信息安全技术教材
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12
第十二页，共51页。
密码学的发展(fāzhǎn)历史
密码学的历史
1949年之前：密码学由艺术方式走向逻辑-机械密码。
1949～1975年：
标志：Shannon发表“Communication Theory of Secrecy System”密码学进入了科学的轨道
主要技术：单密钥的对称密钥加密算法(suàn fǎ)
非对称密码体制（公钥密码体制）
根据明文和密文的处理方式分类
分组密码体制（Block Cipher）
序列密码体制（Stream Cipher）
根据加密算法是否变化分类
固定算法密码体制
变化算法密码体制
第二十一页，共51页。
密码(mì mǎ)系统的分类
对称密码(mì mǎ)体制（秘密钥密码(mì mǎ)体制）
第二十三页，共51页。
加密机制 原理
算法 密钥配送
密钥数 安全确认 加密速度
DES
RSA
加密钥=解密钥 （秘密）
加密钥 解密钥 （公开） （秘密）
公开
公开
必要
不必要
必须为通信对象数 自己用的一个即可
比较困难
容易
可达100MB/S
可达10KB/S
第二十四页，共51页。
密码系统(xìtǒng)的分类
第二十五页，共51页。
密码系统(xìtǒng)的分类
序列密码体制（Stream Cipher） 将明文和密钥都划分(huà fēn)为位(bit)
或字符的序列，并且对明文序列中的每一位 或字符都用密钥序列中对应的分量来加密。 M=(M1, M2,… ,Mn) Ke=(ke1, ke2,…,ken) C=(C1, C2,…,Cn) 其中Ci=E(mi,kei) ，i=1,2,…,n。
第十九页，共51页。
用户(yònghù)A
用户(yònghù
传送(chuán sònɡ)给B的信息
明文 加密算法
密文
网络信道
B收到信息 解密算法 明文
加密密钥K1
解密密钥K2
C窃听到的信息!@#$%^
窃听者C
第二十页，共51页。
密码系统(xìtǒng)的分类
根据密钥的使用方式分类
对称密码体制（秘密(mìmì)钥密码体制）
置换（排列）密码 (transposition/permutation)
原理：将原始消息中的字母重新排列。 应用：20世纪前半叶，外交通信。
乘积密码（product cipher）
原理：上述两种密码方案的组合。 注意：应用两种密码并不意味结果比单一密码好。
35
第三十五页，共51页。
替换(tìhuàn)技术
有必要澄清一个观念：密码技术里所提到(tí dào)的信息安全性通常不是绝对的，它是一个 相对的范畴。
31
第三十一页，共51页。
辨析(biànxī)
通常(tōngcháng)没有绝对的信息安全
数学家香农（Claude E.Shanon）创立(chuànglì)的 信息论中，用严格的数学方法证明了一个结论：一 切密码算法，除了一次一密以外，在理论上都是可 以破解的。
这些密码算法，包括现在的和过去的，已知的和未 知的，不管它多么复杂、多么先进，只要有足够强 大的计算机，有足够多的密文，一定可以破译。
32
第三十二页，共51页。
辨析(biànxī)
相对(xiāngduì)安全
一切密码，理论上都是可以破译的前提：足够(zúgòu)强大 的计算机。
安全满足时间限制。假如一条信息需要保密10年，如果要花
信息安全技术(jìshù)教 材
2021/11/5
第一页，共51页。
第二(dìèr)讲 密码学基础
密码(mì mǎ)学的发展历史 密码(mì mǎ)学的基本概念 密码(mì mǎ)系统的分类 密码(mì mǎ)分析 经典密码(mì mǎ)学
2
第二页，共51页。
经典密码谍战电影
1、《猎杀U571》（截获德国密码机） 2、《中途岛海战(hǎizhàn)》 3、黑室（国民党军统机构） （密码破译专家 池步洲：破译日本偷袭珍 珠港、重庆大轰炸消息）
20年的时间才能破解它，那么信息就是安全的。
安全满足经济限制。假如一条信息价值一百万元，如果需要
要花1000万元的代价才能制造出足够强的计算机来破解它，那 它就是安全的。
33
第三十三页，共51页。
