第三章 对称密码体制
对称密码体制和非对称密码体制
对称密码体制和⾮对称密码体制⼀、对称加密 (Symmetric Key Encryption)对称加密是最快速、最简单的⼀种加密⽅式，加密（encryption）与解密（decryption）⽤的是同样的密钥（secret key）。
对称加密有很多种算法，由于它效率很⾼，所以被⼴泛使⽤在很多加密协议的核⼼当中。
⾃1977年美国颁布DES（Data Encryption Standard）密码算法作为美国数据加密标准以来，对称密码体制迅速发展，得到了世界各国的关注和普遍应⽤。
对称密码体制从⼯作⽅式上可以分为分组加密和序列密码两⼤类。
对称加密算法的优点：算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼。
对称加密算法的缺点：交易双⽅都使⽤同样钥匙，安全性得不到保证。
此外，每对⽤户每次使⽤对称加密算法时，都需要使⽤其他⼈不知道的惟⼀钥匙，这会使得发收信双⽅所拥有的钥匙数量呈⼏何级数增长，密钥管理成为⽤户的负担。
对称加密算法在分布式⽹络系统上使⽤较为困难，主要是因为密钥管理困难，使⽤成本较⾼。
⽽与公开密钥加密算法⽐起来，对称加密算法能够提供加密和认证却缺乏了签名功能，使得使⽤范围有所缩⼩。
对称加密通常使⽤的是相对较⼩的密钥，⼀般⼩于256 bit。
因为密钥越⼤，加密越强，但加密与解密的过程越慢。
如果你只⽤1 bit来做这个密钥，那⿊客们可以先试着⽤0来解密，不⾏的话就再⽤1解；但如果你的密钥有1 MB⼤，⿊客们可能永远也⽆法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。
密钥的⼤⼩既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是⼀个trade-off。
分组密码：也叫块加密(block cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个块。
是将明⽂按⼀定的位长分组，明⽂组经过加密运算得到密⽂组，密⽂组经过解密运算（加密运算的逆运算），还原成明⽂组，有 ECB、CBC、CFB、OFB 四种⼯作模式。
序列密码：也叫流加密(stream cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个位。
对称密码体制
实例二：对压缩文档解密
• 任务描述：
李琳同学在电脑里备份了一份文档，当时 出于安全考虑，所以加了密码，时间久了，密 码不记得了。请帮李琳同学找回密码。
实例二：对压缩文档解密
• 任务分析：
WinRAR对文档的加密方式属于对称性加 密，即加密和解密的密码相同，这种文档的解 密相对来说比较简单，网上有很多专用工具， 可以实现密码的硬解。
推荐：RAR Password Unlocker
实例二：对压缩文档解密
• 操作步骤：
– （1）启动软件； – （2）打开加密的文件； – （3）单击“STRAT”按钮，开始解密； – （4）弹出结果对话框，找到密码。
实例三：Office文档加密
• 操作步骤：
– （1）启动word；
– （2）文件——另存为；
走进加密技术
对称密码体制
知识回顾
• 密码技术的发展经历了三个阶段
• 1949年之前 密码学是一门艺术 (古典密码学) • 1949～1975年 密码学成为科学 • 1976年以后 密码学的新方向
传 统 加 密 方 法
(现代密码学)
——公钥密码学
密码体制
• 密码体制也叫密码系统，是指能完整地解
决信息安全中的机密性、数据完整性、认
小结
对称密码体制 对称密码体制也称为单钥体制、私钥体制或对 称密码密钥体制、传统密码体制或常规密钥密码体 制。 主要特点是：加解密双方在加解密过程中使用 相同或可以推出本质上等同的密钥，即加密密钥与 解密密钥相同，基本原理如图所示。
– （3）文件类型为：2003-07文档； – （4）单击“工具”选择“常规选项”； – （5）设置文档打开密码，存盘。
实例四：Office文档解密
信息安全概论课后答案
四45五3六57十4十一34十二47没做“信息安全理论与技术”习题及答案教材：《信息安全概论》段云所，魏仕民，唐礼勇，陈钟，高等教育出版社第一章概述（习题一，p11） 1.信息安全的目标是什么答：信息安全的目标是保护信息的机密性、完整性、抗否认性和可用性；也有观点认为是机密性、完整性和可用性，即CIA(Confidentiality,Integrity,Avai lability)。
机密性（Confidentiality）是指保证信息不被非授权访问；即使非授权用户得到信息也无法知晓信息内容，因而不能使用完整性（Integrity）是指维护信息的一致性，即信息在生成、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为的非授权簒改。
抗否认性（Non-repudiation）是指能保障用户无法在事后否认曾经对信息进行的生成、签发、接收等行为，是针对通信各方信息真实同一性的安全要求。
可用性（Availability）是指保障信息资源随时可提供服务的特性。
即授权用户根据需要可以随时访问所需信息。
