密码学课件2
加密技术-PPT课件
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分组密码 的基本设 计思想— Feistel网 络
明 文 （ 2w 位 ）
L 0(w 位 )
⊕
第 1轮 L1
R 0(w 位 )
F
R1
⊕
F
第 ii 轮轮
Li
Ri
⊕
F
第 ni 轮轮
L in
R in
K1
子密钥
生成算法
Ki
Kn
L n+1
R n+1
密 文 （ 2w 位 ）
因为23×7=161= 1×160+1 ⑥公钥KU={7,187} ⑦私钥KR={23,187}
29
RSA
假设给定的消息为：M=88，则
加密:C = 88^7 mod 187 = 11 •解密:M = 11^23 mod 187 = 88
30
RSA
2、RSA的速度及安全性
硬件实现RSA比DES慢大约1000倍，软件 实现RSA比DES慢大约100倍。
2023最新整理收集 do something
第八讲 加密技术（二）
本讲知识点介绍
分组密码学的概念及设计思想 DES算法描述 对称密码的工作模式 RSA算法
2
教学目标
掌握DES算法、RSA算法的基本原理
3
分组密码概述
b1b2b3b4……….划分成长度为n的分组，一个 分组表示为：mi=（bj,bj+1,……bj+n-1），各 个分组在密钥的作用下，变换为等长的数字输 出序列ci=（xj,xj+1,xj+2,……xj+n-1）。
读读
36 School of Computer Science & Technology
第1单元密码学概论精品PPT课件
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密文
1.1.4 基本概念
➢ 1. 加密与解密算法 ➢ 一个敏感的数据转换为不能理解的乱码的过程，
称为加密；将加密后的数据恢复为原文，称之为 解密。
➢ “算法”这个词用来描述一个方法或一个循序渐 进的过程。它是指一系列有特定顺序的指令或者 要以特定顺序做的事情。一个算法要遵循一个固 定的指令系列，或者包含一系列问题，并根据这 些问题的答案来描述要遵循的相应步骤。
给定一个置换 ：
f 12243143
1 234 E NG I N EER I NG
换位密码（续）
现在根据给定的置 换，按第2列，第4列， 第1列，第3列的次序排 列，就得得到密文：
NIEGERNEN IG
在这个加密方案中，密 钥就是矩阵的行数m和 列数n，即m*n＝3*4， 以及给定的置换矩阵。 也就是：
专有名词、特殊用语等的代码来发送消息，一般只能用于传送一 组预先约定的消息。
2．替换加密 将明文字母表M中的每个字母替换成密文字母表C中的字母。
这一类密码包括移位密码、替换密码、仿射密码、乘数密码、多 项式代替密码、密钥短语密码等。这种方法可以用来传送任何信 息，但安全性不及代码加密。因为每一种语言都有其特定的统计 规律，如英文字母中各字母出现的频度相对基本固定，根据这些 规律可以很容易地对替换加密进行破解。典型的有凯撒密码。
古典密码体制-----代替密码
代替密码：明文中每一个字符被替换成密文中的另外一个字符。 四类典型的代替密码：简单代替密码、多名码代替密码、多字母代
替密码、多表代替密码换位密码。
密文： 算法： 明文：
现代密码学精讲PPT课件
2.1.1 什么是密码学(续)
发送者 Alice
明文m 加密器 Ek
密文c 公 共 信道
密钥k
密钥源
安全 信道
图 2.1 Shannon保密系统
分析者 Eve
解密器 明文m Dk
密钥k
接收者 Bob
4
2.1.1 什么是密码学(续)
通信中的参与者 (1) 发送者(Alice)： 在双方交互中合法的信息发 送实体。 (2) 接收者(Bob)：在双方交互中合法的信息接收 实体。 (3) 分析者(Eve)：破坏通信接收和发送双方正常 安全通信的其他实体。可以采取被动攻击和主动 攻击的手段。 信道 (1) 信道：从一个实体向另一个实体传递信息的 通路。 (2) 安全信道：分析者没有能力对其上的信息进 行阅读、删除、修改、添加的信道。 (3) 公共信道：分析者可以任意对其上的信息进 行阅读、删除、修改、添加的信道。
定义2 一个加密方案可以被破译是指，第三方在 没有事先得到密钥对(e, d)的情况下，可以在适当 的时间里系统地从密文恢复出相对应的明文。 # 适当的时间由被保护数据生命周期来确定。
12
2.1.4 现代密码学主要技术(续)
私钥加密 定义3 一个由加密函数集{Ee: eK}和解密函数集{Dd: dK}组成加密方案，每一个相关联的密钥对(e, d) ， 如果知道了e在计算上很容易确定d，知道了d在计算 上很容易确定e，那么，就是私钥加密方案。 # 私钥加密需要一条安全信道来建立密钥对。
2.1.4 现代密码学主要技术(续)
公钥加密实例
A1
Ee(m1)=c1
e
c1
e
A2
Ee(m2)=c2
c2
Dd(c1)=m1 Dd(c2)=m2
计算机密码学精品PPT课件