经典(jīngdiǎn)加密学
严格来说，隐蔽通道和隐写术这两种技术并不是 加密，而是隐藏。
同加密相比，隐蔽通道和隐写术有一些缺点，它 需要许多额外的付出来隐蔽相对较少的信息。尽 管采用一些上述的方案也许有效，但是一旦被破 解，整个方案就毫无价值了。
第二十七页，共51页。
密码(mì mǎ)分析
研究分析解密规律(guīlǜ)的科学称作密 码分析学
截收者在不知道解密密钥及通信者所采用 的加密体制的细节条件下，对密文进行分 析，试图获取机密信息。密码分析在外交 、军事、公安、商业等方面都具有重要作 用，也是研究历史、考古、古语言学和古 乐理论的重要手段之一。
确定性分析法 利用(lìyòng)一个或几个已知量(比如，
已知密文或明文-密文对)用数学关系式表 示出所求未知量(如密钥等)。 统计分析法 利用(lìyòng)明文的已知统计规律进行 破译的方法。 穷举破译法
30
第三十页，共51页。
辨析(biànxī)
通常(tōngcháng)没有绝对的信息安全
1976年以后
DES算法(suàn fǎ)的诞生（1977年）
标志：Diffie，Hellman发表了“New Directions of Cryptography”开创了公钥密码学的新纪元
公开密钥密码体制的问世（RSA，1977年）
13
第十三页，共51页。
信息(xìnxī)加密传输的过程
两次世界大战促进(cùjìn)了密码学 发展
二战(èr zhàn)中美国陆军和海军使用的条 形密码设备M-138-T4。
Kryha密码机大约(dàyuē)在1926年由 Alexander vo Kryha发明。
第十页，共51页。
转轮密码机ENIGMA， 由Arthur Scherbius于 1919年发明(fāmíng)
加密密钥和解密密钥相同，或者二者之间 存在着某种明确的数学关系。
加密：EK(M)=C； 解密：DK(C)=M
第二十二页，共51页。
密码系统(xìtǒng)的分类
非对称密码体制（公钥密码体制） 加密(jiā mì)密钥与解密密钥是不同的
，而且从加密(jiā mì)的密钥无法推导 出解密的密钥。 用公钥KP加密(jiā mì)可表示为： EKP(M)=C 用相应的私钥KS解密可表示为：DKS(C)=M
英国(yīnɡ ɡuó)的TYPEX 打字密码机，是德国3轮
ENIGMA的改进型密码机。
第十一页，共51页。
密码学的发展(fāzhǎn)历史
密码学的发展(fāzhǎn)
传统密码学阶段：计算机出现以前古典加密主要(zhǔyào)使用 置换加密和替换加密两种技术。
隐写术 换位加密 代替加密 计算机密码学阶段： 算法保密 密钥保密 解密密钥保密
(jiě mì)。 密钥(key)：一串适当长度的字符串或数字串，可以控制加密和
解密(jiě mì)的过程。分别称为加密密钥和解密(jiě mì)密钥。 密码( cipher)也叫算法( algorithm)，是用于加密和解密(jiě mì)
的数学函数。
15
第十五页，共51页。
密码学的基本概念
密码分析(Cryptanalysis)：截收者试图通过分析从截获 的密文(mìwén)推断出原来的明文或密钥。
密码分析员(Cryptanalyst)：从事密码分析的人。 被动攻击(Passive attack)：对一个保密系统采取截获密
文(mìwén)进行分析的攻击。 主动攻击(Active attack)：非法入侵者(Tamper)、攻击
羊皮螺旋形地缠绕 思想：置换（permutation)
第七页，共51页。
Phaistos圆盘(yuán pán)
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm的CretanMnoan粘土圆盘，始于公元前17世纪。表面有明显 (míngxiǎn)字间空格的字母，至今还没有破解。
第八页，共51页。
第九页，共51页。
分组密码体制(tǐzhì)（Block Cipher ）
设M为明文，分组密码将M划分为一系列明 文块Mi，通常每块包含若干字符，并且对 每一块Mi都用同一个密钥Ke进行加密。
M=(M1, M2,… ,Mn) ， C=(C1, C2 , … ,Cn,)， 其中Ci=E(Mi,Ke)， i=1,2…,n。
