03密码学引言
密码学
密码学——信息战中的一把利剑中文摘要：密码技术是保障信息安全的核心技术。
密码学是在编码与破译的斗争实践中逐步发展起来的，并随着先进科学技术的应用，已成为一门综合性的尖端技术科学。
Abstract：Cryptographic techniques to protect the information security of the core technology. Cryptography is the practice of encoding and decoding of the struggle gradually developed, and along with the application of advanced science and technology has become a comprehensive cutting-edge technological sciences.中文关键字：密码学密码技术信息安全Keyword：Cryptology Crytography Security第一章引言密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。
研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信秘密的，称为编码学；应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译学，总称密码学。
一般来讲，信息安全主要包括系统安全及数据安全两方面的内容。
系统安全一般采用防火墙、病毒查杀、防范等被动措施；而数据安全则主要是指采用现代密码技术对数据进行主动保护，如数据保密、数据完整性、数据不可否认与抵赖、双向身份认证等。
密码技术是保障信息安全的核心技术。
密码技术在古代就已经得到应用，但仅限于外交和军事等重要领域。
随着现代计算机技术的飞速发展，密码技术正在不断向更多其他领域渗透。
它是集数学、计算机科学、电子与通信等诸多学科于一身的交叉学科。
密码技术不仅能够保证机密性信息的加密,而且完成数字签名、身份验证、系统安全等功能。
密码学的理论基础
RSA算法介绍:
设p、q为两个大素数，n=pq
令φ(n)=(p-1)(q-1) 寻找一对e,d，使ed≡1 mod φ(n) 加密：E(X)=xemod n, x∈Zn 解密：E(y)=ydmod n, X∈Zn
• 非对称密码体（Asymmetric Encryption）
– 非对称密码体制也叫公开密钥密码体制、双密钥密码体制。其原 理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 。 – 目前普遍使用的对称加密算法主要有RSA、Elgamal（离散对数） 、ECC（椭圆曲线）等。
明文（64bits）
DES
IP置换（64bits）
算 法
L0(32bits)
R0(32bits)
+
f
ki
结
构
L1=R0
R1=L0 + f(R0,k1) 16轮同样运算…
L16
R16=L15 + f(R15,ki)
IP-1置换（64bits）
DES：IP置换
IP置换表
58 60
50 52
42 44
• 密码学的理论基础
– 密码学的理论基础之一是1949年Claude Shannon发表 的“保密系统的通信理论”（The Communication Theory of Secrecy Systems），这篇文章发表了30年 后才显示出它的价值。1976年W.Diffie和M.Hellman发 表了“密码学的新方向”（New Directions in Cryptography）一文，提出了适应网络上保密通信的公 钥密码思想，开辟了公开密钥密码学的新领域，掀起 了公钥密码研究的序幕。受他们的思想启迪，各种公 钥密码体制被提出，特别是1978年RSA公钥密码体制 的出现，成为公钥密码的杰出代表，并成为事实标准 ，在密码学史上是一个里程碑。
密码学网络安全论文2篇
密码学网络安全论文2篇今天店铺就要跟大家分享下关于密码学网络安全论文有哪些~那么对此感兴趣的网友可以多来了解了解下。
下面就是具体内容密码学网络安全论文一：1. 引言随着国家网络信息化建设的飞速发展，越来越多的人通过Internet网络来学习与工作，但是，由于因特网的全球性，开放性。
无缝连通性，共享性和动态发展，任何人都可以自由的介入，使得人们在享受网络提供的更加开放的空间和丰富资源的同时，也面临着前所未有的网络安全的威胁。
愈演愈烈的黑客攻击事件以及非法信息的不断蔓延、网络病毒的爆发、邮件蠕虫的扩散，也给网络蒙上了阴影。
因此，网络安全问题已逐渐成为世人关注的社会问题。
2. 密码学的涵义和特点密码学是研究如何隐密地传递信息的学科。
在现代特别指对信息以及其传输的数学性研究，常被认为是数学和计算机科学的分支，和信息论也密切相关。
密码学的基本要素是加密算法和密钥管理，密码就是一组含有参数k的变换E。
设已知信息m，通过变换E得到密文c。
即c=Ek(m)这个过程称之为加密，参数k称为密钥。
不是所有含参数k的变换都可以作为密码，它的要求是计算Ek(m)不困难：而且若第三者不掌握密钥k，即使截获了密文c，他也无法从c恢复信息m。
从密文c恢复明文m的过程称之为解密。
解密算法D是加密算法E的逆运算，解密算法也是含参数k的变换。
密码体制从原理上可分为两大类，即单钥体制和双钥体制。
单钥体制的加密密钥k和解密密钥k相同，采用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，称为公钥;另一个则是秘密的，称为私钥。
3. 密码学如何促进网络安全(里面可包含几个小点)密码学是计算机网络安全的基础，计算机网络与分布式系统的安全包含两个主要内容：保密性――即防止非法地获悉数据;完整性――即防止非法地修改数据，要想解决这些问题，就需要用到现代密码学。
下面就为大家介绍密码学在网络安全中的常见应用。
3.1 对称加密方式对称密码算法有时又叫传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。
《密码学概论》课件
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
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密码学的目的是保护信息的机密 性、完整性和可用性。
密码学概述1.1引言
1.1 密码学发展概况
（一）古典密码（1949年以前）
密码学的起源可以追溯到4000年前
1.1 密码学发展概况
（一）古典密码（1949年以前）
公元前17世纪的菲斯图斯（Phaistos）圆盘密码
1.1 密码学发展概况
（一）古典密码（1949年以前）
公元前404年Biblioteka 古希腊斯巴达国使用皮条缠棒密 码为战争服务
1.1 密码学发展概况
（一）古典密码（1949年以前）
从实际情况看，密码编制和密码破译在两次 世界大战中得以迅速发展。如第一次世界大战中 的密码破译事件—齐默尔曼电报等，第二次世界 大战中的密码破译事件—恩尼格玛、紫密等。
1.1 密码学发展概况
（一）古典密码（1949年以前）
使用密码的目的：把信息转换成一种隐藏 的方式并阻止其他人得到它。
传统密码应用领域：军事和外交。
1.1 密码学发展概况
（一） 古典密码（从古代到1949年） （二） 近代密码学（从1949年到1975年） （三） 现代密码学（从1976年至今）
1.1 密码学发展概况
（一）古典密码（1949年以前）
望岳 ·杜甫
岱宗夫如何？齐鲁青未了。 造化钟神秀，阴阳割昏晓。 荡胸生层云，决眦入归鸟。 会当凌绝顶，一览众山小。
1.1 密码学发展概况
（一）古典密码（1949年以前）
1412年，波斯人G.S.卡勒卡尚迪在其主编的百科全书 中，载有利用语言特征和字母频率来破译密码的方法。
1466年，佛罗伦萨人L.B.艾伯蒂发表了现存的最早密 码学论文，论述了利用字母频率进行密码破译的技术以及 对抗这种技术的新体制—多表代替。
电报机在1832年俄国外交家希林制作出了用电流计指针偏转来接收信息的 电报机，1837年6月英国青年库克获得了第一个电报发明专利权，1835年 美国画家莫尔斯经过3年的钻研之后，第一台电报机问世，莫尔斯成功地用 电流的“通”“断”和“长断”来代替了人类的文字进行传送，这就是鼎 鼎大名的莫尔斯电码。
密码学基础
现代密码学
1.2.3 密码体制的攻击方法
密码分析者攻击密码体制的方法： （1）穷举攻击：通过试遍所有的密钥来进行破译。
对抗：可增大密钥的数量。 （2）统计分析攻击：通过分析密文和明文的统计规律来破译。
对抗：设法使明文和密文的统计规律不一样。 （3）解密变换攻击：针对加密变换的数学基础，通过数学求 解设法找到解密变换。
1928年开始使用。 ➢1933年，纳粹最高统帅部通信部决定将
“ENIGMA”作为德国国防军新式闪击部队 的通信装置。 ➢ 1940年，盟军破译ENIGMA
电子科技大学
现代密码学
传说，古时候有一对夫妻，男的名叫李石匠，女的叫张 小花。李石匠靠手艺赚钱，张小花在家纺纱织布。一年， 李石匠参加修建石桥，因工程紧张，十一个月也没回家 一次。张小花独自在家只有纺车做伴。一天石匠工地回 来一个工友路过她家，她托这个工友给丈夫带去一封书 信。
明文
加密 密钥
加密
密文
解密 密钥
解密
原始明文
电子科技大学
现代密码学
密码学起源
大约在4000年以前，在古埃及的尼罗河畔，一位 擅长书写者在贵族的基碑上书写铭文时有意用加 以变形的象形文字而不是普通的象形文字来写铭 文，从而揭开了有文字记载的密码史。这篇颇具 神秘感的碑文，已具备了密码的基本特征：把一 种符号(明文)用另一种符号(密文)代替
电子科技大学
现代密码学
1.2 密码学的基本概念
明文（plaintext）: 没有加密的信息 密文（ciphertext）: 加密后的信息 加密变换（encryption）: 从明文到密文的变换
解密变换（decryption）: 从密文到明文的变换
密钥(key): 加密和解密是在密钥控制下进行的。
密码学-第1章引言
教材
现代密码学（第二版）