2.简述信息安全的学科体系。
解：信息安全是一门交叉学科，涉及多方面的理论和应用知识。
除了数学、通信、计算机等自然科学外，还涉及法律、心理学等社会科学。
信息安全研究大致可以分为基础理论研究、应用技术研究、安全管理研究等。
信息安全研究包括密码研究、安全理论研究；应用技术研究包括安全实现技术、安全平台技术研究；安全管理研究包括安全标准、安全策略、安全测评等。
3. 信息安全的理论、技术和应用是什么关系如何体现答：信息安全理论为信息安全技术和应用提供理论依据。
信息安全技术是信息安全理论的体现，并为信息安全应用提供技术依据。
信息安全应用是信息安全理论和技术的具体实践。
它们之间的关系通过安全平台和安全管理来体现。
安全理论的研究成果为建设安全平台提供理论依据。
安全技术的研究成果直接为平台安全防护和检测提供技术依据。
平台安全不仅涉及物理安全、网络安全、系统安全、数据安全和边界安全，还包括用户行为的安全，安全管理包括安全标准、安全策略、安全测评等。
对称密码体制
分组密码的工作模式
电码本模式(1/2) ECB (electronic codebook mode)
P1 K 加密
P2
K
加密
…K
Pn 加密
C1
C2
Cn
C1 K 解密
C2
K
解密
…K
Cn 解密
P1
P2
Pn
Ci = EK(Pi) Pi = DK(Ci)
对称密码体制
分组密码的工作模式
电码本模式(2/2) ECB特点
对称密码体制
分组密码的工作模式
密码反馈模式(2/6)
加密：Ci =Pi(EK(Si)的高j位) Si+1=(Si<<j)|Ci
V1
Shift register 64-j bit |j bit
64
Shift register 64-j bit |j bit
64
Cn-1 Shift register 64-j bit |j bit
对称密码体制
分组密码的工作模式
密码反馈模式(6/6) Pi=Ci(EK(Si)的高j位) 因为： Ci=Pi(EK(Si)的高j位)
则： Pi=Pi(EK(Si)的高j位) (EK(Si)的高j位) =Pi 0 = Pi
CFB的特点 ❖分组密码流密码 ❖没有已知的并行实现算法 ❖隐藏了明文模式 ❖需要共同的移位寄存器初始值V1 ❖对于不同的消息，V1必须唯一 ❖误差传递：一个单元损坏影响多个单元
对称密码体制
分组密码的工作模式
密码分组链接模式(3/3)
CBC特点 ❖没有已知的并行实现算法 ❖能隐藏明文的模式信息 ❖需要共同的初始化向量V1 ❖相同明文不同密文 ❖初始化向量V1可以用来改变第一块 ❖对明文的主动攻击是不容易的 ❖信息块不容易被替换、重排、删除、重放 ❖误差传递：密文块损坏两明文块损坏 ❖安全性好于ECB ❖适合于传输长度大于64位的报文，还可以进行用 户鉴别,是大多系统的标准如 SSL、IPSec
对称密钥密码体制
第三，流密码能较好地隐藏明文的统计特征等。
流密码的原理
❖ 在流密码中，明文按一定长度分组后被表示成一个序列，并 称为明文流，序列中的一项称为一个明文字。加密时，先由 主密钥产生一个密钥流序列，该序列的每一项和明文字具有 相同的比特长度，称为一个密钥字。然后依次把明文流和密 钥流中的对应项输入加密函数，产生相应的密文字，由密文 字构成密文流输出。即 设明文流为：M=m1 m2…mi… 密钥流为：K=k1 k2…ki… 则加密为：C=c1 c2…ci…=Ek1(m1)Ek2(m2)…Eki(mi)… 解密为：M=m1 m2…mi…=Dk1(c1)Dk2(c2)…Dki(ci)…
同步流密码中，消息的发送者和接收者必须同步才能做到正确 地加密解密，即双方使用相同的密钥，并用其对同一位置进行 操作。一旦由于密文字符在传输过程中被插入或删除而破坏了 这种同步性，那么解密工作将失败。否则，需要在密码系统中 采用能够建立密钥流同步的辅助性方法。
分解后的同步流密码
பைடு நூலகம்
密钥流生成器
❖ 密钥流生成器设计中，在考虑安全性要求的前提下还应考虑 以下两个因素： 密钥k易于分配、保管、更换简单； 易于实现，快速。
密钥发生器 种子 k
明文流 m i
明文流m i 加密算法E
密钥流 k i 密钥流 发生器
密文流 c i
安全通道 密钥 k
解密算法D
密钥流 发生器
明文流m i
密钥流 k i
图1 同步流密码模型
内部状态 输出函数
内部状态 输出函数
密钥发生器 种子 k
k
第3章 密码技术
DES 的加密强度
• 1995年，一百万美元制造出的机器平 均3.5小时（最多不超过7小时），能破 译56位密钥的DES算法。 • 1997年1月28日美国RSA公司悬赏1万 美元破译56位DES密码，1997年3月 13日，Internet数万志愿者协助科罗拉 多州1程序员，96天破译。 • 研究还发现，机器的价格和破译速度之 比是成线性的。
3.1 加密机制
3.1.1 密码学基础知识
一个密码体制被定义为一对数据变换。
明文
加密变换
密文
解密变换
明文
加密过程
加密过程主要是重复使用混乱和扩散两种技 术。
混乱—பைடு நூலகம்是改变信息块,使输出位和输入位无 明显的统计关系。 扩散——是将明文位和密钥的效应传播到密 文的其它位。
KE
KD
M
加密
加密
C
C
解密
3.3.1 数字签名技术的概念
