应用不再局限于军事、政治、外交领域，而是逐步应用于社会各个领域，例如电子商务、个人安全通信、网络安全管理等。密码学的发展可大致划分为四个阶段：
第4章网络安全密码学基本理论第一个阶段：从古代到1949年。该时期的密码学没有数学
第4章网络安全密码学基本理论 4.1.2 密码学基本概念
密码学，是保护明文的秘密以防止攻击者获知的科学。
密码分，析学是在不知道密钥的情况下识别出明文的科学。
明文，是指需要采用密码技术进行保护的消息。
密文，是指用密码技术处理“明文”后的结果，通常称为加
密消息。
第4章网络安全密码学基本理论
将明文变换成密文的过程称作加密(encryption)。其逆过程，即由密文恢复出原明文的过程称作解密
道交换密钥，以保证发送消息或接收消息时能够有供使用的密钥。
第4章网络安全密码学基本理论
加密
解密
明文
密文
密文
明文
图4-1 私钥密码体制原理示意图
第4章网络安全密码学基本理论密钥分配和管理是极为重要的问题。为了保证加密消息的安全，密钥分配必须使用安全途径，例如由专门人员负责护送密钥给接收者。同时，消息发送方和接收方都需要安全保管密钥，防止非法用户读取。另外的问题是密钥量。由于加密和解密使用同一个密钥，因此，与不同的接收者进行加密通信时，需要有几个不同的密

第四章密码学基础1

混乱：
指明文、密钥和密文之间的统计关系尽可能
复杂，使得攻击者无法理出三者的相互依赖关系。

s-p网络的轮函数包括3个变换：代换、置换、密钥混合。
4.3.2 DES数据加密标准

1 算法简介

数据加密标准(Data Encryption Standard,DES) 是使用最广泛的密码系统。1973年美国国家标准局征求国家密码标准文字，IBM公司于1974年提交，于1977年被采纳为DES。 DES出现后20年间，在数据加密方面发挥了不可替代的作用。20世纪90年代后，随着技术的发展，密钥长度偏短，DES不断传出被破译的进展情况。1998年12月美国国家标准局不再用DES作为官方机密，推荐为一般商业应用，于2001年11月发布了高级加密标准（AES）。
字母表是循环的，Z后面的是A，能定义替换
表，即密钥。明文：a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t uvwxyz 密文: D E F G H I J K L M N O P Q R S T U VWXYZABC

Caesar算法能用如下公式表示： C=E(3,m)=(m+3) mod 26 如果对字母表中的每个字母用它之后的第k个字母来代换，而不是固定其后面第3个字母，则得到了一般的Caesar算法： C=E(k,m)=(m+k) mod 26

如果加密、解密用不同的密钥，是非对称加密。图解
Ek1(P)=C
Dk2(C)=P Dk2(Ek1(P))=P
4.1.3密码的分类 1按应用技术分：

手工密码机械密码电子机内乱密码
通过电子电线，程序进行逻辑运算，以少量制乱

清华大学出版社密码学PPT课件

✓ 二十世纪末的AES算法征集活动使密码学界又掀起了一次分组密码研究的高潮。同时，在公钥密码领域，椭圆曲线密码体制由于其安全性高、计算速度快等优点引起了人们的普遍关注和研究，并在公钥密码技术中取得重大进展。
✓ 在密码应用方面，各种有实用价值的密码体制的快速实现受到高度重视，许多密码标准、应用软件和产品被开发和应用，美国、德国、日本和我国等许多国家已经颁布了数字签名法，使数字签名在电子商务和电子政务等
同时在公钥密码领域椭囿曲线密码体制由于其安全性高计算速度快等优点引起了人们的普遍关注和研究幵在公钥密码技术中叏得重在密码应用斱面各种有实用价值的密码体制的快速实现叐到高度重视许多密码标准应用软件和产品被开収和应用美国德国日本和我国等许多国家巫经颁布了数字签名法使数字签名在电子商务和电子政务等领域得到了法律的认可推劢了密码学研究和应用的収展
可以对用该密钥加密的任何新的消息进行解密。
④ 选择密文攻击(Chosen—ciphenext attack)
选择密文攻击是指密码分析者可以选择一些密文，并得到相应的明文
1.3.3 对密码系统的攻击
密码分析者破译或攻击密码的方法主要有穷举攻击法、统计分析法和数学分析攻击法。
（1）穷举攻击法
穷举攻击法又称为强力或蛮力（Brute force）攻击。这种攻击方法是对截获到的密文尝试遍历所有可能的密钥，直到获得了一种从密文到明文的可理解的转换；或使用不变的密钥对所有可能的明文加密直到得到与截获到的密文一致为止。
1.3.1密码学的主要任务（续）
③ 鉴别
这是一种与数据来源和身份鉴别有关的安全服务。鉴别服务包括对身份的鉴别和对数据源的鉴别。对于一次通信，必须确信通信的对端是预期的实体，这就涉及到身份的鉴别。

