现代密码学与应用
密码学技术研究与应用
密码学技术研究与应用一、引言密码学技术是保护隐私和信息安全的重要手段，近年来在各个领域得到广泛应用。
密码学技术可分为传统密码学和现代密码学两种。
传统密码学仅仅利用了简单的代替和置换技术进行加密，存在被攻击与破解的风险；而现代密码学借鉴了数学理论，加入了更多的变数，保证了信息的机密性、安全性、完整性和不可否认性。
本文将针对现代密码学技术的研究与应用进行探讨。
二、对称加密与非对称加密密码学技术的基础是对称加密和非对称加密，二者各自有不同的优缺点：1. 对称加密：用相同的密钥进行加密和解密的方式。
由于其效率高、处理速度快，被广泛应用于信息加密和数据传输领域。
但由于密钥的共享和管理困难，密钥泄漏或者被攻击可能导致信息泄露。
2. 非对称加密：也称为公钥加密，使用公钥进行加密，私钥进行解密。
其最大的优势是密钥的安全性高，但由于计算量大，效率低，限制了其在实际应用中的普及。
三、哈希技术的应用哈希技术是一种重要的加密技术，主要用于数字签名、消息认证和文件完整性检验等方面。
哈希技术通过把任意长度的输入串“压缩”成一个固定长度的输出串，在输出串的基础上进行处理，生成签名及信息校验码，从而保证数据的完整性和真实性。
哈希技术可以应用于大规模数据的处理和加密输送，如金融领域的交易记录保留。
四、数字签名技术数字签名技术是一种基于公钥加密的技术，通过私钥对信息进行签名，从而保证信息的机密性和真实性。
数字签名技术可以保证信息的完整性、真实性和不可抵赖性。
数字签名技术在金融、政府、医疗等领域得到广泛应用，如电子支付、证书认证、合同签署等。
五、量子密码学量子密码学是一种基于量子力学理论的密码学技术，其原理是利用量子比特进行加密和解密。
量子密码学不容易受到攻击和破解，能够有效保护信息的安全性。
量子密码学目前仍处于实验阶段，将来在未来的网络通讯中将发挥重要作用。
六、最新的密码学技术前沿最新的密码学技术前沿主要包括基于硬件加密和深度学习的密码学技术。
《现代密码学与应用》课件
在这个PPT课件中，你将会了解现代密码学的基础知识，包括对称加密算法、 非对称加密算法和消息摘要算法。你还将了解常用的密码协议，数字签名与 认证的原理和应用领域。最后，我们将介绍一些实践案例和密码学的未来发 展趋势。
密码学基础
密码学的定义和发展历史
探索密码学的起源和发展，了解现代密码学 的重要性。
数字证书的组成和作用
介绍数字证书的结构和使 用，以及如何验证数字证 书的真实性。
PKI架构和CA体系
深入了解公钥基础设施 （PKI）和数字证书颁发 机构（CA）的体系结构。
应用领域
网络安全
探索密码学在网络安全中的应用，如数据保护 和入侵检测。
移动通信
了解密码学在移动通信中的应用，如加密短信 和安全通信协议。
SSH协议
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信的安全和私密性。
介绍SSH协议，用于远程登录和安全
文件传输。
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IPSec协议
探讨IPSec协议，用于实现虚拟私有
VPN协议
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网络（VPN）和安全的网络通信。
了解各种VPN协议的工作原理和应用 场景。
数字签名与认证
数字签名的定义和原理
解释数字签名的作用和工 作原理，以及如何保证数 据的完整性和身份认证。
电子商务
研究密码学在电子商务中的应用，如加密支付 和数字货币。
物联网
探讨密码学在物联网中的应用，如设备认证和 数据加密。
实践案例
1
HTTPS实现原理
了解HTTPS的工作原理和加密机制，
OpenSSH安全配置技巧
2
以及实现一个安全的网站。
学习如何使用OpenSSH保护远程登
录和文件传输。
3
密码学的基本原理和应用
密码学的基本原理和应用密码学（Cryptology）是研究如何保护信息的学科，它主要涉及到两个方面：加密（Encryption）和解密（Decryption）技术。
加密技术是将明文（Plaintext）转化为密文（Ciphertext），以便在传输时保护信息不被窃取或篡改；解密技术是将密文转化为明文，以便信息接收方能正常理解。
密码学已经成为当今信息时代的重要支撑之一，它的应用范围广泛，从普通的数据传输到电子商务、金融、军事等领域。
本文将介绍密码学的基本原理和应用。
一、密码学的基本原理密码学的基本原理是基于数学的算法来实现加密和解密。
1. 对称加密算法（Symmetric Cryptography）对称加密算法采用同一密钥对明文进行加密和密文进行解密，即接收方和发送方都拥有同样的密钥。
在对称加密算法中，最常见的是DES（Data Encryption Standard）算法。
DES算法是一种基于置换和代换的密码算法，它将64位明文分为两个32位的半块，然后进行16轮的加密和解密，使用密钥可以在加密和解密中完成。
2. 非对称加密算法（Asymmetric Cryptography）非对称加密算法采用两个密钥，一个是公钥（Public Key），一个是私钥（Private Key）。
公钥可以公开，任何人都可以得到，用于加密明文；而私钥是保密的，只有一个人能得到，用于解密密文。
当接收方收到密文时，只有他知道解密的私钥，才可以解密密文。
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）算法是一种典型的非对称加密算法，它可以使用1024位或更长的密钥来保证安全性。
3. 哈希算法（Hash Algorithm）哈希算法是一种将任意长度的输入“压缩”为固定长度输出的算法，通常输出长度为128位、160位、256位等。