的增长
2
08.10.2020
密码学的基本概念
密码学分类：密码编制学和密码分 析学
密码系统的组成： （1）明文{ 空间M； （2）密文空间C； （3）密钥空间K，对任意k∈K，k= （kd，ke）； （4)加密算法E，C=E（M，ke）； （5）解密算法D，M=D（C，kd）。
VYNZBJ DR ELXHDZSZXJHDBLXI JCZ
XDEFSZQLJT DR JCZ RKBXJLDBI
JCVJ XVB BDP WZ FZHRDHEZY WT
JCZ EVXCLBZ CVI HLIZB
YHVEVJLXVSST VI V HZIKSJ DR JCLI
HZXZBJ YZNZSDFEZBJ LB
计算机密码学
08.10.2020
1
08.10.2020
密码学的发展历程
第一次世界大战前，密码学重要的进展很 少出现在公开文献中
1918年，20世纪最有影响的分析文章，重 合指数及其在密码学中的应用问世
1949年，Shanon发表了题为“保密系统的 通信理论”
1949—1967密码学文献很少 1976年，W.Diffie,M.Hellman提出了公开
选择明文攻击：计算机文件系统和 数据库易受这种攻击
08.10.2020
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08.10.2020
置换密码—把明文中 的字母重新排列，字 母本身不变
例：明文为this cryptosystem is not secure。 排成矩阵： thiscr yptosy stemis notsec ure
密文为tysnu hptor itete soms csie rysc。
网络安全对称密码学精品PPT课件
第2章 对称密码学
• 对称密钥算法：加密密钥K1<——>解密密钥K2 (K1= K2) – 1976年之前 – 最早的凯撒密码 – 目前使用最多的DES密码算法 – 2000年美国推出的下一代密码算法Rijndael
• 公开密钥算法：加密密钥和解密密钥不同 并且 其中一 个密钥不能通过另一个密钥推算出来时。
输出64位密文
40 8 48 16 56 24 64 32
第2章 对称密码学
2.2.3 DES算法描述： 加密过程：
1、64位明文分组@初始置换IP(置换表，表2-1) = 64位输出=32位L[0] + 32位R[0]
for (i == 1 to 64) {
j == T2-1[i]; out[i] == in[j]; }
58 50 42 34 26 18 10 2 60 52 44 36 28 20 12 4 62 54 46 38 30 22 14 6 64 56 48 40 32 24 16 8 57 49 41 33 25 17 9 1 59 51 43 35 27 19 11 3 61 53 45 37 29 21 13 5 63 55 47 39 31 23 15 7
– 流密码(Stream Cipher)
• 对输入元素进行逐个的连续处理，同时产生连续的单个输出元素
• 复杂的密钥产生算法 • 实例：A5
第2章 对称密码学
2.2.2 DES的历史 • 1973年，美国国家标准局(NBS)，征集联邦数据 加密标准的方案 • 1975年3月17日，NBS公布了IBM公司提供的密 码算法，以标准建议的形式在全国范围内征求意 见 • 1977年7月15日，NBS宣布接受这个建议，DES 正式颁布，供商业界和非国防性政府部门使用。 • 2000年美国推出AES，下一代密码算法Rijndael
《密码学概论》课件
随着技术的不断进步，密码学将面临新的 挑战和机遇，如量子计算对现有加密算法 的威胁和新型加密算法的研发。
02
密码学基本原理
对称密码学
定义
对称密码学也称为传统密码学 ，它使用相同的密钥进行加密
和解密。
常见的对称加密算法
如AES（高级加密标准）、DES （数据加密标准）、IDEA（国 际数据加密算法）等。
为了应对这一挑战，需要发展基于量 子力学原理的新型加密算法，这些算 法在量子计算环境下是安全的。
密码学在物联网中的应用挑战
物联网设备的计算能力和存储 空间有限，这给密码算法的实
施带来了挑战。
物联网设备的多样性和异构 性也给密码学应用带来了挑 战，因为需要确保各种设备
之间的安全通信。
针对物联网设备的特性，需要 发展轻量级的密码算法和协议 ，以确保其安全性和效率。
AES算法
01
总结词：高级加密标准
02
详细描述：AES是一种对称加密 算法，使用128位、192位或256 位密钥对128位明文块进行加密 ，产生128位密文块。它是美国 政府采用的一种加密标准，被广 泛应用于各种安全协议和应用程
序中。
03
总结词：安全性
04
详细描述：AES具有高度的安 全性，被认为是目前最安全 的对称加密算法之一。它采 用了复杂的数学工具和算法 ，使得破解密文的难度非常
密码学在大数据安全中的应用挑战
01
大数据的特点是数据量大、处理速度快，这给数据的安全存储 和传输带来了挑战。
02