• 数字签名(Digital Signature)是解决网络通信 中特有的安全问题的有效方法。特别是针对 通信双方发生争执时可能产生的如下安全问 题：
– 冒充 – 否认 – 伪造 – 公证
3.3.1 数字签名技术的概念
数字签名机制需要实现以下几个目的： l 可信：消息的接收者通过签名可以确信消 息确实来自于声明的发送者。 l 不可伪造：签名应是独一无二的，其它人 无法假冒和伪造。 l 不可重用：签名是消息的一部分，不能被 挪用到其它的文件上。 l 不可抵赖：签名者事后不能否认自己签过 的文件。
（3）逆置换和 ：经过16轮运算，左、右两部分合在 一起经过一个末转换（初始转换的逆置换IP-1），输 出一个64bit的密文分组。
左半部分 32 位
密码体制的分类方法
密码体制是指用于保护信息安全的加密和解密方法。
根据不同的分类标准，可以将密码体制分为以下几类：
对称密码体制（Symmetric Cryptography）：也称为私钥密码体制，加密和解密使用相同的密钥。
常见的对称密码算法有DES、AES和IDEA等。
对称密码体制具有加密速度快的优点，但需要确保密钥的安全性。
公钥密码体制（Public Key Cryptography）：也称为非对称密码体制，加密和解密使用不同的密钥，其中一个密钥是公开的，称为公钥，另一个密钥是私有的，称为私钥。
常见的公钥密码算法有RSA、Diffie-Hellman和椭圆曲线密码等。
公钥密码体制具有密钥分发方便的优点，但加密和解密速度较慢。
哈希函数（Hash Function）：哈希函数是一种将任意长度的输入数据转换为固定长度的输出数据的算法。
常见的哈希函数有MD5、SHA-1和SHA-256等。
哈希函数主要用于数据完整性校验和数字签名等应用。
数字签名（Digital Signature）：数字签名是一种用于验证数据的真实性、完整性和来源的密码技术。
它使用私钥对数据进行加密，生成数字签名，然后使用公钥对数字签名进行解密和验证。
随机数生成（Random Number Generation）：随机数生成是密码体制中重要的组成部分，用于生成安全的密钥和初始化向量。
随机数生成器应具有高度随机性和不可预测性。
这些分类方法是根据密码体制的核心原理和使用方式进行的。
不同类型的密码体制在不同的应用场景中具有各自的优势和适用性。
在实际应用中，常常根据具体需求选择合适的密码体制进行数据保护和安全通信。
第3章 密码技术概述
目录
3.1 密码术及发展 3.2 数据保密通信模型 3.3 对称密码体制 3.4 公钥密码体制 3.5 数字签名 3.6 消息完整性保护 3.7 认证 3.8 计算复杂理论 3.9 密码分析
3.2 数据保密通信模型
如何在开放网络中保密传输数据？
目录
3.1 密码术及发展 公钥密码体制 3.5 数字签名 3.6 消息完整性保护 3.7 认证 3.8 计算复杂理论 3.9 密码分析
3.3 对称密码体制
如何使用相同的密钥加/解密数据？
Symmetric Cryptography
?
3.3 对称密码体制
古典密码原理简单，容易遭受统计分析攻击。
3.1 密码术及发展
现代密码
1863年普鲁士人卡西斯基著《密码和破译技术》, 1883年法国人克尔克霍夫所著《军事密码学》； 20世纪初，产生了最初的可以实用的机械式和电动式密 码机，同时出现了商业密码机公司和市场； 第二次世界大战德国的Enigma转轮密码机，堪称机械式 古典密码的巅峰之作。 1949年美国人香农(C.Shannon)发表论文《保密系统的 通信理论》标志现代密码学的诞生。
3.1 密码术及发展
古典密码
北宋曾公亮、丁度等编撰《武经总要》“字验”； 公元前405年，斯巴达将领来山得使用了原始的错乱密码； 公元前一世纪，古罗马皇帝凯撒曾使用有序单表代替密码；
古典密码使用的基本方法
置换加密法：将字母的顺序重新排列。 替换加密法：将一组字母用其它字母或符号代替。
3.2 数据保密通信模型
密码技术、密码体制与密码算法
密码技术是利用密码体制实现信息安全保护的技术； 密码体制是使用特定密码算法实现信息安全保护的具
网络信息安全第三章-1
n 1
r 0
n 1
gcd( a , b ) r n
例：利用Euclid 算法求gcd(1694，917)
1694 917 1 777
917 777 1 140
777 140 5 77
140 77 1 63
77 631 14 63 14 4 7
公钥密码体制的基本原理
对称密码体制的缺点
• 密钥必须秘密地分配 • 如果密钥被损害了，攻击者就能解密所有消息，并可以假
装是其中一方。
• 密钥分配和管理
传统密钥管理两两分别用一对密钥时，则当用户量增大时密钥空
间急剧增大如: n=100 时C(100,2)=4,995 n=5000时C(5000,2)=12,497,500
• 计算Ø (n)=(p-1)(q-1)
• 选择e , 使它成为是Ø (n)的一个互质数
• 确定d , 使得d*e=1mod Ø (n),并且d< Ø (n)
d为私钥，e为公钥，p、q不再需要，丢弃。
RSA算法描述
2.加密
(1) 把m分成等长数据块m1、m2、…、mi 2s≤n，s要尽可能的大。 (2) 对应的密文是
困难的。
欧几里（Euclid ）算法
gcd(a, b) ?