哈希算法能对任意长度的数据进行不可逆加密，其输出值称为哈希值（Hash Value）。
哈希算法在数字签名、消息鉴别码、密码验证等领域广泛应用，SHA（Secure Hash Algorithm）算法是其中一种。
密码学技术在信息科学中的应用与发展
密码学技术在信息科学中的应用与发展密码学技术作为一门独立的学科，已经在信息科学领域得到广泛应用与发展。
在当今数字化时代，信息的安全和保密性变得越来越重要，而密码学技术正是为了解决这一问题而生。
本文将就密码学技术在信息科学中的应用及发展进行探讨。
一、密码学的历史渊源密码学作为一门学科，其历史可追溯到古代。
早在古埃及时期，人们就已经开始使用密码术来保护重要信息的安全。
古代军事指挥官、政府官员甚至商人都会使用密码来传递机密信息。
在中世纪，密码学技术得到了进一步的发展，人们开始使用更加复杂的加密算法来保护重要信息。
二、密码学技术的基本原理密码学技术主要包括两大类：对称加密和非对称加密。
对称加密算法使用相同的密钥对数据进行加密和解密，而非对称加密算法则使用公钥和私钥来加密和解密数据。
现代密码学技术还包括散列函数、数字签名等技术，以保证信息的完整性和真实性。
三、密码学技术在信息安全中的应用密码学技术在信息安全领域有着广泛的应用。
在网络通信中，人们常常使用SSL/TLS协议来加密传输数据，以防止数据被窃取或篡改。
在电子商务中，数字证书和数字签名技术被广泛应用，以确保交易的安全性和可信度。
在数据库中，加密算法被用来保护用户的隐私信息。
可以说，密码学技术已经渗透到了我们日常生活的方方面面。
四、密码学技术的发展趋势随着信息技术的不断发展和进步，密码学技术也在不断创新和完善。
量子密码学技术被认为是未来密码学领域的重要发展方向，其基于量子力学的原理，具有更高的安全性和可靠性。
另外，深度学习和人工智能技术的应用也对密码学技术带来了新的挑战和机遇。
未来，密码学技术将不断演化和发展，以应对不断变化的信息安全威胁。
五、结语密码学技术作为信息科学的重要组成部分，对于信息安全和保密性至关重要。
通过本文的探讨，我们可以看到密码学技术的历史渊源、基本原理、应用及发展趋势。
在数字化时代，密码学技术将继续发挥重要作用，为信息安全提供坚实的保障。
密码学的发展与应用研究
密码学的发展与应用研究密码学作为一门可以保护信息安全的学科，一直在与技术飞速发展相伴相生。
从最早的凯撒密码到现在的量子密码，密码学不断发展，分享着科技进步带来的惊人成果。
在这篇文章中，我们将探讨密码学发展的历程，介绍现代密码学中最广泛应用的算法，以及讨论密码学在实际场景中的应用研究。
密码学的发展历程要了解密码学的发展历程，我们需要从最古老的密码开始讲起。
早在公元前400年，古希腊人就已经开始使用替换密码了。
其中最著名的就是凯撒密码，他将字母替换成字母表中往后第三个字母。
这种简单的密码很容易破解，但在古代用于战争中，已经足够保护一些机密信息。
直到20世纪，随着电子通信的发展，密码学的需求开始增加。
在二战中，密码学在对付日本人的紫码密码中大有作为，不仅能够解密敌人的密文，还可以创建安全的通信链路。
此时，密码学的研究也开始跨越数学和计算机领域。
在20世纪80年代，美国国家安全局（NSA）研究出了RSA密码算法，成为了公私钥加密的代表算法。
此算法基于质因数的难解性，即将两个大质数相乘的结果中，找到两个因子已经十分困难，从而防止了攻击者通过计算得到加密数据。
此后，密码学的研究者也开展了许多研究，以找到更安全的算法和升级密钥管理规则。
现代密码学的算法在现代密码学中，常用的加密算法主要包括对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法是指一种加密方法，发送方和接收方都拥有相同的密钥。
这种方法的优点在于速度快，但缺点是密钥容易泄露。
常用的对称加密算法有DES、AES。
非对称加密算法则是指公钥加密和数字签名算法，这种方法的优点在于密钥管理简单，但缺点在于速度较慢。
RSA算法就是非对称加密算法之一，此外，还有椭圆曲线密码算法、D-H密钥交换算法等。
密码学在实际应用中的研究现代社会中，密码学已经被广泛应用在了许多领域中。
比如银行、互联网、电商等领域都需要使用密码学来保护用户的敏感信息。
此外，政府部门和国防领域也离不开密码学的应用。
密码学技术在网络安全中的应用现状和发展趋势
密码学技术在网络安全中的应用现状和发展趋势摘要：随着互联网的快速发展，网络安全问题变得日益突出。
密码学技术作为保护信息安全的重要手段，已成为网络安全领域中的关键技术。
本文将介绍密码学技术在网络安全中的应用现状，并探讨其未来的发展趋势。
引言随着信息技术的广泛应用，网络安全问题日益成为全球范围内的关注焦点。
在网络安全领域中，保护用户的隐私和数据安全是至关重要的。
密码学技术作为保护信息安全的重要手段，有着广泛的应用。
本文将探讨密码学技术在网络安全中的应用现状和发展趋势。
密码学技术的应用现状1. 数据加密数据加密是密码学技术在网络安全中最常见的应用之一。
通过使用加密算法，用户可以将敏感数据转换为一系列无法被理解的密文，从而防止未经授权的访问者获取这些数据。
现代密码学技术采用复杂的加密算法，如对称加密算法（如AES）和非对称加密算法（如RSA），保证数据在传输和存储过程中的安全性。
2. 身份验证身份验证是网络安全中另一个重要的应用领域，密码学技术在其中发挥了关键作用。
通过使用密码学技术中的数字签名、证书和哈希函数等工具，用户可以证明其身份的真实性，确保通信双方的身份识别正确。
同时，密码学技术还可以防止伪造数字证书和恶意篡改等攻击，确保身份认证过程的安全性。
3. 安全通信安全通信是网络安全中另一个重要的应用领域。