陈鲁生、沈世镒编著 科学出版社 2008.8
5
参考教材
应用密码学
协议、算法与C源程序
Aprithms，and source code in C (Second Edition) (美) Bruce Schneier 著 吴世忠、祝世雄、张文政 等译 机械工业出版社 1999
26
1.2 密码学的基本概念
密码学的基本任务：发送者能够安全地将信息发送给
接收者，任何窃听者（攻击者）都不能读懂所发送的 信息。
发送者
接收者
窃听者
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密码学的作用
机密性
鉴别：信息的接收者能够确认消息的来源；窃听者不可
能伪装成他人。
完整性：信息的接收者能够验证在传送过程中信息没有
被修改；窃听者不可能用假信息代替合法信息。 抗抵赖：发送者事后不可能虚假地否认他发送的信息。
8
1.1 密码学的发展概况
密码学是一门古老、年轻且深奥的学科。
密码学是研究信息系统安全保密的科学。它包括密码编
码学和密码分析学。 密码学经历了从古典密码学到现代密码学的演变。 1949年前密码技术是一门技术性很强的艺术；1949年 Shannon “保密系统的通信理论”，密码学成为科学。 1976年Diffie和Hellman“密码学的新方向”，密码学的 一场革命。
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密码学起源
神智体（形意诗） 传说，古时候有一对夫妻，男的名叫李石匠，女的叫张小花 。李石匠靠手艺赚钱，张小花在家纺纱织布。一年，李石匠 参加修建石桥，因工程紧张，十一个月也没回家一次。张小 花独自在家只有纺车做伴。一天石匠工地回来一个工友路过 她家，她托这个工友给丈夫带去一封书信。
密码学原理及应用的小论文
密码学原理及应用的小论文引言密码学是研究通信安全和信息安全的学科，它涉及到使用密码算法来保障数据的机密性、完整性和可用性。
随着互联网的快速发展，密码学变得越来越重要，它不仅应用于日常的网络通信，还广泛应用于金融、电子商务、军事等领域。
本文将介绍密码学的基本原理以及其在现实生活中的应用。
密码学的基本原理密码学的基本原理主要包括对称密码和非对称密码两种方式。
对称密码对称密码也称为私钥密码，它使用相同的密钥进行加密和解密。
发送方使用密钥对明文进行加密，并将密文传输给接收方，接收方再使用相同的密钥对密文进行解密。
常见的对称密码算法包括DES（Data Encryption Standard）、AES （Advanced Encryption Standard）等。
对称密码的优点是加解密速度快，适合对大量数据进行加密。
然而，由于发送和接收方需要共享同一个密钥，导致密钥管理变得困难，容易引发安全问题。
非对称密码非对称密码也称为公钥密码，它使用两个密钥：公钥和私钥。
发送方使用接收方的公钥对明文进行加密，并将密文传输给接收方。
接收方使用自己的私钥对密文进行解密。
常见的非对称密码算法包括RSA（Rivest-Shamir-Adleman）、DSA （Digital Signature Algorithm）等。
非对称密码的优点是密钥管理方便，安全性较高。
然而，加解密速度比对称密码慢，适合对少量数据进行加密。
密码学的应用网络通信安全网络通信安全是密码学应用的主要领域之一。
在网络通信中，不同的实体通过公网进行数据传输，为了保障数据的机密性和完整性，使用密码学进行加密是必要的。
例如，在网上购物中，消费者使用网银进行支付，需要通过密码学保障交易数据的安全性，防止被黑客篡改或窃取。
数字签名数字签名是密码学在数据完整性验证方面的一个重要应用。
使用私钥对数据进行签名，然后接收方使用发送方的公钥对签名进行验证。
如果验证通过，则说明数据完整且未被篡改。
第三章 密码学概论PPT课件
密写术
用另外的某种东西把信息本身隐蔽起来。（隐蔽书写）
历史应用
情报写在绸布上再卷起来塞入小球，由信使吞入腹中。
近代应用
被铅笔芯重写，只有按一定的角度对光才能被看见。
秘密信息被照相后缩微一点，嵌入到覆盖信息中以取代普通 句点。
伊夫 爱丽丝
明文
以前的对
鲍勃
分析
密文
密文
密文
选择明文分析：攻击者得到自己选择的明文
从选择明文 中创建的对
以及对应的密文。
伊夫 爱丽丝
明文
分析
鲍勃
密文
密文
密文
选择密文攻击：攻击者可以选择不同的密 文来解密，以得到相对应的明文。
伊夫 从选择密文
中创建的对
密文
明文
分析
密文
鲍勃 密文
2、密码算法的安全性
现代应用
文本覆盖
用词语之间的单倍行距代表二进制的0，用双倍行距代表二进
This book制的is m1。ostly about cryptography, not about steganography.
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3.1.2 密码分析
密码分析是研究密钥未知的情况下恢复 明文的科学。密码分析的前提是攻击者已知 密码体制。通常假设攻击者知道正在使用的 密码体制。
这里加密算法便是将明文先分组再逆序书写，密钥是每组的 字符长。本例k=5。若不知道加密算法，这密文相对于明文面目 全非，从而达到加密的目的。
例2 最早的一种密码是在公元前两世纪，由一位希腊 人提出来的。他将26个字母排列在一个5×5的方格 里，其中i和j填在同一格，见表：
密码学的研究内容
密码学的研究内容一、引言密码学是一门研究如何将信息以一种不能被未经授权者理解的方式进行编码、传输和存储的科学。
它是信息安全领域中至关重要的组成部分，涉及多个方面的研究内容。
本文将详细介绍密码学的主要研究内容，包括密码编码学、密码分析学、协议密码学、密钥管理学、身份认证与数字签名以及隐私保护等方面。
二、密码编码学密码编码学是密码学的一个分支，主要研究如何将信息进行加密，以保证其机密性和安全性。
通过对明文进行一系列的算法处理，生成无法理解的密文，只有在拥有解密密钥的情况下才能恢复原始信息。
密码编码学还包括对加密算法的优化和改进，以适应不同的应用场景和安全需求。
三、密码分析学密码分析学是密码学的另一个分支，主要研究如何对加密的信息进行破解和窃取。
密码分析学涉及对加密算法的深入理解和分析，通过分析密文和可能的密钥，尝试恢复出原始信息。
密码分析学对于评估加密算法的安全性、发现其潜在的弱点以及促进加密算法的改进和发展具有重要意义。
四、协议密码学协议密码学主要研究如何设计和分析安全协议，以确保协议参与方之间的安全通信和数据交换。
安全协议涉及多个步骤和操作，包括密钥交换、身份认证、数据完整性保护等。
协议密码学关注如何通过密码技术来保证协议的安全性，以及如何发现和纠正协议中的安全漏洞。
五、密钥管理学密钥管理学是密码学中关于密钥生成、存储、分发和使用的研究领域。
在加密通信中，只有拥有正确的密钥才能解密密文并获取明文信息。
因此，密钥管理对于保证通信安全至关重要。
密钥管理学涉及如何安全地生成和管理密钥，以及如何确保密钥在分发和使用过程中的安全性和可靠性。
六、身份认证与数字签名身份认证与数字签名是密码学在实践中广泛应用的技术。
身份认证技术用于验证通信参与方的身份，防止假冒攻击；数字签名技术用于验证信息的完整性和来源，防止信息被篡改或伪造。
这些技术对于保障电子交易、电子政务和电子商务等领域的安全性具有重要意义。
七、隐私保护隐私保护是密码学的一个重要研究方向。
密码学01-引言
具有自主知识产权的信息安全产品发展快速
知名的IT企业几乎都涉及到信息安全方面的业务和需求
随着办公信息化的发展，这些企业自身对信息安全技术的需求 也越来越多，投入增加，很多企业设立了与安全相关的岗位。
研究所，国家机关，运营商，企业(中兴，华为，腾讯…)
专门从事信息安全产业的公司
16/71
第一章 引言
1.1 信息安全面临的威胁
1.2 信息安全的模型
1.3 密码学基本概念 1.4 密码学发展简史
几种古典密码
17/71
1.1 信息安全面临的威胁
信息安全主要针对现代信息社会这样一个巨大的信息系统 所面临的威胁(Threat)和脆弱性(Vulnerability)问题展开 研究 安全威胁是信息系统安全的外因，也称为攻击 安全威胁定义
摩尔定律，IT产品发展和更新的速度18个月翻一番
量子计算机
对单个量子及量子态的控制，利用量子态的叠加性和相干性 很多指数级的运算降为多项式级
4/71
基础通信网络
通信技术、计算机技术和网络技术已经成熟，并产生了 各种各样的基础通信网络
有线网：以太网、电信网、有线电视网等
国家正在大力支持“三网融合”项目
无线网：
WLAN(IEEE802.11a，IEEE802.11b(WiFi))，传感器网络， 移动网络，Ad-Hoc，WiMAX(IEEE802.16)，LTE，蓝牙， 个域网PAN，mesh网络(无线网状网或多跳网络(IP层)互联 网就是一个典型的mesh网)
密码学前言