大数据的分布式处理和云计算环境也给数据的安全性带来了挑
战，需要确保数据的隐私和完整性。
针对大数据的特点，需要发展高效的密码算法和安全数据处理
清华大学出版社 密码学PPT课件
清华大学出版社 2008年9月
课程主要内容
第1章 密码学概述 第2章 古典密码技术 第3章 分组密码 第4章 公钥密码体制 第5章 散列函数与消息鉴别 第6章 数字签名技术 第7章 密钥管理技术 第8章 身份鉴别技术 第9章 序列密码 第10章 密码技术应用
第1章 密码学概述
✓ 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
图1.4（a） ENIGMA密码机
图1.4（b） TYPEX密码机
近代密码时期可以看作是科学密码学的前夜，这阶段的密码技术可以
说是一种艺术，是一种技巧和经验的综合体，但还不是一种科学，密码专 家常常是凭直觉和信念来进行密码设计. 和分析，而不是推理和证明。
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第1章 密码学概述
• 现代密码时期
本章主要内容
• 信息安全与密码技术 • 密码技术发展简介 • 密码学基本概念
➢ 密码学的主要任务 ➢ 密码系统的概念 ➢ 对密码系统的攻击 ➢ 密码系统的安全性 ➢ 密码体制的分类 ➢ 对称与非对称密码体. 制的主要特点
3/31
Байду номын сангаас
第1章 密码学概述
1.1 信息安全与密码技术
• 密码技术是一门古老的技术；
④ 抗抵赖性
是一种用于阻止通信实体抵赖先前的通信行为及相关内容的安全特性 。密码学通过对称加密或非对称加密，以及数字签名等技术，并借助可信机 构或证书机构的辅助来提供这种服务。
武汉大学《密码学》课件第二讲 密码学的基本概论
z 迭代：设计一个轮函数，然后迭代。 z 乘积：将几种密码联合应用。
28
三、古典密码
虽然用近代密码学的观点来看，许多古 典密码是很不安全的。但是我们不能忘记古 典密码在历史上发挥的巨大作用。
另外，编制古典密码的基本方法对于编制 近代密码仍然有效。 z 古典密码编码方法：
置换，代替，加法
③商用密码：
用于保护国家和事企业单位的非机密的敏感信息。
④个人密码：
用于保护个人的隐私信息。 前三种密码均由国家密码管理局统一管理！
6
一、我国的密码政策
我国商用密码政策：
①统一领导：
国家密码管理局统一领导。
②集中管理：
国家密码管理局办公室集中管理。
③定点研制：
只允许定点单位进行研制。
④专控经营：
经许可的单位才能经营。
显然，理论上，对于任何可实用密码只要有足够 的资源，都可以用穷举攻击将其改破。
20
二、密码学的基本概念
5、密码分析 z穷举攻击 实例
1997年美国一个密码分析小组宣布：1万多人参 加，通过INTERNET网络，利用数万台微机，历 时4个多月，通过穷举攻破了DES的一个密文。
美国现在已有DES穷举机，多CPU并行处理，24 小时穷举出一个密钥。
性传输密钥，利用模2加进行加密，而且按一次一密方式 工作
16
二、密码学的基本概念
3、密码体制的分类
z 从是否基于数学划分 ⑵基于非数学的密码 ②DNA密码
基于生物学中的困难问题 由于不基于计算，所以无论计算机的计算能力多么强大，
与DNA密码都是无关的 尚不成熟
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二、密码学的基本概念
E0
E1
《应用密码学》 第二讲 古典密码 课件
古典密码（基于字符）的编码方法： 代替（代换）、置换
2020/2/1
一、古典密码
1、代替密码：明文中每一个字符被替换成密文中 的另外一个字符。接收者对密文进行逆替换就恢 复出明文来。在古典密码学中，有四种类型的代 替密码： ①简单代替密码 ②多名码代替密码 ③多字母代替密码 ④多表代替密码
另外，编制古典密码的基本方法对于编制近 代密码仍然有效。 例1：斯巴达人用于加解密的一种军事设备：
情报发送者把一条羊皮螺旋形地缠在一 个锥形棒上 思想：置换
2020/2/1
一、古典密码学
例2：凯撒密码：公元前50年 明文：System models 密文：Vbvwhp prghov 思想：代替
明文： ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
M=INTELLIGENT Ek(M)= DJTSFFDCSJT 思考：解密怎么做？
2020/2/1
一、古典密码学
②加法密码（移位密码） ● M和C是有26个字母的字母表。
K={0,1,2…25}
●定义一个由M到C的映射：Ek:M →C Ek(mi) = (mi+k) mod 26 Dk(ci) =(ci-k) mod 26
cmodn
2020/2/1
剩余类和剩余系
由于同余关系是等价关系, 因此对于给定的任一正整数 n, 利用模n同余这个关系, 可将整数集划分成n个等价 类, 由于它是一些整数除n后的余数形成的, 所以称它是 剩余类或同余类.