密码学技术可以保护通信双方之间的信息传输过程，防止被未经授权的访问者窃听、篡改或伪装。
常见的安全通信协议，如SSL/TLS协议，就使用了密码学技术来加密和认证通信数据，确保通信的机密性和完整性。
密码学技术的发展趋势1. 强化加密算法随着计算能力的不断提高，传统的加密算法面临被攻破的风险。
因此，加密算法的强化成为密码学技术的发展趋势之一。
目前，量子密码学正成为密码学领域中的研究热点。
量子密码学利用量子力学的特性来设计强安全性的加密算法，抵御传统计算机无法解决的量子计算攻击。
2. 多因素身份验证传统的用户名和密码验证方式存在被破解的风险，因此多因素身份验证成为密码学技术的另一个发展趋势。
现代密码学概述
现代密码学概述现代密码学是研究保护信息安全的科学，它使用密码算法来加密和解密数据，以防止未经授权的访问和篡改。
密码学在现代社会中扮演着至关重要的角色，它保证了电子通信、互联网交易和数据存储的安全性。
一、密码学的基本概念和原理1.1 加密和解密在密码学中，加密是将明文转换为密文的过程，而解密则是将密文还原为明文的过程。
加密和解密的过程需要使用特定的密钥和密码算法。
1.2 对称密码和非对称密码对称密码算法使用相同的密钥进行加密和解密，加密和解密的速度较快，但密钥的分发和管理比较困难。
非对称密码算法使用一对密钥，分别用于加密和解密，密钥的管理更为灵活，但加密和解密的速度较慢。
1.3 数字签名和数字证书数字签名是在数字信息中添加的一种类似于手写签名的标识，用于验证数据的完整性和真实性。
数字证书则是由可信的第三方机构颁发的用于验证签名者身份的证书。
二、现代密码学的应用领域2.1 网络安全现代密码学在网络安全中扮演着重要的角色。
它通过对通信数据进行加密，保护用户的隐私和数据的安全，防止信息被窃听、篡改和伪造。
2.2 数据存储密码学被广泛应用于数据存储领域，如数据库加密、文件加密和磁盘加密等。
通过对数据进行加密，即使数据泄露也不会造成重大的损失。
2.3 电子支付现代密码学在电子支付领域也有广泛的应用。
它通过使用数字签名和加密技术，确保支付过程的安全性和可信度，防止支付信息被篡改和伪造。
三、常见的密码学算法3.1 对称密码算法常见的对称密码算法有DES（Data Encryption Standard）、AES （Advanced Encryption Standard）和RC4等。
这些算法在加密和解密的速度上都较快，但密钥的管理较为困难。
3.2 非对称密码算法常见的非对称密码算法有RSA、DSA和ECC等。
这些算法在密钥的管理上更为灵活，但加密和解密的速度较慢。
3.3 哈希函数算法哈希函数算法用于将任意长度的数据转换为固定长度的摘要值。
现代密码学的基础知识与应用
现代密码学的基础知识与应用现代密码学是信息安全领域中的重要分支，旨在保护数据的机密性、完整性和可用性。
它通过使用密钥和算法来加密、解密和签名数据，以确保数据在传输和存储过程中的安全。
本文将介绍现代密码学的基础知识和应用，包括加密算法、密钥管理和攻击方法。
加密算法加密算法是现代密码学中最基本的概念之一，它用于将数据转换为不可读的形式，以保护数据的机密性。
加密算法可分为两种类型：对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法是加密和解密使用相同密钥的算法。
数据在发送和接收方之间传输时，使用相同的密钥对数据进行加密和解密。
常见的对称加密算法包括DES、3DES、AES等。
这些算法在整个过程中的安全性取决于密钥的安全性。
如果密钥被攻击者窃取或暴力破解，对称加密的安全性就会被破坏。
非对称加密算法，又称为公钥加密算法，使用一对密钥进行加密和解密，其中一个密钥称为公钥，另一个密钥称为私钥。
公钥可以公开发布并共享给发送方，而私钥通常只有接收方持有。
常见的非对称加密算法包括RSA、Elgamal等。
由于使用了不同的密钥进行加密和解密，非对称加密算法的安全性比对称加密算法更高，但也需要保护好私钥的安全性。
密钥管理密钥是加密和解密过程中的关键元素，好的密钥管理对加密算法的效果至关重要。
密钥管理的主要目的是确保密钥的安全、可靠和有效使用。
密钥的生成是密钥管理的首要任务。
生成密钥的方法包括随机生成、使用密码短语生成和使用密钥派生算法等。
在使用密钥之前，需要对密钥进行保密处理，并将其存储在安全的位置。
密钥的分配应该限制在需要访问加密数据的人员中，并且在不再需要使用时应该立即取消分配。
当使用对称加密算法时，密钥的分发和交换也是一个关键问题。
因为对称加密算法使用相同的密钥加密和解密数据，发送方需要将密钥发送给接收方。
这个过程暴露出密钥的风险，因此需要采取一些预防措施，如使用密钥协商算法、使用加密密钥交换协议和使用数字签名等。
攻击方法密码学中的攻击方法可以分为两种类型：袭击和侵入。
现代密码学与应用
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大纲
一、密钥管理的概念 二、机密密钥分发技术 三、公钥分发技术 四、控制密钥使用的技术 五、多个域的密钥管理 六、密钥生命周期问题
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一、密钥管理的概念
密钥管理
• 是一组技术和过程，它能够在授权方间提 供密钥关系的建立和维护 • 包括 指通信实体共享密钥
材料(包括公钥、私钥 –域中系统用户的初始化 、初始值以及额外的 –密钥材料的生成、分发和安装 非秘密参数)的状态 –控制密钥材料的使用 –密钥材料的更新、撤销和销毁 –密钥材料的存储、备份/恢复和存档
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二、机密密钥分发技术