替换法，是将明文字母(zìmǔ)替换成其 他字母(zìmǔ)、数字或符号的方法。
第十四页，共51页。
密码学的基本概念
基本概念
明文( plaintext):原始的消息称为明文 密文(ciphertext):加密后的消息称为密文。 加密(encryption):从明文到密文的变换过程称为加密。 解密(jiě mì)(decryption):从密文到明文的变换过程称为解密
者(Attcker)或黑客(Hacker)主动向系统窜扰，采用删除 、增添、重放、伪造等窜改手段向系统注入假消息，达 到利已害人的目的。
第十六页，共51页。
密码学的基本概念
密码编码学(Cryptography)
研究各种加密和对应解密 (jiě mì)方案的学科。而加
密码学
密方案被称为密码体制或
(Cryptology)
28
第二十八页，共51页。
密码(mì mǎ)分析
密码设计和密码分析是共生的、又是互 逆的。
密码设计是利用数学来构造(gòuzào)密 码
密码分析除了依靠数学、工程背景、语
言学等知识外，还要靠经验、统计、测
试、眼力、直觉判断能力……，有时还
靠点运气。
29
第二十九页，共51页。
密码(mì mǎ)分析方法—分析法
5
第五页，共51页。
密码学的发展(fāzhǎn)历史
传统密码学阶段(jiēduàn)-隐写术 通过隐藏消息的存在来保护消息. a.隐形墨水 b.字符格式的变化 c.图象变形
6
第六页，共51页。
Spartan Scytale, c. 500 B.C. 斯巴达人用于加解密的一种军事设备 发送者把一条在一个(yī ɡè)圆柱形棒上的
密码。 密码(mì mǎ)分析学
(Cryptoanalysis)
分析 (fēn究加密和解
密试码图系找统出：隐包藏括的所含有义可。能的明文、密文密、密。钥、加密
算法和解密算法。
17
第十七页，共51页。
密码学的基本概念
密码系统（密码体制）由5部分(bù fen)
组成：
它的优点是可以应用于通信双方宁愿他们的秘密 通信被发现(fāxiàn)而不愿其中的重要内容丢 失的情况。
第三十四页，共51页。
经典(jīngdiǎn)加密学
替换(tì huàn)密码 (substitution)
原理：将原始消息中的字母用另一个字母或符号代替。 应用(yìngyòng)：20世纪前半叶，外交通信。
全体明文的集合
一组由C到M 的解密变换
全体密文的集合
全体密钥的集合
一组由M到C的加密变换
第十八页，共51页。
加密(jiā mì): C = E(M,Ke)
E
解密(jiě mì): M = D(C, Kd)
D
M------明文 Ke-----加密密钥 E-------加密算法
C------密文 Kd-----解密(jiě mì)密钥 D------解密(jiě mì)算法
第二十六页，共51页。
密码(mì mǎ)系统的分类(3)
根据加密算法是否变化分类 固定(gùdìng)算法密码体制 C0=E(M0,K0), C1=E(M1,K1), ..., Cn=E(Mn,Kn) 变化算法密码体制 C0=E1 (M0,K0), C1=E2 (M1,K1), ..., Cn=En (Mn,Kn)
4、长沙保卫战（破译对方密码）
第三页，共51页。
密码学的发展(fāzhǎn)历史
密码学 是信息 安全的 基石 (jīshí)
4
第四页，共51页。
密码学的发展(fāzhǎn)历史
密码学的发展(fāzhǎn)
传统密码学阶段：计算机出现以前古典加密主要使用置换加密 和替换加密两种技术。
隐写术 换位加密 代替加密 计算机密码学阶段： 算法保密(bǎo mì) 密钥保密(bǎo mì) 解密密钥保密(bǎo mì)
第十二页，共51页。
密码学的发展(fāzhǎn)历史
密码学的历史
1949年之前：密码学由艺术方式走向逻辑-机械密码。
1949～1975年：
标志：Shannon发表“Communication Theory of Secrecy System”密码学进入了科学的轨道
主要技术：单密钥的对称密钥加密算法(suàn fǎ)
非对称密码体制（公钥密码体制）
根据明文和密文的处理方式分类