a bq r
1 1 2 1
用于求两个数 的最大公约数
1
0r b 0r r
2 3 1
b rq r
1 2 3
2
r rq r
3
0r r
2
r r q r
n2 n 1 n
n
0r r
n
n 1
r rq r
对称密码体制
对称密码体制对称密码体制是一种有效的信息加密算法，它尝试在满足基本安全约束的同时提供最大的加密强度和性能。
它是最常用的信息加密类型之一，甚至在金融机构、政府机构、企业以及个人之间都被广泛使用。
对称密码体制通过使用单个密钥（称为“秘密密钥”）来确保信息的安全传输和接收，而无需在发送方和接收方之间共享保密信息。
这一密钥的特点在于，既可以用来加密信息，也可以用于解密信息。
由于秘密密钥是由发送方和接收方共同拥有，因此不需要额外的通信，也无需额外的身份验证。
在使用对称密码体制时，发送方必须在发送数据之前将其加密，而接收方则必须使用相同的密钥对数据进行解密，以此来识别发送方。
然而，有一种特殊情况除外，即发送方可以使用密钥来加密消息，而接收方可以使用相同的密钥来解密消息，而无需在发送方和接收方之间共享信息。
在实际使用中，对称密码体制有三种形式：数据加密标准（DES）、高级加密标准（AES）和哈希密码（HMAC）。
其中，DES是一种最常用的对称密码体制，它采用了比较古老的56位密钥来加密数据，并且它的加密强度受到比较严格的限制。
而AES是一种更新的，比DES更安全的对称加密算法，它使用128位或256位密钥，并且可以提供更强的安全性和性能。
最后，HMAC是一种哈希加密算法，它使用128位或256位密钥来确保信息的完整性和真实性，同时也可以使用相同的密钥来加密和解密数据。
对称密码体制是一种有效的信息加密算法，它在满足基本安全约束的同时还能提供最大的加密强度和最高的性能。
它是最常用的信息加密类型之一，甚至在金融机构、政府机构、企业以及个人之间都被广泛使用，并且有三种形式：数据加密标准（DES）、高级加密标准（AES）和哈希密码（HMAC），可以满足各种要求。
其中，AES可以提供更高的安全性和性能，而HMAC可以确保信息的完整性和真实性，因此在实际应用中，对称密码体制也被广泛应用。
对称密码体制在许多领域都有着广泛的应用，尤其是在安全传输方面。
信息安全概论课后答案
四45五3六57十4十一34十二47没做“信息安全理论与技术”习题及答案教材：《信息安全概论》段云所，魏仕民，唐礼勇，陈钟，高等教育出版社第一章概述（习题一，p11）1.信息安全的目标是什么？答：信息安全的目标是保护信息的机密性、完整性、抗否认性和可用性；也有观点认为是机密性、完整性和可用性，即CIA(Confidentiality,Integrity,Availability)。
机密性（Confidentiality）是指保证信息不被非授权访问；即使非授权用户得到信息也无法知晓信息内容，因而不能使用完整性（Integrity）是指维护信息的一致性，即信息在生成、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为的非授权簒改。
抗否认性（Non-repudiation）是指能保障用户无法在事后否认曾经对信息进行的生成、签发、接收等行为，是针对通信各方信息真实同一性的安全要求。
可用性（Availability）是指保障信息资源随时可提供服务的特性。
即授权用户根据需要可以随时访问所需信息。
2.简述信息安全的学科体系。
解：信息安全是一门交叉学科，涉及多方面的理论和应用知识。
除了数学、通信、计算机等自然科学外，还涉及法律、心理学等社会科学。
信息安全研究大致可以分为基础理论研究、应用技术研究、安全管理研究等。
信息安全研究包括密码研究、安全理论研究；应用技术研究包括安全实现技术、安全平台技术研究；安全管理研究包括安全标准、安全策略、安全测评等。
3. 信息安全的理论、技术和应用是什么关系？如何体现？答：信息安全理论为信息安全技术和应用提供理论依据。
信息安全技术是信息安全理论的体现，并为信息安全应用提供技术依据。
信息安全应用是信息安全理论和技术的具体实践。
它们之间的关系通过安全平台和安全管理来体现。
安全理论的研究成果为建设安全平台提供理论依据。
安全技术的研究成果直接为平台安全防护和检测提供技术依据。
平台安全不仅涉及物理安全、网络安全、系统安全、数据安全和边界安全，还包括用户行为的安全，安全管理包括安全标准、安全策略、安全测评等。
第3章对称密码体制
流密码与分组密码
❖ 流密码每次加密数据流中的一位或一个字节。 ❖ 分组密码，就是先把明文划分为许多分组，每个明
文分组被当作一个整体来产生一个等长（通常）的 密文分组。通常使用的是64位或128位分组大小。 ❖ 分组密码的实质，是设计一种算法，能在密钥控制 下，把n比特明文简单而又迅速地置换成唯一n比特 密文，并且这种变换是可逆的（解密）。
23
63
31
38
6
46
14
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22
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30
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1
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9
49
17
57
25
❖ 解密的时候一样步骤，只是在做第六步的时候，将K[16]变 为K[1]，依次类推倒用K[i]即可。
❖ 第十步：回到第五步，重复运算到第九步，每轮计算有 R[i],L[i],K[i]来计算，总计重复16轮结束，最终生成新的L[16] 和R[16]。
❖ 第十一步：合并L[16]和R[16]为64位数据，然后按照表8做