密钥分层
• 主密钥：不受密码学的保护。它们被手工分发或 在一开始时建立，受程序上的控制以及物理或电 子隔离的保护 (最高层) • 加密密钥的密钥：用于传输或存储其他密钥的对 称密钥或加密公钥，如保护会话密钥的密钥。 • 数据密钥：用于对用户数据提供密钥操作(如加 密、认证)。
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密钥分类
统称为秘密密钥
① 对称密钥：对称密码系统中使用的相同的 秘密密钥 ② 公钥和私钥：非对称密码系统中使用的成 对密钥
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密钥管理的目标
• 在遇到如下威胁时，仍能保持密钥关系和 密钥材料：
–危及秘密密钥的机密性 –危及秘密密钥或公钥的真实性 –危及密钥或公钥的未授权使用
X.509证书的获取
• 设用户A已从证书颁发机构X1处获取了公钥证书， 用户B已从证书颁发机构X2处获取了证书。如果A 不知X2的公开密钥，他虽然能读取B的证书，但却 无法验证X2的签字，因此B的证书对A来说是没有 用的。 • 若两个CA X1和X2彼此间已经安全地交换了公开密 钥，则A可通过以下过程获取B的公开秘钥：
现代密码学的理论与实践
现代密码学的理论与实践密码学是一门涉及到信息保护的领域，其目标是设计和使用加密算法来保护计算机系统和信息通信的安全。
随着现代科技的发展，保护计算机系统的信息安全成为了一项越来越重要的任务。
因此，现代密码学的研究与应用变得越来越重要。
一、密码学的发展历史密码学的发展可以追溯到古代。
比如，在古代中国，人们就使用了简单的替换密码对重要信息进行保护。
到了公元9世纪，阿拉伯数学家阿尔芬巴基发明了一种用代数公式实现的密码技术，这是密码学开始进入理论研究的阶段。
到了19世纪，有人在密码学领域提出了第一个正式的数学概率模型——克劳德·香农提出了信息论，这是密码学的重要里程碑。
随着计算机技术的发展，密码学领域在信息技术领域中变得越来越重要。
二、密码学的基本原理密码学是使用算法和密钥来保护计算机系统和信息通信的安全。
一个加密算法定义了一组转换，可以将一段明文转换成一段加密过的密文，而这组转换只可由密钥持有者才能执行，这也是密码学的基本原则之一。
该原理又分为两个部分：对称加密和非对称加密。
1. 对称加密对称加密算法是一种加密技术，其中发送方和接收方使用相同的密钥进行加密和解密。
如果密钥失效或被泄露，那么通信就会被破坏。
主要的对称加密算法有DES、AES等等。
2. 非对称加密非对称加密算法是一种加密技术，其中不同的密钥用于加密和解密传输的数据。
因此，相对于对称加密，非对称加密更加安全，但也更加复杂和计算量更大。
主要的非对称加密算法有RSA、ECC等。
三、现代密码学的应用现代密码学广泛应用于计算机系统中，尤其在网络通信、电子商务、云计算等领域。
比如，网银、支付系统、电子邮件、聊天软件、网络存储等都使用了密码学，保障了数据的安全性。
1. 网络通信网络通信作为当今时代的主要交流方式，数据安全至关重要。
密码技术在网络通信方面起着重要的作用。
许多Secure Socket Layer (SSL)、Transport Layer Security (TLS)这样的安全协议都是基于密码学技术的。
现代密码学算法的安全性与应用风险评估
现代密码学算法的安全性与应用风险评估密码学是保护信息安全的重要领域，随着科技的不断进步，现代密码学算法扮演着至关重要的角色。
然而，安全性仍然是密码学算法必须面对的挑战。
本文将探讨现代密码学算法的安全性，并对其应用风险进行评估。
首先，我们需要了解密码学算法的安全性是如何被评估的。
一种常用的方法是基于密码学的数学理论，通过分析算法的复杂性和强度来评估其安全性。
通常，密码学算法的安全性取决于其对各种攻击的强度，包括传统的暴力破解、差分攻击、线性攻击等。
此外，密码学算法还需要经过广泛的研究和严格的测试，以验证其强度和安全性。
其次，我们将讨论几种广泛应用的现代密码学算法，以评估其安全性和相关的应用风险。
首先，对称加密算法是密码学中常用的技术之一。
它使用相同的密钥对数据进行加密和解密。
其中，高级加密标准（Advanced Encryption Standard, AES）是最常用的对称加密算法之一。
由于AES的密钥长度足够长，对攻击者而言，其破译难度很大。
然而，由于计算机技术的不断发展，现代密码学算法面临着量子计算机的威胁。
量子计算机的出现可能会对对称加密算法的安全性产生挑战，因为它们可以通过强大的计算能力破解常规的加密算法。
其次，非对称加密算法是另一种常用的现代密码学算法。
与对称加密算法不同，非对称加密算法使用两个密钥：公钥和私钥。
公钥用于加密消息，而私钥则用于解密。
最常见的非对称加密算法之一是RSA算法。
RSA算法基于质因数分解的数学难题，被认为是相对安全的。
然而，RSA算法的安全性仍然依赖于质因数分解的数学难题的复杂性，如果有一种有效方法可以快速解决这个难题，那么RSA算法将变得不再安全。
最后，哈希算法也是现代密码学中的重要组成部分。
哈希算法将任意长度的数据映射为固定长度的哈希值，通常用于验证数据的完整性。
MD5和SHA-1是最常用的哈希算法之一。
然而，由于哈希算法的设计缺陷，如碰撞攻击，MD5和SHA-1已经被认为不再安全。
基于现代数学方法的密码学算法研究与应用
基于现代数学方法的密码学算法研究与应用密码学是研究如何保护信息安全的学科领域。
随着信息技术的快速发展，密码学算法的研究和应用日益重要。
现代数学方法在密码学算法研究中发挥着重要的作用。
本文将探讨基于现代数学方法的密码学算法的研究与应用。