分组密码体制（Block Cipher）
序列密码体制（Stream Cipher）
根据加密算法是否变化分类
固定算法密码体制
变化算法密码体制
第二十一页，共51页。
密码(mì mǎ)系统的分类
对称密码(mì mǎ)体制（秘密钥密码(mì mǎ)体制）
第二十三页，共51页。
加密机制 原理
算法 密钥配送
密钥数 安全确认 加密速度
DES
RSA
加密钥=解密钥 （秘密）
加密钥 解密钥 （公开） （秘密）
公开
公开
必要
不必要
必须为通信对象数 自己用的一个即可
比较困难
容易
可达100MB/S
可达10KB/S
第二十四页，共51页。
密码系统(xìtǒng)的分类
第二十五页，共51页。
密码系统(xìtǒng)的分类
序列密码体制（Stream Cipher） 将明文和密钥都划分(huà fēn)为位(bit)
或字符的序列，并且对明文序列中的每一位 或字符都用密钥序列中对应的分量来加密。 M=(M1, M2,… ,Mn) Ke=(ke1, ke2,…,ken) C=(C1, C2,…,Cn) 其中Ci=E(mi,kei) ，i=1,2,…,n。
第十九页，共51页。
用户(yònghù)A
用户(yònghù
传送(chuán sònɡ)给B的信息
明文 加密算法
密文
网络信道
B收到信息 解密算法 明文
加密密钥K1
解密密钥K2
C窃听到的信息!@#$%^
窃听者C
第二十页，共51页。
密码系统(xìtǒng)的分类
根据密钥的使用方式分类
对称密码体制（秘密(mìmì)钥密码体制）
置换（排列）密码 (transposition/permutation)
原理：将原始消息中的字母重新排列。 应用：20世纪前半叶，外交通信。
乘积密码（product cipher）
原理：上述两种密码方案的组合。 注意：应用两种密码并不意味结果比单一密码好。
35
第三十五页，共51页。
替换(tìhuàn)技术
有必要澄清一个观念：密码技术里所提到(tí dào)的信息安全性通常不是绝对的，它是一个 相对的范畴。
31
第三十一页，共51页。
辨析(biànxī)
通常(tōngcháng)没有绝对的信息安全
数学家香农（Claude E.Shanon）创立(chuànglì)的 信息论中，用严格的数学方法证明了一个结论：一 切密码算法，除了一次一密以外，在理论上都是可 以破解的。
这些密码算法，包括现在的和过去的，已知的和未 知的，不管它多么复杂、多么先进，只要有足够强 大的计算机，有足够多的密文，一定可以破译。
32
第三十二页，共51页。
辨析(biànxī)
相对(xiāngduì)安全
一切密码，理论上都是可以破译的前提：足够(zúgòu)强大 的计算机。
安全满足时间限制。假如一条信息需要保密10年，如果要花
信息安全技术(jìshù)教 材
2021/11/5
第一页，共51页。
第二(dìèr)讲 密码学基础
密码(mì mǎ)学的发展历史 密码(mì mǎ)学的基本概念 密码(mì mǎ)系统的分类 密码(mì mǎ)分析 经典密码(mì mǎ)学
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第二页，共51页。
经典密码谍战电影
1、《猎杀U571》（截获德国密码机） 2、《中途岛海战(hǎizhàn)》 3、黑室（国民党军统机构） （密码破译专家 池步洲：破译日本偷袭珍 珠港、重庆大轰炸消息）
20年的时间才能破解它，那么信息就是安全的。
安全满足经济限制。假如一条信息价值一百万元，如果需要
要花1000万元的代价才能制造出足够强的计算机来破解它，那 它就是安全的。
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第三十三页，共51页。
经典(jīngdiǎn)加密学
严格来说，隐蔽通道和隐写术这两种技术并不是 加密，而是隐藏。
同加密相比，隐蔽通道和隐写术有一些缺点，它 需要许多额外的付出来隐蔽相对较少的信息。尽 管采用一些上述的方案也许有效，但是一旦被破 解，整个方案就毫无价值了。
第二十七页，共51页。
密码(mì mǎ)分析