定义：设n是一给定的正整数, 若 [r]n := {i}{ ir(mod n) iZ, 0≤r≤n-1}
Ek(mi)=(ami+b) mod 26 Dk(ci)=a-1(ci-b) mod 26
《密码学》课件
THANKS
感谢观看
使用复杂密码
鼓励用户使用包含大写字母、小写字 母、数字和特殊字符的复杂密码。
使用密码管理工具
推荐用户使用密码管理工具，如 LastPass、1Password等，以方便管 理和存储多个密码。
05 经典密码学应用
网络安全
01
保障数据传输安全
通过加密技术对网络传输的数据 进行保护，防止数据被窃取或篡 改。
《经典密码学》ppt课件
contents
目录
• 密码学简介 • 加密算法 • 经典密码体制 • 密码破解与防御 • 经典密码学应用 • 未来密码学展望
01 密码学简介
密码学定义
密码学是一门研究保护信息安全的科 学，它涉及到信息的编码、传输、存 储和访问等各个环节的安全保密问题 。
密码学通过使用加密算法和密钥管理 等技术手段，对信息进行加密、解密 、认证和保护，以确保信息的机密性 、完整性和可用性。
密码学的重要性
01
02
03
保护国家安全
密码学在国家安全领域中 发挥着至关重要的作用， 如军事通信、情报传递等 。
保障商业利益
商业组织需要保护商业机 密和客户数据，避免商业 利益受到损失。
维护个人隐私
个人隐私的保护是社会文 明进步的体现，密码学能 够防止个人信息被非法获 取和滥用。
密码学的发展历程
密钥派生函数
使用密钥派生函数从原始密钥生成多个派生 密钥，以提高安全性。
多重哈希
使用多种哈希算法对密码进行多次哈希，增 加破解难度。
加密存储
使用加密算法将密码存储在安全环境中，只 有通过解密才能获取原始密码。
密码管理策略
定期更换密码
密码学1-2 古典密码课件
2018/11/30
12
每句的第一个字连起来正好是“平湖秋月”。我国还有 一种很有趣的信息隐藏方法，即消息的发送者和接收者各有 一张完全相同的带有许多小孔的掩蔽纸张，而这些小孔的位 置是被随机选择并戳穿的。发送者将掩蔽纸张放在一张纸上， 将秘密消息写在小孔位置上，移去掩蔽纸张，然后根据纸张 上留下的字和空格编写一篇掩饰性的文章。接收者只要把掩 蔽纸张覆盖在该纸张上就可立即读出秘密消息。直到16世纪 早期，意大利数学家Cardan重新发展了这种方法，该方法 现在被称为卡登格子隐藏法。国外著名的例子是Giovanni Boccaccio(1313~1375年)创作的《Amorosa visione》， 据说是世界上最长的藏头诗，他先创作了三首十四行诗，总 共包含大约1500个字母，然后创作另外一首诗，使连续三 行诗句的第一个字母恰好对应十四行诗的各字母。 2018/11/30 13
2018/11/30
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隐写术特点
简单，掌握密钥后，破译简单。 易被攻击。
2018/11/30
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信息隐藏的发展历史
传统的信息隐藏技术
古代信息隐藏的方法可以分为两种: 一种是将机密信息 进行各种变换，使非授权者无法理解，这就是密码术; 另一种 是将机密信息隐藏起来，使非授权者无法获取，如隐写术等。 可以称它们为古代密码术和古代隐写术。 我们可以把它 们的发展看成两条线: 一条是从古代密码术到现代密码学; 一条是从古代隐写术到信息隐藏、数字水印、隐通道和匿名通 信。 古代隐写术包括技术性的隐写术、语言学中的隐写术和用 于版权保护的隐写术。
2018/11/30
3
eg：诗情画意传“密语”
第一章密码学概述ppt课件
P1，P2，……，Pi，K或者找出一个算法从Ci＋1 ＝EK (Pi＋1 )推出Pi＋1
编辑版pppt
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（2）已知明文攻击（Know-plaintext attack）