首先，我们来了解一下现代密码学和传统密码学的区别。
传统密码学主要依靠替代和置换技术，如凯撒密码和单表替代密码。
然而，在信息技术的时代，传统密码学已经无法满足对信息安全的要求。
现代密码学采用了更为复杂和安全的算法，如对称加密算法、非对称加密算法和哈希函数等。
这些算法基于数学方法和理论，确保信息的保密性和完整性。
现代密码学的一个重要方面是对称加密算法。
对称加密算法使用相同的密钥进行加密和解密，其优点在于运算速度快。
常见的对称加密算法包括AES（高级加密标准）和DES（数据加密标准）。
这些算法使用了线性代数和群论等数学概念，通过复杂的算法设计和密钥管理来提供高强度的保护。
另一个重要的现代密码学方法是非对称加密算法。
非对称加密算法使用公钥和私钥进行加密和解密。
公钥可以公开，而私钥必须保密。
非对称加密算法的优点在于提供了更强的安全性，但运算速度较慢。
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）算法是一种常用的非对称加密算法，它基于数论和模运算的数学原理。
此外，哈希函数是现代密码学中的另一个重要概念。
哈希函数将任意长度的输入消息转换为固定长度的输出，其特点是向后不可逆和雪崩效应。
哈希函数广泛用于数字签名和消息认证码等应用中，以确保消息的完整性和真实性。
常用的哈希函数包括MD5（Message Digest Algorithm 5）和SHA（Secure Hash Algorithm）系列。
基于现代数学方法的密码学算法的研究和应用范围广泛。
例如，在互联网通信中，SSL（Secure Sockets Layer）和TLS（Transport Layer Security）协议使用了现代密码学算法来保护数据传输的安全。
现代密码学的应用与技术分析
现代密码学的应用与技术分析密码学是关于信息安全的一门学科，现代密码学则是指在计算机和互联网环境下发展起来的密码学学派。
现代密码学涉及到许多方面，例如加密算法、对称加密、非对称加密、数字签名等等。
在当今信息时代，密码学研究的越来越深入，应用的领域也越来越广泛。
本文将着重介绍现代密码学的应用和技术分析。
1. 现代密码学的应用1.1 网络安全在当今的信息化时代，网络安全显得尤为重要。
无论是个人用户还是企业机构，都需要保证网络安全，以防止自身信息被窃取或遭受黑客攻击。
现代密码学为网络安全提供了有效的解决方案。
例如，对称加密算法能够在数据传输过程中，将明文转化为密文，保证数据传输的安全性。
而非对称加密算法则能够解决密钥传输问题，为数据传输提供更高的保障。
1.2 金融保密数字货币的出现，让人们意识到金融交易安全的重要性。
现代密码学为金融交易提供了保密性和安全性保障。
数字签名技术和公钥加密技术，使得金融机构可以在网络上安全地完成转账、结算等交易活动。
这些技术保证了金融信息的安全性和完整性，从而提高了金融交易的信任度。
1.3 版权保护随着互联网的发展，数字版权保护显得尤为重要。
现代密码学为数字版权提供了一种更加有效的保护方式。
数字水印技术就是其中一种。
数字水印技术可以在数字产品中嵌入特定的信息，从而达到版权保护的目的。
而数字签名技术也能保护数字版权，确保数字产品在网络上的交易和流通是合法的和受保护的。
2. 现代密码学的技术分析2.1 对称加密算法对称加密算法是现代密码学中的一个重要部分，其特点是加密解密使用的密钥相同。
这样做能够避免密钥传输的问题，但是如果密钥泄漏，对系统的威胁就非常大。
因此，在对称加密算法的应用中，密钥管理非常重要。
2.2 非对称加密算法非对称加密算法是一种采用公钥加密和私钥解密的加密方式。
公钥公开，但是私钥是私有的。
这样的加密方式能够保证密钥传输的安全，但是加密和解密的速度很慢，因此一般只用于密钥传输的过程中，而不是用于具体的数据加密。
密码学在计算机网络安全中的应用
密码学在计算机网络安全中的应用随着信息技术的迅猛发展，计算机网络已经成为人们日常生活和工作中不可或缺的一部分。
然而，计算机网络中的信息安全问题也日益显著。
为了保护信息安全，密码学被广泛应用于计算机网络安全领域。
本文将探讨密码学在计算机网络安全中的具体应用。
一、数据加密数据加密是密码学在计算机网络安全中最为重要和常见的应用之一。
在数据的传输和存储过程中，加密技术能够有效地保护数据的机密性，防止未经授权的访问者获取敏感信息。
通过使用加密算法，将原始数据转化为密文，安全地传输和存储。
现代密码学中，常用的数据加密算法包括对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法使用相同的密钥进行加密和解密，加解密速度快，但密钥分发较为困难；非对称加密算法使用公钥和私钥进行加密和解密，安全性较高，但加解密速度相对较慢。
在实际应用中，可以根据具体情况选取适当的加密算法。
二、数字签名数字签名是密码学在计算机网络安全中的另一个重要应用。
数字签名通过采用一种特殊的哈希算法，将发送方的消息与其私钥进行加密，从而确保消息的完整性和真实性。
在接收方收到消息后，可以使用发送方的公钥来验证数字签名的有效性。
数字签名技术广泛应用于网络通信中，特别是在电子商务和在线金融等领域。
通过使用数字签名，可以有效地防止篡改、伪造和拒绝通信等安全问题，提高了数据传输的可信度。
三、身份认证在计算机网络中，身份认证是确保通信安全性的重要环节。
密码学提供了多种身份认证技术，以验证通信双方的身份，并防止未经授权的访问。
常见的身份认证技术包括密码验证、令牌验证和生物特征验证等。
密码验证通过输入正确的用户ID和密码来验证用户身份；令牌验证则使用物理设备生成的一次性密码进行身份验证；生物特征验证则基于个体的生物特征（如指纹、虹膜等）进行身份认证。