置换，生成最终加密数据。
❖ 表8：
40
8
48
16
56
24
64
32
39
7
47
15
55
DES算法原理
❖ 第一步：要被加密的数据被分割成为若干以 64bit为单位的数据，如果位数不够，那么补
密码学
1.密码体制分类：1）对称密码体制（密钥必须完全保密、加密与解密密钥相同，或可由其中一个很容易推出另一个，又称秘密密钥、单钥、传统密码体制，包括分组密码和序列密码）优点：加解密速度较快，有很高的数据吞吐率；使用的密钥相对较短；密文的长度与明文长度相同；缺点：密钥分发需要安全通道；密钥量大，难于管理；难以解决不可否认问题。
2）非对称密码体制（使用两个密钥，一个是对外公开的公钥，一个是必须保密的私钥，不能由公钥推出私钥，又称双钥或公开密钥密码体制）优点：密钥的分发相对容易；密钥管理简单；可以有效地实现数字签名。
缺点：与对称密码体制相比，非对称密码体制加解密速度较慢；同等安全强度下，非对称密码体制要求的密钥位数要多一些；密文的长度往往大于明文长度。
2.AES与DES对比：1）相似处：二者的圈（轮）函数都是由3层构成：非线性层、线性混合层、子密钥异或，只是顺序不同；AES的子密钥异或对应于DES中S盒之前的子密钥异或；AES的列混合运算的目的是让不同的字节相互影响，而DES中F函数的输出与左边一半数据相加也有类似的效果；AES的非线性运算是字节代换，对应于DES中唯一的非线性运算S盒；行移位运算保证了每一行的字节不仅仅影响其它行对应的字节，而且影响其他行所有的字节，这与DES中置换P相似。
2）不同之处：AES的密钥长度（128位192位256位）是可变的，而DES的密钥长度固定为56位；DES是面向比特的运算，AES是面向字节的运算；AES的加密运算和解密运算不一致，因而加密器不能同时用作解密器，DES 则无此限制。
3.Hash函数：也称散列、哈希、杂凑函数等，是一个从消息空间到像空间的不可逆映射；可将任意长度的输入经过变换得到固定长度的输出；是一种具有压缩特性的单向函数。
性质：1）H可应用于任意长度的消息2）H产生定长的输出3）对任意给定的消息x，计算H（x）较容易，用硬件和软件均可实现4）单向性5）抗弱碰撞性6）抗强碰撞性应用：数字签名；生成程序或者文档的数字指纹；用于安全传输和存储口令特点：1）输入数字串与输出数字串具有唯一的对应关系;输入数字串中2）任何变化会导致输出数字串也发生变化;从输出数字串不能够反求出输入数字串。
沈鑫剡编著(网络安全)教材配套课件第3章
二、 RSA公开密钥加密算法
计算机网络安全
RSA公开密钥加密算法也是一种分组密码算法，每一组数据m是0～n－1的整数，n和密钥的长度相关。c=me mod n。m=cd mod n=（me）d mod n=med mod n。
网络安全基础
二、 RSA公开密钥加密算法
计算机网络安全
网络安全基础
二、 分组密码体制
1．分组密码体制的本质含义输入是n位明文m和 b位密钥k，输出是 n位密文c，表示成 Ek（m）=c。
计算机网络安全
网络安全基础
二、 分组密码体制
1．分组密码体制的本质含义
首先对任意长度明文进行填充，使得填充后的明文长度是加密算法要求的长度的整数倍。然后将填充后的明文分割成长度等于加密算法规定长度的数据段，对每一段数据段独立进行加密运算，产生和数据段长度相同的密文，密文序列和明文分段后产生的数据段序列一一对应。
计算机网络安全
网络安全基础
二、 分组密码体制
1．分组密码体制的本质含义分组密码体制的加密算法完成的是n位明文至n位密文之间的映射，同样，解密算 法完成的是n位密文至 n位明文之间的映射。 n位明文至n位密文之 间的映射可以多达2n!，密钥k的值用于在多达 2n!种映射中选择一种 映射，并因此导出2n个明文编码和2n个密文编码之间的对应关系。
计算机网络安全
网络安全基础
AES加密运算过程
二、 分组密码体制
计算机网络安全
网络安全基础
明文分段；每一段单独加密，产生密文；各段密文组合成最终密文如果明文内容有规律重复，密文内容也同样有规律重复，降低保密性。
分组密码操作模式（1）电码本模式
二、 分组密码体制
计算机网络安全
信息安全概论课后答案解析
_四45五3六57十4十一34十二47没做“信息安全理论与技术”习题及答案教材：《信息安全概论》段云所，魏仕民，唐礼勇，陈钟，高等教育出版社第一章概述（习题一，p11）1.信息安全的目标是什么？答：信息安全的目标是保护信息的机密性、完整性、抗否认性和可用性；也有观点认为是机密性、完整性和可用性，即CIA(Confidentiality,Integrity,Availability)。
机密性（Confidentiality）是指保证信息不被非授权访问；即使非授权用户得到信息也无法知晓信息内容，因而不能使用完整性（Integrity）是指维护信息的一致性，即信息在生成、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为的非授权簒改。
抗否认性（Non-repudiation）是指能保障用户无法在事后否认曾经对信息进行的生成、签发、接收等行为，是针对通信各方信息真实同一性的安全要求。
可用性（Availability）是指保障信息资源随时可提供服务的特性。
即授权用户根据需要可以随时访问所需信息。
2.简述信息安全的学科体系。
解：信息安全是一门交叉学科，涉及多方面的理论和应用知识。
除了数学、通信、计算机等自然科学外，还涉及法律、心理学等社会科学。
信息安全研究大致可以分为基础理论研究、应用技术研究、安全管理研究等。
信息安全研究包括密码研究、安全理论研究；应用技术研究包括安全实现技术、安全平台技术研究；安全管理研究包括安全标准、安全策略、安全测评等。
3. 信息安全的理论、技术和应用是什么关系？如何体现？答：信息安全理论为信息安全技术和应用提供理论依据。