已知： P1 ， C1＝EK ( P1 ) ， P2 ， C2＝EK ( P2 ) ，……， Pi ， Ci＝EK ( Pi ) ， 推导出：
（1）完全攻破。敌手找到了相应的密钥，从 而可以恢复任意的密文。
（2）部分攻破。敌手没有找到相应的密钥， 但对于给定的密文，敌手能够获得明文的特定 信息。
（3）密文识别。如对于两个给定的不同明文 及其中一个明文的密文，敌手能够识别出该密 文对应于哪个明文，或者能够识别出给定明文 的密文和随机字符串。
密码学概述
编辑版pppt
1
本章主要内容
1、密码学的基本概念 2、密码体制 3、密码分析 4、密码体制的安全性
编辑版pppt
2
密码学的发展历程
著名的密码学者Ron Rivest解释道：“密码学 是关于如何在敌人存在的环境中通讯”
四个发展阶段
古典密码（古代——1949年） 早期对称密码学（1949年——1976年） 现代密码学（1976年——1984年） 可证明安全（1984年——现在）
主动攻击(active attack)。
密码分析：密码分析(cryptanalysis)是被动攻击。在 信息的传输和处理过程中，除了意定的接收者外，还 有非授权接收者，他们通过各种办法（如搭线窃听、 电磁窃听、声音窃听等）来窃取信息。他们虽然不知 道系统所用的密钥，但通过分析，可能从截获的密文 中推断出原来的明文，这一过程称为密码分析 。
编辑版pppt
18
评价密码体制安全性有不同的途径，包括：
《密码学应用》课件
05
案例分析
SSL/TLS协议的安全性分析
总结词
SSL/TLS协议是互联网上常用的安全通信协议，通过对传输的数据进行加密，保证数据传输过程中的机密性和完 整性。
详细描述
SSL/TLS协议采用了多种加密算法和协议机制，如RSA公钥加密算法、对称加密算法等，能够提供较高的安全性 。然而，随着互联网技术的发展，SSL/TLS协议也面临着越来越多的安全威胁，如中间人攻击、协议漏洞等。因 此，对SSL/TLS协议的安全性进行分析和评估是必要的。
SHA-256哈希函数的实例分析
总结词
SHA-256哈希函数是一种常用的密码学 哈希函数，具有很高的安全性和可靠性 。
VS
详细描述
SHA-256哈希函数可以对任何长度的数 据生成固定长度的哈希值，且具有很高的 抗碰撞性，即很难找到两个具有相同哈希 值的数据。在实际应用中，SHA-256哈 希函数被广泛用于数据完整性验证、数字 签名等领域，如文件校验、软件发布等场 景。
电子招投标
03
利用密码学技术，对电子政务中的招投标数据进行加密和签名
，确保招投标过程的公正、公平和公开。
云计算安全
数据加密
通过使用密码学技术，对云计算中存储和传输的数据进行加密， 确保数据的安全性和机密性。
访问控制
利用密码学技术进行云计算资源的访问控制，限制未授权用户的 访问和操作。
虚拟化安全
通过使用虚拟化安全技术，确保云计算环境中的虚拟机安全和隔 离，防止虚拟机之间的安全风险。
密码学主要包括密码编码学和密码分析学两个分支，前者研究如何对信息进行加 密保护，后者则研究如何对加密的信息进行破解或攻击。
《密码技术》PPT课件
48
2.3.1 密钥的生成与修改
密钥的生成
密钥的生成应具有随机性，即不可预测性，以抵 抗字典攻击。
密钥生成方法具有不重复生成法和重复密钥 生成法两种。
• 采用随机数生成器或伪随机数生成器来生成密钥。 • 由一个初始密钥生成多个密钥。
19
DES密码系统的安全性
弱密钥：如果DES密钥置换中所产生的16个 子密钥均相同，则这种密钥称为弱密钥。 如果一个密钥能够解密用另一个密钥加密的 密文，则这样的密钥对为半弱密钥。 为了确保DES加密系统的安全性，选择密钥时 不能使用弱密钥或者半弱密钥。
20
DES的安全性
DES系统的破译和安全使用
• 已知消息m,计算hash(m)是很容易的； • 已知c1=hash(m2),构造m2使hash(m2)=c1是困难
的 • 输入的一个小扰动，将引起输出完全不同。
41
数字签名中使用的签名算法（原文保密的数 字签名的实现方法）
42
2.2.2 基于RSA密码体制的数字签名
签名过程
S≡mdmodn，S即是对应于明文m的数字签名 签名者将签名S和明文m一起发送给签名验证者.
