第2章密码学概论

第2章密码学基础要点

2018/10/4
计算机系统安全原理与技术（第3版）
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2.1 概述

发展

第二阶段是计算机密码学阶段，包括： ①传统方法的计算机密码学阶段。解密是加密的简单逆过程，两者所用的密钥是可以简单地互相推导的，因此无论加密密钥还是解密密钥都必须严格保密。这种方案用于集中式系统是行之有效的。 ②包括两个方向：一个方向是公钥密码（RSA），另一个方向是传统方法的计算机密码体制——数据加密标准（DES、AES）。
计算机系统安全原理与技术（第3版）
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2.3 对称密码体制

2.3.1 常见的对称密码算法
1 数据加密标准DES

由于DES设计时间较早，且采用的56位密钥较短，因此目前已经发掘出一系列用于破解DES加密的软件和硬件系统。DES不应再被视为一种安全的加密措施。现代的计算机系统可以在少于1天的时间内通过暴力破解56位的DES密钥。如果采用其他密码分析手段可能时间会进一步缩短。而且，由于美国国家安全局在设计算法时有行政介入的问题发生，很多人怀疑DES算法中存在后门。
计算机系统安全原理与技术（第3版）
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2.3 对称密码体制

Байду номын сангаас

根据密码算法对明文信息的加密方式，对称密码体制常分为两类：另一类为序列密码(Stream cipher，也叫流密码)

序列密码一次加密一个字符或一个位。序列密码将M划分为一系列的字符或位m1, m2, …, mn，并且对于这每一个mi用密钥序列Ke=(Ke1, Ke2, …, Ken)的第i个分量Kei来加密，即C=(C1, C2, …, Cn)，其中Ci=E(mi，Kei)，i=1,2,…, n。

第2章密码学导论(3)

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RSA算法的密钥选择(续)
（2）选择一个很大的随机整数d，使得该整数与 (p – 1) * (q – 1)的最大公因子为1 （3）从p，q和d中计算出e，e是以(p – 1) * (q – 1) 为模的d的倒数，即 e * d = 1 (mod (p – 1) * (q – 1)) • 从以上算法过程可以看出，私钥是根据一定规则选择的，而公钥是计算得出的。
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公钥密码学原理
• W. Diffie和M. Hellman于1976年首先给出了公钥密码系统的定义： • 一个公钥密码系统由一对加密算法E和解密算法D构成，该公钥密码系统采用一个密钥对集合KS = {(PK, VK)}，对于任何一个KS集合中的密钥对(PK, VK)与任何一个明文P，存在以下特性： • （1）采用密钥对(PK, VK)中任何一个密钥对明文P执行加密算法E，都可以采用另外一个密钥对密文进行解密。
第2章密码学导论(3)
公钥密码学概述
关键知识点
• 公钥密码学是为了解决电信网环境下的安全数据传递而提出的密码方法。 • 公钥密码学可以公开部分密钥。 • 公钥加密算法目前采用计算不可逆原理 • 目前广泛应用的公钥加密算法是RSA算法 • Diffie-Hellman密钥生成算法可以解决在公共电信网环境下数据加密传递的问题
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公钥密码学原理(续1)
（2）对于掌握了密钥对(PK, VK)，则加密算法E 和解密算法D都是容易计算的。（3）如果公开密钥对中的一个密钥，例如PK，则无法通过计算推导出另外一个密钥，例如 VK。（4）如果只掌握了密钥对中的一个密钥PK，并且利用该密钥将明文P加密得到密文C，则无法再利用该密钥将C进行解密得到明文P。 • 这4个特性较为完整地刻画了公钥密码系统的特征。