信息安全技术是信息安全理论的体现，并为信息安全应用提供技术依据。
信息安全应用是信息安全理论和技术的具体实践。
它们之间的关系通过安全平台和安全管理来体现。
安全理论的研究成果为建设安全平台提供理论依据。
安全技术的研究成果直接为平台安全防护和检测提供技术依据。
平台安全不仅涉及物理安全、网络安全、系统安全、数据安全和边界安全，还包括用户行为的安全，安全管理包括安全标准、安全策略、安全测评等。
对称密码体制的原理
对称密码体制的原理
对称密码体制是指使用相同的密钥进行加密和解密的密码算法。
其原理基于异或运算和分组加密算法。
在对称密码体制中，发送方和接收方之间共享一个密钥，该密钥被用来对数据进行加密和解密。
加密使用密钥对数据进行加密，解密则使用相同的密钥对数据进行解密。
密钥的加密和解密使用异或运算，即将要加密或解密的数据与密钥进行异或运算，得到一个新的比特序列，该比特序列作为新的密钥，再次用于加密或解密。
分组加密算法是将数据分成若干组，每组数据使用密钥进行加密，从而实现数据的安全性。
常用的分组加密算法有 DES、3DES、AES 等。
对称密码体制具有高效、安全、易于实现等优点，被广泛运用于网络通信、电子邮件等领域。
第三章对称密钥体制
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分组密码的典型攻击方法
最可靠的攻击办法:强力攻击 最有效的攻击:差分密码分析,通过分析明文对的 差值对密文对的差值的影响来恢复某些密钥比特. 线性密码分析:本质上是一种已知明文攻击方法, 通过寻找一个给定密码算法的有效的线性近似表 达式来破译密码系统 插值攻击方法 密钥相关攻击
强力攻击
穷尽密钥搜索攻击:
P-盒置换为：
16 7 20 21 29 12 28 17 1 15 23 26 10 2 8 24 14 32 27 3 9 19 13 30 6 25 5 18 31 4 22 11
在变换中用到的S1,S2...S8为选择函数，俗称为S-盒，是 DES算法的核心。其功能是把6bit数据变为4bit数据。 S1: 14 4 13 1 2 15 11 8 3 10 6 12 5 9 0 7 0 15 7 4 14 2 13 1 10 6 12 11 9 5 3 8 4 1 14 8 13 6 2 11 15 12 9 7 3 10 5 0 15 12 8 2 4 9 1 7 5 11 3 14 10 0 6 13 在S1中，共有4行数据，命名为0，1、2、3行；每行有16列， 命名为0、1、2、3，......，14、15列。 现设输入为： D＝D1D2D3D4D5D6 令：列＝D2D3D4D5 行＝D1D6 然后在S1表中查得对应的数，以4位二进制表示，此即 为选择函数S1的输出。
密钥Ki(48bit)的生成算法
DES的破解
DES的实际密钥长度为56-bit，就目前计算机的计 算机能力而言，DES不能抵抗对密钥的穷举搜索攻击。 1997年1月28日，RSA数据安全公司在RSA安全年 会上悬赏10000美金破解DES，克罗拉多州的程序员 Verser在Inrernet上数万名志愿者的协作下用96天的时 间找到了密钥长度为40-bit和48-bit的DES密钥。 1998年7月电子边境基金会（EFF）使用一台价值25 万美元的计算机在56小时之内破译了56-bit的DES。 1999年1月电子边境基金会（EFF）通过互联网上的 10万台计算机合作，仅用22小时15分就破解了56-bit 的ＤES。 不过这些破译的前提是， 不过这些破译的前提是，破译者能识别出破译的结 果确实是明文，也即破译的结果必须容易辩认。 果确实是明文，也即破译的结果必须容易辩认。如果 明文加密之前经过压缩等处理，辩认工作就比较困难。 明文加密之前经过压缩等处理，辩认工作就比较困难。
什么是密码体制怎么组成的
什么是密码体制怎么组成的 密码体制是指能完整地解决信息安全中的机密性、数据完整性、认证、⾝份识别、可控性及不可抵赖性等问题中的⼀个或⼏个的⼀个系统。
那么你对密码体制了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是密码体制的内容，希望⼤家喜欢! 密码体制的定义 完成加密和解密的算法。
通常，数据的加密和解密过程是通过密码体制(cipher system) +密钥(keyword)来控制的。
密码体制必须易于使⽤，特别是应当可以在微型计算机使⽤。
密码体制的安全性依赖于密钥的安全性，现代密码学不追求加密算法的保密性，⽽是追求加密算法的完备，即：使攻击者在不知道密钥的情况下，没有办法从算法找到突破⼝。
密码体制的基本模式 通常的密码体制采⽤移位法、代替法和代数⽅法来进⾏加密和解密的变换，可以采⽤⼀种或⼏种⽅法结合的⽅式作为数据变换的基本模式，下⾯举例说明： 移位法也叫置换法。
移位法把明⽂中的字符重新排列，字符本⾝不变但其位置改变了。
例如最简单的例⼦：把⽂中的字母和字符倒过来写。
或将密⽂以固定长度来发送 5791ECNI SYLDIPAT DEVLOBES AHYTIRUC ESATAD** 密码体制的技术分类 密码体制分为私⽤密钥加密技术(对称加密)和公开密钥加密技术(⾮对称加密)。
1、对称密码体制 对称密码体制是⼀种传统密码体制，也称为私钥密码体制。
在对称加密系统中，加密和解密采⽤相同的密钥。
因为加解密密钥相同，需要通信的双⽅必须选择和保存他们共同的密钥，各⽅必须信任对⽅不会将密钥泄密出去，这样就可以实现数据的机密性和完整性。
对于具有n个⽤户的⽹络，需要n(n-1)/2个密钥，在⽤户群不是很⼤的情况下，对称加密系统是有效的。
但是对于⼤型⽹络，当⽤户群很⼤，分布很⼴时，密钥的分配和保存就成了问题。
对机密信息进⾏加密和验证随报⽂⼀起发送报⽂摘要(或散列值)来实现。