RSA算法的描述 选取长度应该相等的两个大素数p和q，计算其乘积：
n = pq 然后随机选取加密密钥e，使e和(p–1)*(q–1)互素。 最后用欧几里德扩展算法计算解密密钥d，以满足
ed mod((p–1)(q–1))=1 即
d = e–1 mod((p–1)(q–1)) e和n是公钥，d是私钥
27
50
• 数字信封技术首先使用秘密密钥加密技术对要发 送的数据信息进行加密，在这里还附上加密者本 人的数字签名，以确定加密者的身份。然后利用 公密钥加密算法对秘密密钥加密技术中使用的秘 密密钥进行加密，最后将加密后的源文件、签名、 加密密钥和时间戮放在一个信封中发送出去。 数字信封技术在内层使用秘密密钥加密技术，外 层采用公开密钥加密技术加密秘密密钥。
现代密码学(清华大学出版社)课堂课件
驱动子系统常用一个或多个线性反馈移位寄存 器来实现，
非线性组合子系统用非线性组合函数F来实现。
第3章 分组密码体制
3.1 分组密码概述 3.2 数据加密标准 3.3 差分密码分析与线性密码分析 3.4 分组密码的运行模式 3.5 IDEA 3.6 AES算法——Rijndael 习题
• •
2流单.1密击流码此密处码编的基辑本母概版念标题样式
关键密钥流产生器
• •同单步击流此密处码编辑母版副标题样式 • 自同步流密码
• 有限状态自动机
• 密钥流序列具有如下性质：
极大的周期、良好的统计特性、抗线性分析、抗 统计分析。
• 密钥流产生器：驱动部分和非线性组合部分
图2.7 常见的两种密钥流产生器
•单无击条此件处安编全辑母版标题样式
• 如果算法产生的密文不能给出唯一决定相应明 文的足够信息，无论截获多少密文，花费多少时
• 单间击都此不处能编解辑密母密版文副。标题样式 • Shannon指出，仅当密钥至少和明文一样长时
达到无条件安全（即一次一密）
• 计算安全
– 破译密文的代价超过被加密信息的价值
（data encryption standard, DES）
应单用击中此对处于编分辑组母码版的标要题求样式
• 安全性
•• 单运击行此速处度编辑母版副标题样式 • 存储量(程序的长度、数据分组长度、高速缓存大
小)
• 实现平台(硬、软件、芯片)
• 运行模式
称单明击文此分处组编到辑密母文版分标组题的样可式逆变换为代换
• 设计的算法应满足下述要求：
• 分组长度n要足够大，使分组代换字母表中的元素 • 单个击数此2n处足编够辑大母，版防副止标明题文样穷式举攻击法奏效。
精品课件-现代密码学(杨晓元)第2章
号平均提供的信息量：
H (X )
E[I (xi )]
n i1
p(xi )log
1 p(xi )
第2章 信息论基础
熵具有下列性质：
(1) 确定性：当信源输出某个符号的概率为1时，信源的熵
为0； n (2) 非负性：H X p xi log p xi 0 i1
(3) 极值性：等概信源的熵最大，即
对于合法的信息接收者，已知密钥和密文，可以唯一确定 明文，因此，H(M|CK)=0，并且
I(M;CK)=H(M)－H(M|CK)=H(M) 即从密文和密钥中可以得到关于明文的全部信息。
定理2-3 对于任意保密系统，有I(M;C)≥H(M)－H(K)。 证明：由于H(M|KC)=0，因此有
H K | C H K | C H M | KC H KC H C H M | KC H MKC H C H MK | C H K | MC H MC H C HM | C HK | MC HM |C
第2章 信息论基础
定理2-1 若离散无记忆信源的熵为H(X)，对信源符号进行m
元编码(共m个码符号)，则一定存在一种无失真编码方法，使得
平均码长
满L足以下不等式：
HX
HX
L 1
log m
log m
此外，为了提高通信的可靠性，需要对信息进行信道编码， 信道编码的基本思想是通过冗余来检测或纠正由于信道干扰而造 成的错误。信道编码的信息传输率R定义为每个码符号中包含的 信息量，Shannon证明了当信息传输率小于信道容量时，必然存 在一种编码方法，使得译码错误概率任意小。这就是有噪信道编 码定理，也称Shannon第二定理(定理2-2)。
平均互信息具有如下性质： (1) 非负性： I(X;Y)≥0； (2) 极值性： I(X;Y)≤H(X)，I(X;Y)≤H(Y)； (3) 对称性： I(X;Y)=I(Y;X)； (4) 凸状性：平均互信息I(X;Y)是信源的概率分布p(X)的∩ 型凸函数，是信道转移概率分布p(Y|X)的∪型凸函数。
上海交大密码学课件--第二讲：序列密码
例4. 如图为一种4级LFSR，其联接多项 式为 x4 x3 x2 x 1
如取初始状态为(a1, a2, a3, a4)=(1,1,1,1)其状态转移图为：
输出序列为10001 10001……，周期为5。
如取初始状态为(a1, a2, a3, a4)=(0,0,0,1)，其状态转移图为：
k j f (a1 j,a2 j ,...., anj )
钟控生成器
基本思想是：用一种或多种移位寄存器来控制另一种或多种移位寄存器 旳时钟，这么旳序列生成器叫做钟控生成器(clock-controlled generator)， 也叫停走生成器(stop and go generator)，最终旳输出被称为钟控序列， 基本模型如图所示。
反馈移位寄存器
线性反馈移位寄存器 假如反馈函数形如 :
f (a1, a2 ,..., an ) cna1 cn1a2 ... c1an
ci 0,1
这里旳加法运算为模2加，乘法运算为一般乘法， 则称该反馈函数是a1, a2,…,an旳线性函数， 相应旳反馈移位寄存器称为线性反馈移位寄存器，用LFSR表达。
流密码完整构造