网络安全原理与应用第2章密码学导论

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主要内容
• • • • • • • 恺撒加密法传统密码学基本原理数据加密标准DES算法三重DES算法高级加密标准AES算法 RC4算法加密操作模式
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传统密码学历史
• 传统密码学起源于古代的密码术。早在古罗马时代恺撒大帝就采用“替代”方法加密自己发布的命令，这种“替代”加密方法被称为“恺撒加密法”。传统密码学的基本原理可以归结为两条对数据处理的方法：替代和换位。 • 美国国家标准局(NBS)于1977年颁布的数据加密标准(DES)是目前广泛应用的传统加密方法。 • 美国国家标准与技术学会(NIST)在2001年颁布的高级加密标准(AES)将是未来取代DES的一种加密方法。
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加密系统的安全性(续3)
• 表2.1 典型常数和参数数量级别一览表
典型常数和参数一年的秒钟数数量级别 3.15×107
主频为3.0GHz的CPU的一年运转的时钟循环次数
56个比特长度的二进制数个数 64个比特长度的二进制数个数 80个比特长度的二进制数个数 128个比特长度的二进制数个数
9.46×1016
传统密码学概述
沈苏彬南京邮电大学信息网络技术研究所
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关键知识点
• • • • 传统密码学的基本原理是“替代”和“换位” 传统密码学的加密和解密采用同一个密钥传统密码学的安全性很大程度上决定密钥长度目前常用的传统密码学算法是DES算法，56比特的DES算法并不安全。 • 未来拟采用的传统密码学算法是AES算法
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通用凯撒密码算法
• W. Stallings将凯撒密码算法中的字母表移位数从3扩展到任意数k < 26, 这样, 就可以得到通用凯撒密码加密算法: C = E(p) = (p + k) mode 26 • 这样, 通用凯撒密码解密算法就可以表示为: p = D(C) = (C - k) mod 26 • 这里k就是通用凯撒密码的密钥. 由于k只有25 个可能取值, 所以, 在已知加密/解密算法下, 只要尝试25种密钥, 就可以破译通用凯撒密码.

密码学 Chapter2

– K＝k1k2…kd – 第i位密钥ki表示采用k=ki的凯撒替换表 – 密钥重复使用
• 加密算法：Ci = E(pi) = (pi+ki) mod 26
• 解密算法：pi = D(Ci) = (Ci-ki) mod 26
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• 例如：密钥deceptive
密钥：deceptivedeceptivedeceptive 明文：wearediscoveredsaveyourself 密文：ZICVTWQNGRZGVTWAVZHCQYGLMGJ
– 常见置换技术
– 转轮机 – Enigma
• 穷举攻击、字频统计攻击、Kasiski分析、重合指数、重合互指数
• 第五节其它相关技术
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1
第一节对称密码系统的模型
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2
经典对称密码体制
密码分析员信源明文P 加密器E 密钥K 密钥源
• 解密过程： – 加密过程的逆
E L U
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F P V
G Q W
A B I/J S X
R D K T Z
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安全性
• 有26×26＝676个字母对，单个字母的统计规律有改善 • 频率统计表需676个表项，需要更多密文才能有效统计 • 该密码曾在二战期间广泛被美英军方使用
C KP mod 26
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• 解密过程： • 安全性：
P K
1
C mod 26
– 对单字母的频率特性掩盖得很好 – m越大，掩盖的频率信息越多 – 可以抗唯密文攻击 – 易受已知明文攻击！

计算机网络安全第二章(密码学)

0 9 3 4
14 9 8 6 0 14 5 3
S5
2 6 8 0 13 3 4 14 7 5 11 12 9 5 6 1 13 14 0 11 3 8 8 12 3 7 0 4 10 1 13 11 6 5 15 10 11 14 1 7 6 0 8 13 0 9 3 4 8 13 3 12 1 10 14 3 7 14 10 15 10 7 9 5 9 5 6 0 7 5 10 12 2 15 8 0 5 15 14 2 6 8 9 3 1 6 2 12
密码编码学
密码编码学是使消息保密的技术和科学。
密码分析学密码分析学是破译密文的技术和科学。
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目录>>密码学的内容
密码编码学
密码编码系统通常根据以下三个独立的
方面进行分类：
加密算法的类型
所使用的密钥数量明文处理的方式
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5 10 11 5 2 15 14 9
S2
3 15 5 1 13 12 7 11 4 2 8 4 6 10 2 8 5 14 12 11 15 1 15 3 0 11 1 2 12 5 10 14 7 9 8 7 4 15 14 3 11 5 2 12 2 7 1 4 8 2 3 5 5 11 12 4 15 12 1 10 14 9 14 5 2 8 4 11 12 7 2 14
33 42 51 60 39 46 53 28 1 23 27 47 44 50
25 34 43 52 31 38 45 20 5 19 20 55 49 36
17 26 35 44 23 30 37 12 3 12 13 30 39 29