研究分析解密规律(guīlǜ)的科学称作密 码分析学
截收者在不知道解密密钥及通信者所采用 的加密体制的细节条件下，对密文进行分 析，试图获取机密信息。密码分析在外交 、军事、公安、商业等方面都具有重要作 用，也是研究历史、考古、古语言学和古 乐理论的重要手段之一。
确定性分析法 利用(lìyòng)一个或几个已知量(比如，
已知密文或明文-密文对)用数学关系式表 示出所求未知量(如密钥等)。 统计分析法 利用(lìyòng)明文的已知统计规律进行 破译的方法。 穷举破译法
30
第三十页，共51页。
辨析(biànxī)
通常(tōngcháng)没有绝对的信息安全
1976年以后
DES算法(suàn fǎ)的诞生（1977年）
标志：Diffie，Hellman发表了“New Directions of Cryptography”开创了公钥密码学的新纪元
公开密钥密码体制的问世（RSA，1977年）
13
第十三页，共51页。
信息(xìnxī)加密传输的过程
两次世界大战促进(cùjìn)了密码学 发展
二战(èr zhàn)中美国陆军和海军使用的条 形密码设备M-138-T4。
Kryha密码机大约(dàyuē)在1926年由 Alexander vo Kryha发明。
第十页，共51页。
转轮密码机ENIGMA， 由Arthur Scherbius于 1919年发明(fāmíng)
加密密钥和解密密钥相同，或者二者之间 存在着某种明确的数学关系。
加密：EK(M)=C； 解密：DK(C)=M
第二十二页，共51页。
密码系统(xìtǒng)的分类
非对称密码体制（公钥密码体制） 加密(jiā mì)密钥与解密密钥是不同的
，而且从加密(jiā mì)的密钥无法推导 出解密的密钥。 用公钥KP加密(jiā mì)可表示为： EKP(M)=C 用相应的私钥KS解密可表示为：DKS(C)=M
英国(yīnɡ ɡuó)的TYPEX 打字密码机，是德国3轮
ENIGMA的改进型密码机。
第十一页，共51页。
密码学的发展(fāzhǎn)历史
密码学的发展(fāzhǎn)
传统密码学阶段：计算机出现以前古典加密主要(zhǔyào)使用 置换加密和替换加密两种技术。
隐写术 换位加密 代替加密 计算机密码学阶段： 算法保密 密钥保密 解密密钥保密
(jiě mì)。 密钥(key)：一串适当长度的字符串或数字串，可以控制加密和
解密(jiě mì)的过程。分别称为加密密钥和解密(jiě mì)密钥。 密码( cipher)也叫算法( algorithm)，是用于加密和解密(jiě mì)
的数学函数。
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第十五页，共51页。
密码学的基本概念
密码分析(Cryptanalysis)：截收者试图通过分析从截获 的密文(mìwén)推断出原来的明文或密钥。
密码分析员(Cryptanalyst)：从事密码分析的人。 被动攻击(Passive attack)：对一个保密系统采取截获密
文(mìwén)进行分析的攻击。 主动攻击(Active attack)：非法入侵者(Tamper)、攻击
羊皮螺旋形地缠绕 思想：置换（permutation)
第七页，共51页。
Phaistos圆盘(yuán pán)
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm的CretanMnoan粘土圆盘，始于公元前17世纪。表面有明显 (míngxiǎn)字间空格的字母，至今还没有破解。
第八页，共51页。
第九页，共51页。
分组密码体制(tǐzhì)（Block Cipher ）
设M为明文，分组密码将M划分为一系列明 文块Mi，通常每块包含若干字符，并且对 每一块Mi都用同一个密钥Ke进行加密。
M=(M1, M2,… ,Mn) ， C=(C1, C2 , … ,Cn,)， 其中Ci=E(Mi,Ke)， i=1,2…,n。
替换法，是将明文字母(zìmǔ)替换成其 他字母(zìmǔ)、数字或符号的方法。
第十四页，共51页。
密码学的基本概念
基本概念