Our society has entered all era where commerce activities, business transactions and government services have been. and more and more of them will be, conducted and offered over open computer and comnmnications networks such as the Internet, in particular, via WorldWideWeb-based tools. Doing things online has a great adwmtage of all always-on availability to people in any corner of the world. Here are a few examples of things that have been. can or will be done online: Banking, bill payment, home shopping, stock trading, auctions, taxation, gambling,micro-payment (e.g., pay-per-downloading), electronic identity, online access to medical records, virtual private networking, secure data archival and retrieval, certified delivery of documents, fair exchange of sensitive documents, fair signing of contracts, time-stalnping, notarization, voting, advertising, licensing, ticket booking, interactive-games, digital libraries, digital rights management, pirate tracing, ...And more can be imagined.Fascinating commerce activities, transactions and services like these are only possible if communications over open networks can be conducted in a secure manner. An effective solution to securing communications over open networks is to apply cryptography. Encryption, digital signatures, password-based user authentication, are some of the most basic cryptographic techniques for securing communications. However, as we shall witness many times in this book, there are surprising subtleties and serious security consequences in the applications of even the most basic cryptographic techniques. Moreover, for many "fancier" applications, such as many listed in the preceding paragraph, the basic cryptographic techniques are no longer adequate.With an increasingly large demand for safeguarding comnmnications over open networks for more and more sophisticated forms of electronic commerce, business and servicesa, an increasingly large number of information security professionals will be needed for designing, developing, analyzing and maintaining information security systems and cryptographic protocols. These professionals may range from IT systems administrators, information security engineers and software/hardware systems developers whose products have security requirements, to cryptographers.In the past few years, the author, a technical consultant on information security and cryptographic systems at Hewlett-Packard Laboratories in Bristol, has witnessed the phenomenon of a progressively increased demand for information security professionals unmatched by an evident shortage of them. As a result, many engineers, who are oriented to application problems and may have little proper training in cry. ptography and information security have become"roll-up-sleeves" designers and developers for information security systems or cryptographic protocols. This is in spite of the fact that designing cryptographic systems and protocols is a difficult job even for an expert cryptographer.The author's job has granted him privileged opportunities to review many information security systems and cryptographic protocols, some of them proposed and designed by "roll-up-sleeves" engineers and are for uses in serious applications. In several occasions, the author observed so-called "textbook crypto" features in such systems, which are the result of applications of cryptographic algorithms and schemes in ways they are usually introduced in many cryptographic textbooks. Direct encryption of a password (a secret number of a small magnitude) under a basic public-key encryption algorithm (e.g., "RSA") is a typical example of textbook crypto. The appearances of textbook crypto in serious applications with a "non-negligible probability" have caused a concern for the author to realize that the general danger of textbook crypto is not widely known to many people who design and develop information security systems for seriousreal-world applications.Motivated by an increasing demand for information security professionals and a belief that their knowledge in cryptography should not be limited to textbook crypto, the author has written this book as a textbook on non-textbook cryptography.This book endeavors to:Introduce a wide range of cryptographic algorithms, schemes and protocols with a particular emphasis on their non-textbook versions.Reveal general insecurity of textbook crypto by demonstrating a large number of attacks on and summarizing typical attacking techniques for such systems.Provide principles and guidelines for the design, analysis and implementation of cryptographic systems and protocols with a focus on standards.Study formalism techniques and methodologies for a rigorous establishment of strong and fit-for-application security notions for cryptographic systems and protocols.Include self-contained and elaborated material as theoretical foundations of modern cryptography for readers who desire a systematic