安全性:
流密码旳安全性完全取决于密钥旳安全等级.
实用旳流密码以少许旳、一定长度旳种子密钥经过逻 辑运算产生周期较长、可用于加解密运算旳伪随机序 列。
2.1.2同步流密码与自同步流密码
同步流密码:密钥流旳产生与明文消息流相互独立
密钥流与明文串无关，所以同步流密码中旳每个密文ci 不依赖于之 前旳明文mi-1，……，m1。从而，同步流密码旳一种主要优点就 是无错误传播：在传播期间一种密文字符被变化只影响该符号旳恢 复，不会对后继旳符号产生影响。
2.1.1 流密码简朴构造
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=============================================================应用密码学 (2)卿斯汉主讲 (qsihan@) 2011年1月4日 — 1月14日======================================================================MISTY1 1. 概述MISTY1是日本著名的密码学家Mitsuru Matsui 向欧洲密码工程NESSIE 提交的分组密码算法，具有十分鲜明的特点：对差分分析与线性分析，MISTY1具有可证明安全性；提出了一种新的扩展的Feistel 结构 — MISTY 结构，可以在保证安全性的同时增加并行运算的效率；使用两种规模不同的S -盒：77×的S -盒7S 和99×的S -盒9S ，等等。
该密码的分组长度为64比特，密钥长度为128比特，轮数可变，但必须是4的倍数。
本节将采用下述符号与记法：()n X 表示X 的长度为n 比特；L X 表示X 的左半部分；R X 表示X 的右半部分；⊕表示逐比特异或运算；∩表示逐比特与运算；∪表示逐比特或运算；&表示比特串的并置。
下面的公式表示如何将64-比特值(64)L 表示为2个32-比特值(32)(1,2)i W i =，4个16-比特值(16)(1,2,3,4)i H i =，8个8-比特值(8)(1,2,,8)i B i ="，以及64个1-比特值(1)(1,2,,64)i E i ="。
(64)1(32)2(32)1(16)2(16)3(16)4(16)1(8)2(8)8(8)1(1)2(1)64(1)L W W H H H H B B B E E E ====&&&&&&"&&&"&例如，当(64)(64)00123456789ABCDEF L x =时，1(32)(32)(32)001234567L W L x ==，2(32)(32)(32)089ABCDEF R W L x ==， 1(16)1(16)(16)00123L H W x ==，2(16)1(16)(16)04567R H W x ==， 3(16)2(16)(16)089AB L H W x ==，4(16)2(16)(16)0CDEF R H W x ==，1(8)(8)2(8)(8)7(8)(8)8(8)(8)001,023,,0CD ,0EF B x B x B x B x ===="， 1(1)2(1)7(1)(1)8(1)(1)0,1,,E E E E =====""，57(1)58(1)59(1)(1)60(1)(1)61(1)64(1)(1)1,0,1E E E E E E ======="2. MISTY1的基本模块 (1) 函数FL函数FL 的结构如图1所示，其输入为32-比特数据(32)(16)(16)L R X X X =&和32-比特子密钥(32)(16)(16)i iL iR KL KL KL &=。
定义下述运算：(16)(16)(16)(16)()R R L iL Y X X KL =⊕∩ (16)(16)(16)(16)()L L R iR Y X Y KL =⊕∪ 函数FL 的32-比特输出为：(32)(16)(16)L R Y Y Y =&。
图1 函数i FL(2) 函数1FL −函数1FL −的结构如图2所示，其输入为32-比特数据(32)(16)(16)L R Y Y Y =&和32-比特子密钥(32)(16)(16)i iL iR KL KL KL &=。
定义下述运算：(16)(16)(16)(16)()L L R iR X Y Y KL =⊕∪ (16)(16)(16)(16)()R R L iL X Y X KL =⊕∩ 函数1FL −的32-比特输出为：(32)(16)(16)L R X X X =&。
图2 函数1i FL −(3) 函数FO函数FO 的结构如图3所示。
i FO 的输入为32-比特数据(32)0(16)0(16)i X L R =&和2组子密钥：64-比特子密钥(64)i KO 和48-比特子密钥(48)i KI 。
并且，子密钥如下分解为16-比特子块：(64)1(16)2(16)3(16)4(16)i i i i i KO KO KO KO KO =&&& (48)1(16)2(16)3(16)i i i i KI KI KI KI =&&对每个整数j (13)j ≤≤，定义(函数FI 的定义将随后介绍)11(,)j ij j ij ij j R FI L KO KI R −−=⊕⊕ 1j j L R −=函数i FO 的32-比特输出为：(32)3(16)43(16)()i i Y L KO R =⊕&。
图3 函数i FO(4) 函数FI函数FI 的结构如图4所示。
ij FI 的输入为16-比特数据(16)0(9)0(7)j X L R =&和16-比特子密钥(16)(7)(9)ij ijL ijR KI KI KI =&。