第2章密码学基础

明文是原始的信息（Plain text，记为P）密文是明文经过变换加密后信息（Cipher（塞佛） text，记为C）加密是从明文变成密文的过程（Enciphering，记为E）解密是密文还原成明文的过程（Deciphering，记为D）密钥是控制加密和解密算法操作的数据（Key，记为K）
非对称密钥体制
在非对称加密中，加密密钥与解密密钥不同，此时不需要通过安全通道来传输密钥，只需要利用本地密钥发生器产生解密密钥，并以此进行解密操作。由于非对称加密的加密和解密不同，且能够公开加密密钥，仅需要保密解密密钥，所以不存在密钥管理问题。非对称加密的另一个优点是可以用于数字签名。但非对称加密的缺点是算法一般比较复杂，加密和解密的速度较慢。在实际应用中，一般将对称加密和非对称加密两种方式混合在一起来使用。即在加密和解密时采用对称加密方式，密钥传送则采用非对称加密方式。这样既解决了密钥管理的困难，又解决了加密和解密速度慢的问题。
2.2
密码破译
密码破译是在不知道密钥的情况下，恢复出密文中隐藏的明文信息。密码破译也是对密码体制的攻击。密码破译方法
1. 穷举攻击破译密文最简单的方法，就是尝试所有可能的密码组合。经过多次密钥尝试，最终会有一个钥匙让破译者得到原文，这个过程就称为穷举攻击。
逐一尝试解密密文
解密
错误报文
对称密钥体制
对称加密的缺点是密钥需要通过直接复制或网络传输的方式由发送方传给接收方，同时无论加密还是解密都使用同一个密钥，所以密钥的管理和使用很不安全。如果密钥泄露，则此密码系统便被攻破。另外，通过对称加密方式无法解决消息的确认问题，并缺乏自动检测密钥泄露的能力。对称加密的优点是加密和解密的速度快。
2.3.1 对称加密技术

[课件]pdf第2章密码学的基本概念和信息理论基础PPT

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代替密码（1）
• 代替密码（substitution cipher）：明文中的每个字符被替换成密文中的另一个字符。 – 简单代替，即单字母密码; • 明文中字母的出现频度、重复字母的模式和字母相互之间的结合模式等统计特性不变，安全性差。如Caesar密码； – 多码代替密码； • 没有隐藏明文中不同字母的统计特性，安全性有所提高。
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2.2 经典密码及其破译
• 2.2.1 代替密码 • 2.2.2 置换密码
16
• 【例2．1】简单的加密形式，基于块加密和异或运算。 • 消息： 00110101010001010011010100101011 10010101 • 消息块：00110101 01000101 00110101 00101011 10010101 • 密钥：01010101 01010101 01010101 01010101 01010101 • 密文：01100000 00010000 01100000 01111110 11000000
• 假定：密码分析者知道对方所使用的密码系统 – 包括明文的统计特性、加密体制（操作方式、处理方法和加/解密算法）、密钥空间及其统计特性。 – 不知道密钥。 • 在设计一个密码系统时，目标是在Kerckhoffs 假设的前提下实现安全。
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2.1.5 密码分析
• 密码分析：从密文推导出明文或密钥。 • 密码分析常用的方法有以下4类： – 惟密文攻击（cybertext only attack）； – 已知明文攻击（known plaintext attack）； – 选择明文攻击（chosen plaintext attack）； – 选择密文攻击（chosen ciphertext attack）。

第2章密码技术资料.

码技
Attack）。
术
选择密文攻击（Chosen-Cipher Text Attack）。
选择密钥攻击（Chosen-Key Attack）。
软磨硬泡攻击（Rubber-Hose Cryptanalysis）。
3．算法的安全性
不同的密码算法具有不同的安全等级。如果破译
算法的代价大于加密数据的价值，破译算法所需的时
第
难，又解决了加解密速度的问题。如图2-3所示。
2
章
密码技术
2.2 网络加密方式
2.2.1 链路加密
第 2
2.2.2 节点加密
章
2.2.3 端－端加密
密码技术
2.2.1 链路加密
链路加密是目前最常用的一种加密方法，通常用硬件在网络层以下（1、2层）的物理层和数据链路层中实现，它用于保护通信节点间传输的数据。图2-4表示了这种加密方式的原理。
钥密码体制或非对称密码体制）。
第
2
所谓单钥密码体制，指的是在加密和解密时，使
章
用的是同一个密钥，或者虽然使用不同的密钥，但是
密码
能通过加密密钥方便地导出解密密钥。
技
术
单钥密码体制在应用中暴露出越来越多的缺陷。
1．密钥管理的麻烦
2．不能提供法律证据
3．缺乏自动检测保密密钥泄密的能力
为了解决单钥密码体制码体制便应运而生。不
同于以前采用相同加密和解密密钥的对称密码体制，双
钥体制的每个用户都有一对选定的密钥：一个是可以公
开的，以K1表示；另一个则是秘密的，以K2表示。公开
第
的密钥可以像电话号码一样公布，因此称为公钥密码体
2 章
制（Public Key Cryptosystem，PKC）或双钥体制

第2章 密码学概论

第2章 密码学基础要点

第2章密码学导论(3)

网络安全原理与应用 第2章 密码学导论