⽐较典型的算法有DES(Data Encryption Standard数据加密标准)算法及其变形Triple DES(三重DES)，GDES(⼴义DES);欧洲的IDEA;⽇本的FEAL N、RC5等。
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第三章对称密码体制计算机科学与技术学院对称密码体制§1、对称密码体制简介§2、典型的对称密码算法§3、数据加密标准DES§4、高级数据加密标准AES§5、密码分析§6、分组密码的工作模式§7、流密码简介23§对称密码体制（私钥）：加密密钥和解密密钥相同，且都需要保密。
•优点：加密算法比较简便、高效、密钥简短，对方破译极其困难，且经受住时间的检验和攻击；•缺点：密钥必须通过安全的途径传送。
•系统的机密性主要取决于密钥的安全性。
•加密的方式：§按字符逐位加密（流密码）§将明文消息分组（分组密码）•常用算法：DES•适用范围：数据加密、消息认证1、对称密钥体制简介2、典型的对称加密算法1、DES加密算法§定义：DES 全称为Data Encryption Standard即数据加密算法，它是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的，1977年，美国把DES用于国家非保密机关。
§DES是一种采用传统加密方法的分组密码。
它的算法是对称的，既可用于加密又可用于解密。
§基本思想：DES对64比特二进制数据加密，产生64比特等长的密文数据。
使用的密钥为64比特，实际密钥长度为56比特（有8比特用于奇偶校验）。
5典型的对称加密算法§2、IDEA算法•IDEA（International Data Encryptdri Algorithm），即“国际数据加密算法”。
•IDEA采用基于“相异代数群上的混合运算”的设计思想，其算法的明、密文组位长度为64位，密钥长度为128位。
§3、FEAL-8密码•FEAL密码算法家族是日本NTT（日本电报电话公司）设计的。
密钥组位长度为64比特，明、密文组位长度为64比特。
作为一种分组密码，与DES相比，其增加了每一轮迭代的算法强度，因此可以通过减少迭代次数而提高运算速度。
6典型的对称加密算法§4、LOKI算法•LOKI算法作为DES的一种潜在替代算法于1990年在密码学界首次亮相。
LOKI以64位二进制分组加密数据，也使用64位密钥（只是其中无奇偶校验位），所有64位均为密钥，迭代次数为16。
§5、Khufu和Khafre算法•1990年由默克尔设计的这对算法具有较长的密钥，适合于软件实现，比较安全可靠。
Khufu算法的总体设计类似于DES，明、密文组位长度为64位，只是拥有512位（64字节）的密钥。
73、数据加密标准DES•DES是一种块加密算法，每次处理64比特的明文块，输出64比特的密文块。
•算法使用一个56比特的主密钥，包括16次迭代过程，每次迭代使用一个不同的48比特子密钥，子密钥从主密钥中生成。
•DES加密和解密使用相同的算法，两者的不同只是子密钥的次序刚好相反。
•DES的缺点：密钥长度不够长，迭代次数不够多。
8数据加密标准DES 分析§算法流程：DES 算法大致可以分成四个部分：1.初始置换§DES 算法的入口参数•Key ：为8个字节共64位，是DES 算法的工作密钥；•Data ：为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；•Mode ：为DES 的工作方式，有两种：加密或解密。
2.迭代过程3.逆置换4.子密钥生成§DES 算法安全性§穷举搜索法：56位长的密钥的穷举空间为256。
§差分密码分析法：搜索空间为247个密文对。
§线性密码分析法：搜索空间为243个密文对。
9DES 处理过程初始换位第1轮变换第2轮变换第16轮变换逆初始换位56比特密钥64 比特明文64 比特密文(a)L i-1R i-1L i-1⊕f(R i-1,K i )L i R i(b)(a)DES 算法过程(b)一轮变换过程11对DES 攻击结果及其启示§1997年1月28日美国RSA 数据安全公司悬赏“秘密密钥挑战”竞赛•48位的RC5 313小时/3500台计算机•1997年3月13日Rocke Verser 设计一个攻击程序（DESCHALL ），参加的志愿者有78516个，第96天（6月17日晚10：39）Michael Sanders 破译成功，获1万美圆奖金。
搜索量为24.6%。
12密钥长度(bit)穷举时间4078秒48 5 小时5659天6441年7210，696年802，738，199年88700，978，948年96179，450，610，898年11211，760，475，235，863，837年128770，734，505，057，572，442，069年DESCHALL搜索速度估算13DES算法的安全性1.64位密钥短采用三重DES。
E(E(E(m,k1),k2),K1)2.弱密钥在DES所有密钥中，有几个特别的密钥，变换后任意一周期的密钥都是相同的，会降低DES的安全性使用者一定要避免。
0101 0101 0101 0101 (校验位）0000000 00000001F1F 1F1F 1F1F 1F1F 0000000 FFFFFFFE0E0 E0E0 E0E0 E0E0FFFFFFF 0000000FEFE FEFE FEFE FEFE FFFFFFF FFFFFFF3.半弱密钥这些密钥只产生2个不同的子密钥。
01FE 01FE 01FE 01FE FE01 FE01 FE01 FE0101E0 01E0 01F1 01F1 E001 E001 F101 F1014.S-盒可能隐含有陷门S-盒的设计者并没公开算法设计的原理和所有的技术细节，专家认为S-盒可能隐含有陷门。