understanding of the subject.ScopeModern cryptography is a vast area of study as a result of fast advances made in the past thirty years. This book focuses on one aspect: introducing fit-for-application cryptographic schemes and protocols with their strong security properties evidently established.The book is organized into t'he following six parts:. Part I This part contains two chapters (1--2) and serves an elementary-level introduction for the book and the areas of cryptography and information security.Chapter I begins with a demonstration on the effectiveness of cryptography in solving a subtle communication problem. A simple cryptographic protocol (first protocol of the book) for achieving "fair coin tossing over telephone"will be presented and discussed. This chapter then carries on to conduct a cultural and "trade" introduction to the areas of study. Chapter 2 uses a series of simple authentication protocols to manifest an unfortunate fact in the areas: pitfalls are everywhere.As an elementary-level introduction, this part is intended for newcomers to the areas.Part II This part contains four chapters (3--6) as a set of mathematical background knowledge, facts and basis to serve as a self-contained mathematical reference guide for the book. Readers who only intend to "knowhow," i.e.,know how to use the fit-for-application crypto schemes and protocols, may skip this part yet still be able to follow most contents of the rest of the book.Readers who also want to "know-why," i.e., know why these schemes and protocols have strong security properties, may find that this self-contained mathematical part is a sufficient reference material. When we present working principles of cryptographic schemes and protocols, reveal insecurity for some of them and reason about security for the rest, it will always be possible for us to refer to a precise point in this part of the book for supporting mathematical foundations.This part can also be used to conduct a systematic background study of the theoretical foundations for modern cryptography.Part III This part contains four chapters (7--10) introducing the most basic cryptographic algorithms and techniques for providing privacy and data integrity protections. Chapter 7 is forsymmetric encryption schemes, Chapter 8, asymmetric techniques. Chapter 9 considers an important security quality possessed by the basic and popular asymmetric cryptographic functions when they are used in an ideal world in which data are random. Finally, Chapter 10 covers data integrity techniques.Since the schemes and techniques introduced here are the most basic ones, many of them are in fact in the textbook crypto category and are consequently insecure. While the schemes are introduced, abundant attacks on many schemes will be demonstrated with warning remarks explicitly stated.For practitioners who do not plan to proceed with an in-depth study of fit- for-application crypto and their strong security notions, this textbook crypto part will still provide these readers with explicit early warning signals on the general insecurity of textbook crypto.Part IV This part contains three chapters (11--13) introducing an important notion in applied cryptography and information security: authentication. These chapters provide a wide coverage of the topic. Chapter 11 includes technical background, principles, a series of basic protocols and standards, common attacking tricks and prevention measures. Chapter 12 is a case study for fourwell-known authentication protocol systems for real world applications. Chapter 13 introduces techniques which are particularly suitable for open systems which cover up-to-date and novel techniques.Practitioners, such as information security systems administration staff in an enterprise and software/hardware developers whose products have security consequences may find this part helpful.Part V This part contains four chapters (14--17) which provide formalism and rigorous treatments for strong (i.e., fit-for-application) security notions for public-key cryptographic techniques (encryption, signature and signcryption) and formal methodologies for the analysis of authentication protocols. Chapter 14 introduces formal definitions of strong security notions. The next two chapters are fit-for-application counterparts to textbook crypto schemes introduced in Part III, with strong