通过密码学提供的身份认证技术，可以有效地保护用户的隐私和敏感信息，防止未经授权的用户进行非法访问和操作。
四、安全协议安全协议是计算机网络中确保通信安全的重要手段之一。
密码学技术与应用实践
密码学技术与应用实践密码学是一门关于保障信息安全的技术，它负责设计密码学算法和协议，以保护信息不被未授权的访问、使用或更改。
在密码学技术的发展历程中，经历了从传统密码学到现代密码学的转变，目前已经成为信息安全的重要组成部分。
传统密码学的应用局限性传统密码学是密码学技术的初级阶段，其主要手段是通过单向置换和多项式变换对明文进行加密。
但是，由于字母置换、加法置换等密码方法易被攻击，使得密码学的加密方法不太安全，容易被对手破解。
因此，传统密码学的应用领域受到了很大的限制。
传统密码学主要应用于跨国机构、政府和其他类似的机构间保密通信。
但是，随着计算机技术的不断发展，这种加密算法已经不能满足现代信息保密的需要，因此，现代密码学开始挑战传统密码学。
现代密码学的应用前景现代密码学是密码学技术的高级阶段，它的出现一方面是由于传统密码学算法已经不能适应无线通讯、互联网等新技术发展带来的挑战，另一方面也是由于现代密码学针对密码攻击时机降低后产生的。
现代密码学的基础是复杂的数学运算和数据加密理论。
与传统密码学相比，它更注重保密性、不可预测性和可扩展性。
现代密码学主要涉及到两个方面：加密算法和公钥密码体制。
其中，加密算法包括对明文进行加密、解密和流密码加密；公钥密码体制则是一种具有加密功能的非对称密码机制，用于保护电子商务、信息传输和安全通信等各个领域，公钥密码体制中的RSA算法已经成为了公认的最好的非对称密钥系统。
应用实践方案加密操作可以用来保护下面的决策以及数据处理和通信系统：保护网站安全网络安全是当今所有枚举，尤其是企业必须考虑的问题之一。
Web服务器很容易成为网络攻击的目标。
为了保护Web服务器免受攻击，使用传输层安全性TLS（Transport Layer Security）协议是保护数据和身份的好选择。
保护输血信息保护输血信息是很重要的，传统的方法是使用纸质记录，但是这种方式需要复印和存储，会增加潜在的错误和成本。
余艳玮_现代密码学与应用06_Hash函数和数据完整性
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迭代型Hash函数的一般结构 函数的一般结构 迭代型
Y0 b b Y1 YL-1 b 明文M被分为 个分组 明文 被分为L个分组 被分为 Y0,Y1,…,YL-1 b:明文分组长度 明文分组长度 n:输出 输出hash长度 输出 长度 CV：各级输出，最后 ：各级输出， 一个输出值是hash值 一个输出值是 值
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Hash函数的分类 函数的分类
根据安全水平： 根据安全水平： • 弱无碰撞：散列函数 称为是弱无碰 弱无碰撞：散列函数H称为是弱无碰 撞的，是指对给定消息 给定消息x， 撞的，是指对给定消息 ，在计算上几 乎找不到异于x的 ， 乎找不到异于 的x*，使H (x)= H (x*) 。 强无碰撞：散列函数H被称为是强无 • 强无碰撞：散列函数 被称为是强无 碰撞的,是指在计算上几乎不可能找到 碰撞的 是指在计算上几乎不可能找到 相异的x 使得H 相异的 、x* ，使得 (x)= H (x*) 。
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2、MD5算法 MD5算法
Y0 Y1 (512 bits) (512 bits)
……
YL - 1 (512 bits)
128 bits CV0
HMD5
128 bits CV1
HMD5 HMD5
128 bits CVL-1
HMD5
128 bits CVL (MD)
现代密码学与应用
——Hash函数和数据完整性
主讲人：余艳玮 主讲人：
E-mail: ywyu@
参考书籍
• 《Handbook of Applied Cryptography》: Cryptography》 Chapter 9 • 《Applied Cryptography: Protocols, C》 algorithms, and source code in C》： Chapter 18 • 《经典密码学与现代密码学》：第9章 经典密码学与现代密码学》
现代密码学教程 第三版
现代密码学教程第三版
现代密码学教程（第三版）主要涵盖了现代密码学的基本概念、原理和应用。
以下是其主要内容：
1. 密码学概述：介绍密码学的发展历程、基本概念和原理，以及在现代信息技术中的作用和重要性。
2. 加密算法：详细介绍各种现代加密算法，如对称加密算法（如AES）、非对称加密算法（如RSA），以及混合加密算法等。
3. 数字签名与身份认证：介绍数字签名的原理、算法和应用，以及身份认证的常用技术，如基于密码的身份认证、基于生物特征的身份认证等。
4. 密码协议：介绍各种密码协议，如密钥协商协议、身份认证协议、安全协议等。
5. 密码分析：介绍密码攻击的类型和防御措施，如侧信道攻击、代数攻击等，以及密码分析的常用方法和技术。
6. 网络安全：介绍网络安全的基本概念、原理和技术，如防火墙、入侵检测系统、虚拟专用网等。
7. 实践与应用：通过实际案例和实践项目，让读者更好地理解和应用现代密码学的原理和技术。
第三版相对于前两版，在内容上更加深入、全面，同时也增加了一些新的技术和应用，以适应现代信息技术的发展和变化。
对于对密码学感兴趣的学生和专业人士来说，是一本非常值得阅读的教材。
基于数理基础科学的新一代密码学研究
基于数理基础科学的新一代密码学研究密码学是一门关于信息安全和保密通信的学科。