有人论证采用56位密钥，DES可以已知明文攻击下通过穷举搜索被破译。
5.攻击：差分攻击、线性攻击、相关密钥攻击等。
1415DES k1DES DES k2k3p C 数据加密标准DES 分析§多重DES §二重DES 算法§三重DES 算法3DES 简介3DES的模式3DES有三种不同的模式DES-EDE3，使用3个不同的密钥，对数据进行加密、解密、再加密。
4、高级加密标准(AES)§AES的起源§AES的设计原则§AES算法描述19 1. AES的起源§1997年9月，NIST征集AES方案，以替代DES。
§1999年8月，以下5个方案成为最终候选方案：MARS, RC6, Rijndael, Serpent,Twofish。
§2000年10月，由比利时的Joan Daemen和Vincent Rijmen提出的算法最终胜出。
（Rijndael 读成Rain Doll。
）§http://www.esat.kuleuven.ac.be/~rijmen/ rijndael/202. AES 的设计原则§能抵抗所有已知的攻击；§在各种平台上易于实现，速度快；§设计简单。
Rijndael 是一个分组密码算法，其分组长度和密钥长度相互独立，都可以改变。
213. AES算法的一般描述233.AES 算法加密部分的实现明文分组和密钥的组织排列方式01234567891011121314150481215913261014371115Fig 1. 以明文分组为128bits 为例组成的阵列25一些相关的的术语定义和表示§状态（State ）：密码运算的中间结果称为状态。
§State 的表示：状态用以字节为基本构成元素的矩阵阵列来表示，该阵列有4行，列数记为Nb 。
Nb=分组长度（bits ）÷32Nb 可以取的值为4，6，8，对应的分组长度为128，192，256 bits 。
§密码密钥（Cipher Key ）的表示：Cipher Key 类似地用一个4行的矩阵阵列来表示，列数记为Nk 。
Nk=密钥长度（bits ）÷32Nk 可以取的值为4，6，8，对应的密钥长度为128，192，256 bits 。
27Fig 4.分组长度和密钥长度均为128 bits时的Rijndael 加密算法框图Data / Key Addition Rnd 0Rnd 1Rnd 8Final RndKey Schedule CipherTextKey PlainText29用伪代码表示的Rijndael轮变换一般的轮变换Round(State, RoundKey) {ByteSubstitution;ByteRotation;MixColumn;AddRounKey;}结尾轮变换FinalRound(State,RoundKey){ByteSubstituion;ByteRotation;AddRoundKey;}31ByteSubstitution(字节替代)ByteSubstitution是一个非线性的字节替代，独立地在每个状态字节上进行运算。
它包括两个变换。
1. 在有限域GF(28)上求乘法逆，‘00’映射到它自身。
2. 在GF(2)上进行下面的仿射变换：32y0 1 1 1 1 1 0 0 0 x0 0y1 0 1 1 1 1 1 0 0 x1 1y2 0 0 1 1 1 1 1 0 x2 1y3 0 0 0 1 1 1 1 1 x3 0y4 ＝ 1 0 0 0 1 1 1 1 x4 ＋0y5 1 1 0 0 0 1 1 1 x5 0y6 1 1 1 0 0 0 1 1 x6 1y7 1 1 1 1 0 0 0 1 x7 133ByteRotation(字节移位)在ByteRotation变换中，状态阵列的后3行循环移位不同的偏移量。
第1行循环移位C1字节，第2行循环移位C2字节，第3行循环移位C3字节。
偏移量C1、C2、C3与分组长度Nb有关，如下表所示：Nb C1C2C341236123813435MixColumn(列混合)将状态的列看作是有限域GF(28)上的多项式a(x)，与多项式c(x) = 03 x3 + 01 x2 + 01 x+02相乘(模x4＋1)。
令b(x) = c(x) ×a(x)，写成矩阵形式为：b0 02 03 01 01 a0b1 = 0102 03 01 a1b2 01 0102 03 a2b3 03 01 01 02 a337AddRoundKey(轮密钥加)将轮密钥与状态按比特异或。
轮密钥是通过Key Schedule过程从密码密钥中得到的，轮密钥长度等于分组长度。
39Fig 7. Rijndael 加密及解密的标准结构Block , Key Length = 128 bitsPlaintext(128 bits)ByteSubstitution MixColumn ＋Ciphertext(128 bits)K 0Kii=10ByteRotation for i=1 to 10Ciphertext(128 bits)K 10InvMixCoumnInvByteRotationInvByteSubstitution ＋＋K i＋Plaintext(128 bits)i = 9for i=9 to 0加密解密41用伪代码表示的Rijndael 加密算法Rijndael ( State, CipherKey ){KeyExpansion ( CipherKey, ExpandedKey );AddRoundKey ( State, ExpandedKey );For ( i=1; i<Rnd; i++ )Round ( State, ExpandedKey + Nb*i );FinalRound ( State, ExpandedKey + Nb*Rnd );}42AES的密钥调度密钥调度包括两个部分：密钥扩展和轮密钥选取。