security properties formally established (i.e.,evidently reasoned). Finally, Chapter 17 introduces formal analysis methodologies and techniques for the analysis of authentication protocols, which we have not been able to deal with in Part IV.Part VI This is the final part of the book. It contains two technical chapters (18--19) and a short final remark (Chapter 20). The main technical 'content of this part, Chapter 18, introduces a class of ?yptographic protocols called zero knowledge protocols. These protocols provide an important security service which is needed in various "fancy" electronic commerce and business applications: verification of a claimed property of secret data (e.g., in conforming with a business requirement) whila preserving a strict privacy quality for the claimant. Zero-knowledge protocols to be introduced in this part exemplify the diversity of special security needs in various real world applications, which are beyond confidentiality, integrity, authentication and non-repudiation. In the final technical chapter of the book (Chapter 19) we will complete our job which has been left over from tile first protocol of the book: to realize "fair coin tossing over telephone." That final realization will achieve a protocol which has evidently-established strong security properties yet with an efficiency suitable for practical applications.Needless to say, a description for each fit-for-application crypto scheme or protocol has to begin with a reason wily the textbook crypto counterpart is unfit for application. Invariably, these reasons are demonstrated by attacks on these schemes or protocols, which, by the nature of attacks, often contain a certain degree of subtleties. In addition, a description of afit-for-application scheme or protocol must also end at an analysis that the strong (i.e.,fit-for-application) security properties do hold as claimed. Consequently, some parts of this book inevitably contain mathematical and logical reasonings, deductions and transformations in order to manifest attacks and fixes.While admittedly fit-for-application cryptography is not a topic for quick mastery or that can be mastered via light reading, this book, nonetheless, is not one for in-depth research topics which will only be of interest to specialist cryptographers. The things reported and explained iii it are well-known and quite elementary to cryptographers. Tile author believes that they call also be comprehended by nonspecialists if the introduction to the subject is provided with plenty of explanations and examples and is supported by self-contained mathematical background and reference material.The book is aimed at the following readers.Students who have completed, or are near to completion of, first degree courses in computer, information science or applied mathematics, and plan to pursue a career in information security. For them, this book may serve as an advanced course in applied cryptography.Security engineers in high-tech companies who are responsible for the design and development of information security systems. If we say that tile consequence of textbook crypto appearing in all academic research proposal may not be too harmful since the worst case of the consequence would be an embarrassment, then the use of textbook crypto in an information security product may lead to a serious loss. Therefore, knowing the unfitness of textbook crypto for real world applications is necessary for these readers. Moreover, these readers should have a good understanding of the security principles behind the fit-for-application schemes and protocols and so they can apply the schemes and the principles correctly. The self-contained mathematical foundations material in Part II makes the book a suitable self-teaching text for these readers.Information security systems administration staff in an enterprise and software/hardware systems developers whose products have security consequences.For these readers, Part I is a simple and essential course for cultural and "trade" training; Parts III and IV form a suitable cut-down set of knowledge in cryptography and information security. These three parts contain many basic crypto schemes and protocols accompanied with plenty of attacking tricks and prevention measures which should be known to and can be grasped by this population of readers without demanding