自然辩证法课程演讲公钥密码学理论的形成--从科学假说到科学理论

复杂加密法
1.Alice把消息放到箱子里，用自己的锁锁上发送给 Bob 2.Bob收到箱子后加上自己的锁，在把箱子返回给 Alice 3.Alice除掉自己的锁，再把箱子寄给Bob 4.Bob除掉自己的锁，读取消息
公钥的真实性）
• 1976年，迪菲（Diffie）和赫尔曼(Hellman)两人 （论文“New Direction in Cryptography”）， 把密钥分为加密的公钥和解密的私钥，这是密码 学的一场革命。 • 1977年，美国的里维斯特(Ronald Rivest)、沙米 尔(Adi Shamir)和阿德尔曼(Len Adleman)，提出 第一个较完善的公钥密码体制——RSA体制
• 密码学革命的代表人物： Diffie(1944-)
–1965年，获得麻省理工学院数学学 士学位 –1976年，和Hellman联合发表《密 码学新方向》 –1991年，任职于Sun公司 –1992年，1992年瑞士联邦理工学院 授予博士头衔。
• Diffie考虑的问题：
1.加密过程中密钥分发问题
m 加密E k 秘密信道 C=Ek( m) 公共信道 解密D k m
公钥密码学理论的形成
• 科学问题的提出：
密钥的安全分发
• 科学事实的获取：
密钥分发过程中存在的安全问题
• 科学假说的形成：
对称密钥下的密钥分发机制KDC，复杂加密法，非对称 密钥算法（DH密钥交换方法）
• 科学理论的创立：
DH密钥交换方法、RSA加密算法、其他公钥加密算法
–明文(plaintext)：原始的消息 –密文(ciphertext)：被伪装的消息 –加密(encrypt/encipher)：明文转换为密文的过程 –解密(decrypt/decipher)：密文还原为明文的过程 –算法(algorithm/cipher)：用于加密和解密的数学函 数 –密钥(key)：加密密钥、解密密钥
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 古典密码 • 现代密码学： 流密码 分组密码 • 密码学新方向：公钥密码学
» 用于加密 » 用于密钥交换 » 用于数字签名
Caesar密码
• 破译以下密文：
–密文：PHHW PH –明文：meet me DIWHO after WKH the SDUWB party
字母表：(密码本） 密文：D E F G H I J K L M N O P Q R S T UVWX Y ZABC 明文：a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z i ： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9……..
10 8
6
4
2 0 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V WX Y Z
古典密码 · 弱点：
密钥空间较小 安全性基于算法细节 不抗频率分析
· 密钥分发：手工分发
• Kerchoffs原则(1883)：
加密算法应建立在算法的公开不影响明 文和密钥的安全的基础上。
• 设密钥为K：
–加密算法：C=E(K,P)=(P+k)mod(26) –解密算法：P=D(K,C)=(C-K)mod(26)
• 25个可能的密钥k, k∈[1，25]
英文中字母的使用频率
攻破古典密码的有效方法： 字母频率统计分析
频率
14 12
E使用最多； 然后是T R N I O A S 其他字母使用较少 最少的是J K Q X Z
• 古典密码 • 现代密码学： 流密码 分组密码 • 密码学新方向：公钥密码学
» 用于加密 » 用于密钥交换 » 用于数字签名
对称密码算法分类
• 流密码 (stream cipher)
每次加密数据流的一位或一字节，连续加密。 Ci=Ki⊕Pi
• 分组密码 (block cipher)
加密算法的主要工作混淆和扩散 特点：对明文分组进行加密，密钥长度56bits以上 例：DES算法、AES算法、三重DES算法
对称加密的密钥分配
• 破解算法的可能性大大降低，但是密钥分发成为 主要问题 • 在对称加密系统中，通常要求通信的双方Alice和 Bob共享密钥。 • 实现的方式：
–Alice确定一个密钥，并亲自交给Bob –一个可信的第三方(Trudy)负责确定密钥，并亲自交个 Alice和Bob。 –Alice和Bob之前已经建立了秘密通道，则Alice使用该 秘密通道将新密钥发送给Bob。 –Trudy和Alice以及Bob间有秘密通道，则Trudy利用秘 密通道将密钥发送给Alice和Bob。
公钥密码学理论的形成
--从科学假说到科学理论
• 公元前5世纪，古希腊斯巴达出现原始的密码器： 最早的换位密码术。 • 公元前1世纪，著名的恺撒(Caesar)密码被用于高 卢战争中：简单易行的单字母替代密码。
• 二次世界大战中，印第安纳瓦霍土著语言被美军 用作密码。这是密码学和语言学的成功结合，纳 瓦霍语密码成为历史上从未被破译的密码。
• 1949年以前 密码学是一种技巧（Art） • 1949-1975 标志：1949年Shannon发表的《保密系统的信息理 论》，密码学成为科学 • 1976以后 标志：1976年Diffie和Hellman发表了《密码学新 方向》。代表了密码学的新方向：公钥密码学
• 密码编码学(Cryptography)
密钥分发过程中的安全问题：
· 安全攻击
截断
监听
篡改
伪装
• 古典密码 • 现代密码学： 流密码 分组密码 • 密码学新方向：公钥密码学
» 用于加密 » 用于密钥交换 » 用于数字签名
公钥密码学
• 公钥密码体制的建立 • 经典公钥加密算法--RSA算法 • 数字签名和认证协议（保证通信双方的真实性、
– 手工分发不符合实际情况，而KDC的存在意味着通 信双方的隐私会被第三方监视。
2.“数字签名”问题：
– 寻找一个正确判断消息来源的方法，即象手写签名 一样，以保证消息却是出自特定的人。
复杂加密法
1.Alice把消息放到箱子里，用自己的锁锁上发送给 Bob 2.Bob收到箱子后加上自己的锁，在把箱子返回给 Alice 3.Alice除掉自己的锁，再把箱子寄给Bob 4.Bob除掉自己的锁，读取消息