随着科技的不断发展，传统的密码学方式逐渐暴露出漏洞，因此为了保护信息传输的安全性，基于数理基础科学的新一代密码学研究应运而生。
本文将介绍现代密码学的发展趋势及其应用。
1. 背景密码学是一门古老的学科，早在古代人们就开始使用一些基础的密码来保护重要信息的安全。
然而，随着计算机和互联网的出现，信息传输的规模和速度大大增加，传统的密码学算法已经难以满足当今复杂的安全需求。
因此，基于数理基础科学的新一代密码学研究成为了科学家们的关注点。
2. 数论在密码学中的应用数论作为数学的一个重要分支，被广泛应用于密码学领域。
在现代密码学中，很多密码算法都是基于数论的原理。
例如，RSA算法就是一种基于数论的公钥密码算法，它利用大素数的因数分解难题实现了安全的加密和解密过程。
3. 椭圆曲线密码学椭圆曲线密码学是基于椭圆曲线数学理论的密码学系统。
与传统的RSA算法相比，椭圆曲线密码学具有更高的安全性和更小的密钥长度。
这使得椭圆曲线密码学成为了新一代密码学中备受关注的领域。
4. 量子密码学量子密码学是利用量子力学原理来保证信息传输安全的一种密码学方法。
量子密码学利用光子的性质来进行加密和解密，其安全性基于量子力学的不可逆性原理。
量子密码学被认为是未来密码学发展的重要方向，因为它对抗传统计算方法和量子计算机的攻击具有很强的抵抗力。
5. 码论与密码学码论是研究信息编码和纠错编码的数学分支。
在密码学中，码论技术被用于保证信息传输的可靠性和完整性。
通过引入纠错码和检验码等技术，密码学可以在信息传输中检测和修复错误，从而提高密码算法的可靠性。
6. 人工智能与密码学随着人工智能的快速发展，人工智能技术也被应用于密码学领域。
通过结合机器学习和深度学习等人工智能技术，密码学算法可以更好地抵御各种攻击，提高信息传输的安全性。
总结：基于数理基础科学的新一代密码学研究是提高信息安全性的重要手段。
浅谈密码学的影响与应用
密码学是研究信息加密、解密和破密的科学，含密码编码学和密码分析学。
密码技术是信息安全的核心技术。
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。
使用密码技术不仅可以保证信息的机密性，而且可以保证信息的完整性和确证性，防止信息被篡改、伪造和假冒。
目前密码的核心课题主要是在结合具体的网络环境、提高运算效率的基础上，针对各种主动攻击行为，研究各种可证安全体制。
密码学的加密技术使得即使敏感信息被窃取，窃取者也无法获取信息的内容；认证性可以实体身份的验证。
以上思想是密码技术在信息安全方面所起作用的具体表现。
密码学是保障信息安全的核心；密码技术是保护信息安全的主要手段。
本文主要讲述了密码的基本原理，设计思路，分析方法以及密码学的最新研究进展等内容密码学主要包括两个分支，即密码编码学和密码分析学。
密码编码学对信息进行编码以实现信息隐藏，其主要目的是寻求保护信息保密性和认证性的方法;密码分析学是研究分析破译密码的学科，其主要目的是研究加密消息的破译和消息的伪造。
密码技术的基本思想是对消息做秘密变换，变换的算法即称为密码算法。
密码编码学主要研究对信息进行变换，以保护信息在传递过程中不被敌方窃取、解读和利用的方法，而密码分析学则于密码编码学相反，它主要研究如何分析和破译密码。
这两者之间既相互对立又相互促进。
密码的基本思想是对机密信息进行伪装。
二、密码学的发展历程密码学的发展历程大致经历了三个阶段：古代加密方法、古典密码和近代密码。
1.古代加密方法（手工阶段）源于应用的无穷需求总是推动技术发明和进步的直接动力。
存于石刻或史书中的记载表明，许多古代文明，包括埃及人、希伯来人、亚述人都在实践中逐步发明了密码系统。
从某种意义上说，战争是科学技术进步的催化剂。
人类自从有了战争，就面临着通信安全的需求，密码技术源远流长。
古代加密方法大约起源于公元前440年出现在古希腊战争中的隐写术。
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差分密码分析(Differential cryptanalysis)
差分密码分析是一种攻击迭代分组密码的 选择明文统计分析破译法。 它不是直接分析密文或密钥的统计相关性， 而是分析明文差分和密文差分之间的统计 相关性。
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差分密码分析(Differential cryptanalysis)
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中途相遇攻击
对于给定明文x，以两重DES加密将有264个 可能的密文。 可能的密钥数为2112个。所以，在给定明文 下，将有2112/264 =248个密钥能产生给定的密 文。 这一攻击法所需的存储量为256×8 Byte，最 大试验的加密次数2×256 =257。这说明破译 双重DES的难度为 57量级 难度为2 难度为 量级。
DES的解密过程与加密过程完全相同。唯一的不同是，子密钥的使 的解密过程与加密过程 唯一的不同是， 用顺序完全相反。 用顺序完全相反。
– 加密： k1,k2,k3, … , k16 加密： – 解密：k16, … , k3, k2, k1 解密：
算法主要包括： 算法主要包括：
– 16个子密钥产生器 个子密钥产生器 – 初始置换 初始置换IP – 16轮迭代的乘积变换（E,B,P) 轮迭代的乘积变换（ 轮迭代的乘积变换 – 逆初始置换 -1 逆初始置换IP
差分密码分析(Differential cryptanalysis)
以这一方法攻击DES，尚需要用2 47 个选择明文和 247次加密运算。 为什么DES在强有力的差值密码分析攻击下仍能 站住脚?