密钥管理

5.1.5 密钥的控制使用
密钥可根据其不同用途分为会话密钥和主密钥两种类型，会话密钥又称为数据加密密钥，主密钥又称为密钥加密密钥。如果主密钥泄露了，则相应的会话密钥也将泄露，因此主密钥的安全性应高于会话密钥的安全性。一般主密钥都是物理上安全的，如果把主密钥当作会话密钥注入加密设备，那么其安全性则降低。由于密钥的用途不同，因此对密钥自己注册的公开钥。（如果由于自己的公开钥用过的次数太多或由于与公开钥相关的秘密钥已被泄露）。 ④ 管理员定期公布或定期更新目录表。例如，像电话号码本一样公布目录表或在发行量很大的报纸上公布目录表的更新。 ⑤ 用户可通过电子手段访问目录表，这时从管理员到用户必须有安全的认证通信。
图5.2 无中心的密钥分配
5.2 公钥加密体制的密钥管理
本节介绍两方面内容：一是公钥密码体制所用的公开密钥的分配，二是如何用公钥体制来分配单钥密码体制所需的密钥。
5.2.1 公钥的分配
1. 公开发布公开发布指用户将自己的公钥发给每一其他用户，或向某一团体广播。例如PGP（pretty good privacy）中采用了RSA算法，它的很多用户都是将自己的公钥发送到公开（公共）区域。
单钥体制中的密钥控制技术有以下两种。 (1) 密钥标签用于DES的密钥控制，将DES的64比特密钥中的8 个校验位作为控制使用这一密钥的标签。标签中各比特的含义为： • 一个比特表示这个密钥是会话密钥还是主密钥； • 一个比特表示这个密钥是否能用于加密； • 一个比特表示这个密钥是否能用于解密； • 其他比特无特定含义，留待以后使用。
5.1.3 密钥的分层控制
网络中如果用户数目非常多而且分布的地域非常广，一个KDC就无法承担为用户分配密钥的重任。问题的解决方法是使用多个KDC的分层结构。例如，在每个小范围（如一个LAN或一个建筑物）内，都建立一个本地KDC。同一范围的用户在进行保密通信时，由本地KDC为他们分配密钥。如果两个不同范围的用户想获得共享密钥，则可通过各自的本地KDC，而两个本地KDC的沟通又需经过一个全局KDC。这样就建立了两层KDC。类似地，根据网络中用户的数目及分布的地域，可建立3层或多层KDC。

Security_04_密码技术-现代密码学-DES-智能信息安全

S-DES －－ P4置换
1 2 2 4 3 3 4 1
S-DES －－密钥的生成
P10 5 LS-1 5 K1 8 P8 5 LS-1 5
设10bit的密钥为（ k1,k2,…,k10 ) 置换P10(k1,k2,…,k10) =(k3,k5,k2,k7,k4,k10,k1,k9,k8,k6) 置换P8 (k1,k2,…,k10) =(k6,k3,k7,k4,k8,k5,k10,k9 )
n4+k11,n1+k12,n2+k13,n3+k14 n2+k15,n3+k16,n4+k17,n1+k18
把它们重记为8位：
P0,0 P0,1 P0,2 P0,3 P1,0 P1,1 P1,2 P1,3
上述第一行输入进S盒S0，产生2位的输出；第二行输入进S盒S1，产生2位的输出。
S-DES －－ S0、S1运算
LS-1为循环左移1位， LS-2为循环左移2位例：按照上述条件，若K选为 (1010000010)，产生的两个子密钥分别为 K1=(1 0 1 0 0 1 0 0) K2=(0 1 0 0 0 0 1 1)
LS-2 5
P8
LS-2 5
K2
8
S-DES方案示意图
加密 8bit明文 IP fk
密码系统模型
现代密码学中分组密码算法设计指导原则

Diffusion(发散)

小扰动的影响波及到全局明文或密钥的一位影响密文的多位，密文没有统计特征

Confusion(混淆)

强调密钥的作用增加密文与明文及密钥之间关系的复杂性无法从数学上描述，或从统计上去分析