them to be burdened by theoretical foundations.New Ph.D. candidates beginning their research in cryptography or computer security. These readers will appreciate a single-point reference book which covers formal treatment of strong security notions and elaborates these notions adequately. Such a book can help them to quickly enter into the vast area of study. For them, Parts II, IV, V and VI constitute a suitable level of literature survey material which can lead them to find further literatures, and can help them to shape and specialize their own research topics.A cut-down subset of the book (e.g., Part I, II, III and VI) also form a suitable coursein applied cryptography for undergraduate students in computer science, information science and applied mathematics courses.AcknowledgementsI am deeply grateful to Feng Bao, Colin Boyd, Richard DeMillo, Steven Galbraith, Dieter Gollmann, Keith Harrison, Marcus Leech, Helger Lipmaa, Hoi-Kwong Lo, Javier Lopez, John Malone-Lee, Cary Meltzer, Christian Paquin, Kenny Paterson, David Pointcheval, Vincent Rijmen, Nigel Smart, David Soldera, Paul van Oorschot,Serge Vaudenay and Stefek Zaba. These people gave generously of their time to review chapters or the whole book and provide invaluable comments, criticisms and suggestions which make the book better.The book also benefits from the following people answering my questions: Mihir Bellare, Jan Camenisch, Neil Dunbar, Yair Frankel, Shai Halevi, Antoine Joux, Marc Joye, Chalie Kaufman, Adrian Kent, Hugo Krawczyk, Catherine Meadows, Bill Munro, Phong Nguyen, Radia Perlman, Marco Ricca, Ronald Rivest, Steve Schneider, Victor Shoup, Igor Shparlinski and Moti Yung.I would also like to thank Jill Harry at Prentice-Hall PTR and Susan Wright at HP Professional Books for introducing me to book writing and for the encouragement and professional support they provided during the lengthy period of manuscript writing. Thanks also to Jennifer Blackwell, Robin Carroll, Brenda Mulligan, Justin Somma and Mary Sudul at Prentice-Hall PTR and to Walter Bruce and Pat Pekary at HP Professional Books.I am also grateful to my colleagues at Hewlett-Packard Laboratories Bristol, including David Ball, Richard Cardwell, Liqun Chen, Ian Cole, Gareth Jones, Stephen Pearson and Martin Sadler for technical and literature services and management support.Please send suggestions and corrections to the author (wenbo.mao@). Many thanks! Corrections will be listed on the website for the book。
密码学引言
密码学引言
密码学是一门科学，研究如何将信息转换成一种只有特定人员可以阅读的形式，以保护信息免受未授权的访问和修改。
密码学包括许多子领域，如加密、解密、认证、数字签名等。
以下是一些相关参考内容：
1. 《应用密码学》（Applied Cryptography），作者Bruce Schneier，书籍介绍了各种密码学算法的实现和应用。
2. 《密码学基础》（Cryptography: Theory and Practice），作者Douglas Stinson，书籍详细介绍了密码学的各种基础理论和算法。
3. 《密码学简介》（An Introduction to Cryptography），作者Richard A. Mollin，书籍介绍了密码学的基本概念、历史以及加密算法。
4. 《密码学及其应用》（Cryptography and Its Applications），作者Lars Knudsen和Matthew Robshaw，书籍介绍了密码学的多种应用场景，如数字货币、物联网等。
5. 《密码学导论》（Introduction to Cryptography），作者Johannes Buchmann，书籍详细介绍了密码学的一些重要技术和实现方法。
这些内容都是密码学的经典著作，在学习和研究密码学时可以作为参考依据。
密码学引言
密码学引言密码学引言密码学，一直是人类社会中重要的研究领域。
说白了，就是将信息进行保密传输的学问。
自古至今，人们都在寻求信息安全的方法，随着计算机科技的普及，密码学的应用范围也越来越广泛。
那么，什么是密码学呢？我们可以按类划分，分为对称加密和非对称加密两种方式来进行研究。
一、对称加密对称加密法是最早也是最简单的保护信息传输的方式。
所谓对称加密法，就是生产一种密钥，用这个密钥将原文加密后发送到对方处，对方也使用这个密钥解密。
密钥要保密，一旦密钥泄漏保护信息的安全就会被破坏。
举个例子，我们可以将传输的信息用一种特殊的方式进行编码。
比如说，我们先将“我要吃饭”这句话翻译成汉语拼音，然后按照一定规律将每个字母或者音节转换为其他符号或数字。
编码后的信息就像一个密码一样，只有密钥相同的人才能够解码。
但是一个人会同时拥有很多个网站或者银行卡，如果每个都想用这种方法，就需要维护大量的密钥，显然不太现实。
二、非对称加密非对称加密法是相对对称加密而言的，相对复杂一些。
这种加密方式需要生成两把密钥，一把是公有密钥，另一把是私有密钥。
公有密钥是可以随意传播的，例如，大家常用的https网站协议，就是底层使用了非对称加密，保证了网站的安全性。
而私有密钥则只有信息发送方才拥有，可以在进行信息加密时使用，保证了信息的隐私。
非对称加密最重要的一个应用在于数字证书，数字证书中包含了网站的所有信息和公有密钥，客户端通过数字证书验证服务器身份和公有密钥的合法性，保证信息的安全传输。
结语：密码学在日常生活和互联网的运行中起着很重要的作用。
从对称加密到非对称加密，又从非对称加密演变为公共密钥体系，这是密码学随着时代的前进而不断完善的过程。
作为使用者，我们应该了解密码学的基本原理，选择安全的通讯协议，保护我们的个人信息安全。
密码学的作用与起源发展介绍
m1m2 mn k1k2 kn c1c2 cn
公钥体制的好处是：不必共享相同密钥； 可方便实现数字签名。
公钥加密体制：
公钥表
Kp1
Kp2
……
Ks2
c
加密变换
解密变换
m
m
如果加密变换和解密变换的顺序可以调换，即
DKd (EKe (m)) EKe (DKd (m))
则可实现数字签名，满足：
用户鉴别
安全机制
安全机制的第二部分：访问控制
用户 认证
访问 控制
安全 保密
安全 审计
安全 恢复
权限标记：设定权限和标记
授权组合：配置权限及各种组合
权限检查：对读写、执行、复制 等进行检查和验证。 违规处理：限制、锁定、关闭
安全机制
安全机制的第三部分：安全保密
用户 认证
访问 控制
安全 保密
安全 审计
1.1密码学的研究内容、地位和作用
密码通信系统的认证性要求 为了保证信息确实从所声明的源发出，中途未被篡改、
删除、插入、重放和伪造，一个密码系统应当满足下述 要求：
1. 合法接收者能够确认信息是否来自所声称的发送 者。
2. 合法接收者能够确认信息是否完整如初。 3. 信息的发送者对信息不能抵赖。 4. 其他人不能以发送者身份伪造消息。 5. 必要时可由第三者作出仲裁。
Kp
?