– 根据Coppersmith[1992内部报告]透露，IBM的DES研究 组早在 早在1974年就已知道这类攻击方法，因此，在设计 年 S盒、P-置换和迭代轮数上都做了充分考虑，从而使 DES能经受住这一有效破译法的攻击。
给定一个r轮迭代密码，对已知n长明文对X 和X‘，定义明文差分 明文差分为 明文差分 X=X⊕(X’) 在密钥ki作用下，各轮迭代所产生的中间密 密 文差分为 文差分 Y(i)=Y(i)⊕Y’(i)-1 0≤i≤r
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DES中初始置换IP及其逆置换IP-1是公开的、且与 密钥无关，故只仅对16轮DES 只仅对16 只仅对16轮DES进行分析。
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线性攻击
S盒的非线性特点是 盒的非线性特点是DES安全性的主要源泉 盒的非线性特点是 安全性的主要源泉 Rueppel[1986]的流密码专著中曾提出以最 的流密码专著中曾提出以最 接近的线性函数逼近非线性布尔函数的概念， 接近的线性函数逼近非线性布尔函数的概念， Matsui推广了这一思想以 最隹线性函数 逼 推广了这一思想以 最隹线性函数逼 ， 近S盒输出的非零线性组合[1993]，即所谓 盒 线性攻击， 线性攻击，这是一种已知明文攻击法。
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Li-1(32bit)
Ri-1(32bit)
选择扩展运算 E
48 bit寄存器
密 钥 产 生 器
按bit模2加密 模 加密 48 bit寄存器
选择压缩运算 S
32 bit寄存器
运算 P
按bit模2 模 Li (32bit) Ri (32bit)
给定明文差分为1的明文对，其对应的密文差分可 给定明文差分为1的明文对 计算得到（不唯一）。（选择明文攻击，此时敌手 有DES加密器，但不知道密钥）
硬件：尽量实用规则机构 硬件：
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上节内容回顾——DES ——DES
分组长度为64 bits (8 bytes) 分组长度为 密文分组长度也是64 bits。 密文分组长度也是 。
– 有8 bits奇偶校验，有效密钥长度为 bits。 奇偶校验， 奇偶校验 有效密钥长度为56 。
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上节内容回顾——分组密码的设计原则 ——分组密码的设计原则
分组密码的设计原则 DES 分组密码的工作模式
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上节内容回顾——分组密码的设计原则 ——分组密码的设计原则
分组密码的设计问题在于 c0 找到一种算法，能在密钥 控制下从一个足够大且足 m k1 0 够好的置换子集中，简单 而迅速地选出一个置换， m 1 用来对当前输入的明文的 数字组进行加密变换。 … 假设明文M的分组长度为n bits m 2n-2 则总共有(2n)!种置换子集。
迭代的次数为什么刚好是16 16轮 ④ 迭代的次数为什么刚好是16轮？ ⑤ S盒设计。 盒设计。
– – DES靠S盒实现非线性变换 NSA被指责修改了S-盒的内容，可能在中间隐藏了“陷门”
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上节内容回顾——分组密码的工作模式 ——分组密码的工作模式
ECB模式 模式 (Electric Code Book)
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线性攻击
为此对每一 盒的输入和输出之间构造统计线性路 为此对每一S盒的输入和输出之间构造统计线性路 并最终扩展到整个算法。 径，并最终扩展到整个算法。 以此方法攻击 攻击DES的情况如下： 的情况如下：
– – – – – PA-RISC/66MHz工作站， 工作站， 工作站 可以用2 秒钟内破译； 对8轮DES可以用 21个已知明文在 秒钟内破译； 轮 可以用 个已知明文在40秒钟内破译 对12轮DES以233个已知明文用50小时破译； 轮 以 个已知明文用 小时破译； 小时破译 对16轮DES以247个已知明文攻击下较穷举法要快。 轮 以 个已知明文攻击下较穷举法要快。 如采用12个 如采用 个 HP 9735/PA-RISC99MHz的工作站联合工 的工作站联合工 破译16轮 用了50天 作，破译 轮DES用了 天。 用了
c1
… c 2n-2 c 2n-1
k1 k1 k1 k1
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m 2n-1
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上节内容回顾——分组密码的设计原则 ——分组密码的设计原则
实现的设计原则： 实现的设计原则： 软件：使用子块和简单的运算 软件：
–子块长度为8、16和32 bits 子块长度为8 16和 子块长度为 –基本指令:加法、乘法和移位 基本指令: 基本指令 加法、
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二重DES 二重
用DES进行两次加密，但这是否就意味着两重 DES加密的强度等价于112 bit密钥的密码的强度？ 答案是否定的。 中途相遇攻击法(Meet-in-the-Middle Attack) 由Diffie和Hellman[1977]最早提出，可以降低搜索 量。若有明文密文对(xi,yi)满足 yi=Ek2[Ek1[xi]] 则可得
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-1 证明： 证明：DES=DES
若明文分组为x，记轮变换为T,最后一轮变 若明文分组为x 记轮变换为T,最后一轮变 T, 化后的左右部交换操作记为 则：
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差分密码分析(Differential cryptanalysis)
DES经历了近20年全世界性的分析和攻击， 提出了各种方法，但破译难度大都停留在255 量级上。
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上节内容回顾——DES ——DES
DES动画演示 动画演示
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上节内容回顾——DES的安全性 ——DES DES的安全性
互补性。 ① 互补性。 y = DESK (x ) 弱密钥。 ② 弱密钥。 ③ 密钥的长度
提交时为112 bits 成为标准时，被削减至56 bits
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三重DES加密 加密 三重
加密： 加密：C=Ek1[Dk2[Ek1 [P]]] 解密： 解密：P =Dk1[Ek2[Dk1[C]]]
三重DES加密 加密 三重
加密-解密 解密-加密方案 两个密钥的三重DES 两个密钥的三重 DES 称为加密 解密 加密方案 ，简
记为EDE(encrypt-decrypt-encrypt)。 此方案已在ANSI X9.17和ISO 8732标准中采用，并在 保密增强邮递(PEM)系统中得到利用。 破译它的穷举密钥搜索量为2112≈5×1035量级，而用差 分分析破译也要超过1052量级。此方案仍有足够的安 全性。
–挑选出概率最大的密文差分，作为正确的密文差分 正确的密文差分，对 正确的密文差分 应的明文对为正确对 正确对。 正确对 –对于最后一轮(i=16)的乘积变换中的8个S盒，输出差分 是唯一的(可由正确的密文差分经逆置换IP-1推出)，输 入差分可能有多种情况。
对于正确对，尝试所有可能的第16轮的子密钥K16（48bits) 输出正确差分的次数最大的子密钥很可能就是真正的子密钥
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z=Ek1[xi]=Dk2[yi]
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二重DES 二重
k1 xi E z k2 E yi yi k2 D z k1 D xi
图4-14-1 中途相遇攻击示意图
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中途相遇攻击
给定一已知明密文对(x1,y1)，可按下法攻击。
以密钥k1的所有256个可能的取值对此明文x1加密，并 密文存储在一个表z中； 将密文 密文 从所有可能的256个密钥k2中依任意次序选出一个对给 定的密文y1解密，并将每次解密结果在上述表z中查找 查找 相匹配的值。一旦找到，则可确定出两个密钥k1 和k2； 相匹配 以此对密钥k1和k2，对另一已知明文密文对(x2, y2)中的 明文x2进行加密。如果能得出相应的密文y2，就可确定 确定 k1和k2是所要找的密钥。