明文( plaintext):原始的消息称为明文 密文(ciphertext):加密后的消息称为密文。 加密(encryption):从明文到密文的变换过程称为加密。 解密(jiě mì)(decryption):从密文到明文的变换过程称为解密
者(Attcker)或黑客(Hacker)主动向系统窜扰，采用删除 、增添、重放、伪造等窜改手段向系统注入假消息，达 到利已害人的目的。
第十六页，共51页。
密码学的基本概念
密码编码学(Cryptography)
研究各种加密和对应解密 (jiě mì)方案的学科。而加
密码学
密方案被称为密码体制或
(Cryptology)
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第二十八页，共51页。
密码(mì mǎ)分析
密码设计和密码分析是共生的、又是互 逆的。
密码设计是利用数学来构造(gòuzào)密 码
密码分析除了依靠数学、工程背景、语
言学等知识外，还要靠经验、统计、测
试、眼力、直觉判断能力……，有时还
靠点运气。
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第二十九页，共51页。
密码(mì mǎ)分析方法—分析法
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第五页，共51页。
密码学的发展(fāzhǎn)历史
传统密码学阶段(jiēduàn)-隐写术 通过隐藏消息的存在来保护消息. a.隐形墨水 b.字符格式的变化 c.图象变形
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第六页，共51页。
Spartan Scytale, c. 500 B.C. 斯巴达人用于加解密的一种军事设备 发送者把一条在一个(yī ɡè)圆柱形棒上的
密码。 密码(mì mǎ)分析学
(Cryptoanalysis)
分析 (fēn究加密和解
密试码图系找统出：隐包藏括的所含有义可。能的明文、密文密、密。钥、加密
算法和解密算法。
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第十七页，共51页。
密码学的基本概念
密码系统（密码体制）由5部分(bù fen)
组成：
它的优点是可以应用于通信双方宁愿他们的秘密 通信被发现(fāxiàn)而不愿其中的重要内容丢 失的情况。
第三十四页，共51页。
经典(jīngdiǎn)加密学
替换(tì huàn)密码 (substitution)
原理：将原始消息中的字母用另一个字母或符号代替。 应用(yìngyòng)：20世纪前半叶，外交通信。
全体明文的集合
一组由C到M 的解密变换
全体密文的集合
全体密钥的集合
一组由M到C的加密变换
第十八页，共51页。
加密(jiā mì): C = E(M,Ke)
E
解密(jiě mì): M = D(C, Kd)
D
M------明文 Ke-----加密密钥 E-------加密算法
C------密文 Kd-----解密(jiě mì)密钥 D------解密(jiě mì)算法
第二十六页，共51页。
密码(mì mǎ)系统的分类(3)
根据加密算法是否变化分类 固定(gùdìng)算法密码体制 C0=E(M0,K0), C1=E(M1,K1), ..., Cn=E(Mn,Kn) 变化算法密码体制 C0=E1 (M0,K0), C1=E2 (M1,K1), ..., Cn=En (Mn,Kn)
4、长沙保卫战（破译对方密码）
第三页，共51页。
密码学的发展(fāzhǎn)历史
密码学 是信息 安全的 基石 (jīshí)
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第四页，共51页。
密码学的发展(fāzhǎn)历史
密码学的发展(fāzhǎn)
传统密码学阶段：计算机出现以前古典加密主要使用置换加密 和替换加密两种技术。
隐写术 换位加密 代替加密 计算机密码学阶段： 算法保密(bǎo mì) 密钥保密(bǎo mì) 解密密钥保密(bǎo mì)