验证 算法
m S(m, r)
签名
算法 K s
数字签名有相当强的功能：完整性、认证性、不 可否认性等。（每个人都有一本书，如何证明或者辨 别是你的书？签名。同样数字信息如何证实是有效的？ 数字签名。）
二、安全1性.2 密码学的基本概念
信息安全密码学引论
02 03
栅栏密码实例
栅栏密码是一种简单的置换密码，它将明文按列排列，然后按行读取以 生成密文。例如，对于明文“HELLO WORLD”，使用两列的栅栏密 码可以生成密文“HLOLELWRD”。
路由密码实例
路由密码是一种更复杂的置换密码，它使用密钥来定义字符的置换规则 。具体来说，密钥定义了一个置换表，该表指定了每个明文字符在密文 中的位置。
发展历程
密码学的发展经历了古典密码、近代密码和现代密码三个阶段，随着计算机科 学和数学的发展，现代密码学逐渐形成了完善的理论体系和实践应用。
密码体制分类与特点
01
02
03
对称密码体制
加密和解密使用相同的密 钥，加密速度快，但密钥 管理困难。
非对称密码体制
加密和解密使用不同的密 钥，即公钥和私钥，安全 性更高，但加密速度较慢 。
02
古典密码体制分析与实践
替代密码体制原理及实例
替代密码原理
替代密码是通过将明文中的每个字符替换为另一个字符来生成密文的。这种替换可以基于 固定的映射关系，也可以是基于密钥的动态映射。
凯撒密码实例
凯撒密码是一种最简单的替代密码，它将明文中的每个字母移动固定数量的位置。例如， 当偏移量为3时，字母A将被替换为D，B将被替换为E，以此类推。
03
实现方法
AES算法的实现包括密钥扩展、轮密 钥加、字节代换、行移位和列混合等 步骤。在实际应用中，通常采用硬件 或软件方式实现AES算法。
对称密钥管理技术和挑战
密钥管理技术
对称密钥密码体制中，密钥管理是一 个重要的问题。常用的密钥管理技术 包括密钥生成、密钥分配、密钥存储 和密钥销毁等。
面临的挑战
古典密码体制安全性评估
密(研)1-引言
1 引言目录1.引言第一部分：对称密码2.传统加密技术3.分组密码与数据加密标准（DES）4.数论与有限域的基本概念5.高级加密标准（AES）6.分组密码的工作模式7.伪随机数的产生和流密码第二部分：公钥密码8.数论入门9.公钥密码学与RSA10.密钥管理和其他公钥密码体制第三部分：密码学数据完整性算法11.密码学与Hash函数12.消息认证码（MAC）13.数字签名第四部分：相互信任14.密钥管理与分发15.用户认证21 引言一、信息安全与密码技术二、密码学的发展历史三、密码学基本概念3一、信息安全与密码技术信息•能源、材料、信息是支撑现代社会大厦的三根支柱•信息：指语言、文字、数据、图象、符号等，它使人们了解社会上的各种现象、变化以及相互关系等•信息的传递或广播，往往需要除合法的授权者外，不让其他任何人知道，这就引发了所谓的秘密通信57信息安全概念的发展•保密性–加密，1975年前•保密性、完整性、真实性、不可否认性–加密+认证，1975年后•保密性、完整性、真实性、不可否认性、可靠性、可用性–复合技术，时间界线不明•安全保障体系 (系统安全+数据安全+内容安全)–复合系统，时间界线不明（面向单机，军方用户）（微机，局域网）（互联网）信息安全的要求•保密性 Confidentiality•完整性 Integrity•不可否认性 Non-repudiation•可认证性(真实性) Authenticity•可用性 Availability8信息安全面临的威胁•窃听、业务流分析•篡改、重放、旁路、木马•冒充、伪造•拒绝服务、蠕虫病毒、中断•抵赖•→保密性•→完整性•→真实性•→可用性•→不可否认性9信息安全面临的威胁的大致分类•窃听、业务流分析•篡改、重放、旁路、木马•冒充、伪造•拒绝服务、蠕虫病毒、中断•抵赖•→保密性•→完整性•→真实性•→可用性•→不可否认性10信息安全面临的威胁•威胁之一：中断威胁–使在用的信息系统毁坏或不能使用的攻击，破坏可用性。
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密码学入门
哈格林(Hagelin) 哈格林(Hagelin) 密码机C 36，由 密码机C-36，由 Aktiebolaget Cryptoeknid Stockholm于 Stockholm于 1936年制造密钥 1936年制造密钥 周期长度为 3,900,255。 3,900,255。
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密
码 学
教师：王权海 信息工程学院 2004年9月
课程安排
引言 第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 古典密码学 Shannon理论 Shannon理论 分组密码与高级加密标准 Hash函数 Hash函数 RSA密码体制和整数因子分解 RSA密码体制和整数因子分解 待定 数字签名方案 网络安全概论 3 6 3 9 3 6 3 3 3
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■信息安全的作用（服务） 信息安全的作用（服务）
– 机密性：确保在一个计算机系统中的信息和被传 输的信息仅能被授权的各方得到 – 鉴别(authentication)：确保一个消息的来源或电 鉴别(authentication)：确保一个消息的来源或电 子文档被正确地标识，同时确保该标识没有被伪 造 – 完整性(intergrity)：确保仅是被授权的各方能够 完整性(intergrity)：确保仅是被授权的各方能够 修改计算机系统中有价值的内容和传输的信息。 – 抗抵赖(nonrepudiation)：要求无论是发送方还 抗抵赖(nonrepudiation)：要求无论是发送方还 是接收方都不能够抵赖所进行的传输。 – 可用性：要求计算机系统的有用资源在需要是可 为授权的各方使用
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– 公开密钥算法 公开密钥算法（public公开密钥算法（public-key algorithm，也叫非对 algorithm，也叫非对 称算法）是这样设计的：用作加密的密钥不同于 用作解密的密钥，而且解密密钥不能根据加密密 钥计算出来（至少在合理假定的长时间内）。 之所以叫做公开密钥算法，是因为加密密钥能够 公开，即陌生者能用加密密钥加密信息，但只有 用相应的解密密钥才能解密信息。在这些系统中， 加密密钥叫做公开密钥（public key），解密密 加密密钥叫做公开密钥（public key），解密密 钥叫做私人密钥（private key）。 钥叫做私人密钥（private key）。
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Alice Bob
自动执行
– 自动执行协议本身就保证了公平性，协议的构成本身 是的不可能发生争端。 – 不幸的是对于所有情形，都没有一个自动执行协议。
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– 密码分析 密码分析学是在不知道密钥的情况下，恢复出明文 的科学。密码分析也可以发现密码体制的弱点。 常见的密码分析攻击有四类： – 唯密文攻击（ciphertext-only attack） 密码分析 唯密文攻击（ciphertextattack） 者有一些密文，这些消息都是用一加密算法加密。 – 已知明文攻击（know-plaintext attack）密码分 已知明文攻击（knowattack）密码分 析这不仅可以得到一些消息的密文，而且也知道 这些消息的明文。 – 选择明文攻击（chosen-plaintext attack）分析这 选择明文攻击（chosenattack）分析这 不但可以得到一些消息的明文，而且它们可以选 择被加密的明文。
– 仲裁者使在完成协议的过程中，值得信任的公正的 第三方，“公正” 第三方，“公正”意味着仲裁者在协议中没有既得 利益，对参与协议的任何人也没有特别的利害关系。 – 仲裁者能帮助互不信任的双方完成协议。