亦即，它们都被分解为不相等的分量，分别为7比特和9比特。
定义下述运算：1(7)0(7)L R = 1(9)0(9)0(7)9()()R S L ZE R =⊕ 2(9)1(9)(9)ijR L R KI =⊕ 2(7)1(7)1(9)(7)7()()ijL R S L TR R KI =⊕⊕ 3(7)2(7)L R = 3(9)2(9)2(7)9()()R S L ZE R =⊕ 函数ij FI 的16-比特输出为：(16)3(7)3(9)Y L R &=。
图4 函数ij FI在上述公式中，我们用到下面将讲到的两个S -盒：77×的S -盒7S 和99×的S -盒9S 。
此外，还用到两个函数()ZE ⋅和()TR ⋅。
其中，()ZE ⋅表示zero-extend ，即函数()ZE ⋅对7-比特输入(7)x 的最高位补两个0比特得到9-比特输出(9)(7)(7)()00y ZE x x ==&。
()TR ⋅表示truncate ，即函数()TR ⋅删除9-比特输入(9)x 的最高两比特得到7-比特输出(7)(9)()y TR x =。
(5) S -盒MISTY1中有两种不同的S -盒：7S 和9S ，它们既可用逻辑运算实现也可用查表实现。
在逻辑运算时，i j k x x x 表示i j k x x x ∩∩。
(a) 7S7S 是一个77×的S -盒，其逻辑表达式为00131526450160250340563561y x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕ 160204061534360561462362451y x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕24051214163646014023036045246345y x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕301032426560120461361451y x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕ 45041623250351251341564561y x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕ 50120305061435012015024123256y x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕6301030516253546036126135234256y x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕例如，(1) 当输入为0x =时，7S 的输出为6510001101127y y y y y ==="(2) 当输入为127x =时，65101x x x x ====="。
这时除10y =外其余j y 均等于1，所以7S 的输出为65101111101125y y y y y ==="。
(3) 当输入为380100110x ==时，5211x x x ===且64300x x x x ====，故 0100100000000y =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕= 11000010000000y =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕= 200100000000001y =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕= 3101000000000y =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕= 4110001010000y =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕= 501100000000000y =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕=600000100000001y =⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕= 所以，7S 的输出为6510100010068y y y y y ==="。
通过类似的计算，我们可得下述7S 的十进制表：27 50 51 90 59 16 23 84 91 26 114 115 107 44 102 73 31 36 19 108 55 46 63 74 93 15 64 86 37 81 28 4 11 70 32 13 123 53 68 66 43 30 65 20 75 121 21 111 14 85 9 54 116 12 103 83 40 10 126 56 2 7 96 41 25 18 101 47 48 57 8 104 95 120 42 76 100 69 117 61 89 72 3 87 124 79 98 60 29 33 94 39 106 112 77 58 1 109 110 99 24 119 35 5 38 118 0 49 45 122 127 97 80 34 17 6 71 22 82 78 113 62 105 67 52 92 88 125亦即，7(0)27S =，7(127)125S =，7(38)68S =，等等。