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Alice Bob Trent
Evidence
Evidence
裁决协议
– 仲裁协议可以分成两个低级的子协议：一个是非仲 裁子协议，执行协议的各方每次想要完成的。另外 一个是仲裁子协议，仅在例外的情况下，既有争议 的时候才执行，这种特殊的仲裁者叫做裁决人。
引 言
世界上有两种密码：一种是防止你的小 妹妹偷看你的文件；另一种是防止当局阅读你 的资料。本课程讨论的是后一种情况。 如果把一封信锁在保险柜中，把保险柜藏 在某个地方…，然后告诉你去看这封信，这不 是安全，而是隐藏 隐藏；相反，如果把一封新锁在 隐藏 保险柜中，然后把保险柜及其设计规范和许多 同样的保险柜给你，以使你和世界上最好的开 保险柜的专家能够研究锁的装置，而你还是无 法去读这封信，这才是安全 安全的概念 安全 -----《应用密码学》
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起源与俄罗斯 的一次一乱码 本OTP，差不 多只有手掌那 么大小。
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基础知识
信息安全手段： 存储：物理（保险柜） 行政（人事审查制度） 计算机安全（杀毒工具，系统恢复工具） 传输：网络安全（密码学）
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信息安全涉及的内容
– 安全攻击：危及由某个机构拥有的信息安全 安全攻击：危及由某个机构拥有的信息安全 的任何行为 – 安全机制：设计用于检测、防止或从安全 安全机制：设计用于检测、防止或从安全 攻击中恢复的一种机制 安全服务：加强一个组织的数据处理系统和 – 安全服务：加强一个组织的数据处理系统和 信息传送安全的一种服务
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Phaistos圆盘，一种直径约为160mm的Cretan-Mnoan粘 Phaistos圆盘，一种直径约为160mm的Cretan-Mnoan粘 土圆盘，始于公元前17世纪。表面有明显字间空格的字 土圆盘，始于公元前17世纪。表面有明显字间空格的字 母，至今还没有破解。“ 母，至今还没有破解。“如果没有进一步的线索，短的 报文不会提示其含义的” 报文不会提示其含义的” (J.Fri格 209是哈格 林对C 36改进 林对C-36改进 后的产品，由 Smith-Corna负 Smith-Corna负 责为美国陆军 生产。它的密 码周期达到了 101,105,950
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M-209
密码学入门
M-209
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转轮密码机 ENIGMA，由Arthur ENIGMA，由Arthur Scherbius于1919年 Scherbius于1919年 发明，面板前有灯 泡和插接板；4 泡和插接板；4轮 ENIGMA在1944年 ENIGMA在1944年 装备德国海军，使 得英国从1942年 得英国从1942年2 月到12月都没能解 月到12月都没能解 读德国潜艇的信号。
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密码协议
– 密码协议（cryptographic protocol）是使用密 密码协议（cryptographic protocol）是使用密 码学的协议。参与该协议的伙伴可能是朋友和 完全信任的人，或者也可能是敌人和互相完全 不信任的人。
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Trent Alice Bob
仲裁协议
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英国的TYPEX 英国的TYPEX 打字密码机， 是德国3 是德国3轮 ENIGMA的改 ENIGMA的改 进型密码机。 它在英国通信 中使用广泛， 且在破译密钥 后帮助破解德 国信号。
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在线密码电传机 Lorenz SZ 42， 42， 大约在1943年 大约在1943年 由Lorenz A.G制 A.G制 造。英国人称其 为“tunny”，用 tunny” 于德国战略级陆 军司令部。SZ 军司令部。SZ 40/SZ 42加密因 42加密因 为德国人的加密 错误而被英国人 破解，此后英国 人一直使用电子 COLOSSUS机器 COLOSSUS机器 解读德国信号。
– – – –
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明文M 加密E 密文C 解密D 原始明文M
加密： E (M)=C 解密： D (C)=M D(E(M))=M
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– 算法和密钥 密码算法（algorithm）也叫密码（cipher）， 密码算法（algorithm）也叫密码（cipher）， 适用于加密和解密的数学函数。（通常情况 下有两个相关的函数，一个用来加密，一个 用来解密） 如果算法的保密性是基于保持算法的秘密， 这种算法称为受限制的 restricted）算法。 这种算法称为受限制的（restricted）算法。 受限制的（ 受限制的算法不可能进行质量控制或标准化。 每个用户和组织必须由他们自己唯一的算法。
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对称算法可以分为两类。一次只对明文中的单 个位（有时对字节）运算的算法称为序列算法 （stream algorithm）或序列密码（stream algorithm）或序列密码（stream cipher）。另一类算法是对明文的一组位进行 cipher）。另一类算法是对明文的一组位进行 运算，这些位称为分组（block），相应的算法 运算，这些位称为分组（block），相应的算法 称为分组算法（block algorithm）或分组密码 称为分组算法（block algorithm）或分组密码 （block cipher）。 cipher）。
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Kryha密码机大约 Kryha密码机大约 在1926年由 1926年由 Alexander vo Kryha发明。这是 Kryha发明。这是 一个多表加密设备， 密钥长度为442， 密钥长度为442， 周期固定。一个由 数量不等的齿的轮 子引导密文轮不规 则运动。
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密码学入门
密码学入门
现代密码学用密钥（key）解决了这个问题。 现代密码学用密钥（key）解决了这个问题。
密钥 明文 加密 密文 密钥 解密 原始明文
加密 密钥 明文 加密 密文
解密 密钥 解密 原始明文
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所有这些算法的安全性都基于密钥的安全性； 而不是基于算法的安全性。这就意味着算法可 以公开，也可以被分析，可以大量生产使用算 法的产品，即使偷听者知道你的算法也没有关 系。 密码系统（cryptosystem）由由算法以及所有 密码系统（cryptosystem）由由算法以及所有 可能的明文、密文和密钥组成。 – 对称算法 基于密钥的算法通常有两类：对称算法和公开 密钥算法。