网络安全Chapter03

破译者 加密密钥 发送方
K1
解密密钥
K2
接收方
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加密与解密

加密算法


加密算法是实施具体加密的基础，它决定了加密的强度、运算量以 及它的实用性。 密码算法可以看作是一个复杂的函数变换，s=f（m，k）。

s代表密文，即加密后得到的字符序列，m代表明文，即待加密的字符 序列，k表示密钥，是秘密选定的一个字符序列。 软件加密：通过算法的计算机程序实现。
第三章 密码技术
概要

基本概念 对称加密技术 非对称加密技术 数字签名 密钥管理 应用实例
2
基本概念
在计算机尤其是网络传输过程中如何保证 数据的安全?
?
!
数据加密
3 3
基本概念
4 4
密码学的发展

第一个阶段:1949年以前

古典加密 计算机技术出现以前 密码学作为一种技艺,而不是一门科学 标志: Shannon 发表”Communication Theory of 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 Secrecy
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DESCHALL搜索速度估算
非对称加密技术


在非对称加密技术(公钥密码)中，收信方和发信方使用的密钥 互不相同，而且几乎不可能由加密密钥推导出解密密钥。 非对称密钥体制，即“公开密钥体制”，其中加密密钥不同于 解密密钥，加密密钥公之于众，谁都可以用，解密密钥只有解 密人自己知道，分别称为“公开密钥(公钥)”和“私密密钥(私 钥)”。

初始保护：防火墙 持续保护：通信流加密
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加密与解密

信息加密分类

通信加密：在传输过程中的数据加密 文件加密：将存储数据进行加密
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加密与解密

密码通信系统的模型
公开信道 明文
M
加密器 Encryptor E
C EK 1 ( M )
密文
解密器 Decryptor D
M DK2 (C)
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典型的非对称加密算法

RSA算法


RSA的名字来自于它的创建者 Ronald Rivest，Adi Shamir以及 Leonard Adleman。它是众所周知的非对称公钥系统的典型代表， 已被ISO/TC97的数据加密技术分委员会SC20推荐为公开密钥数据加 密标准。 RSA使用两个密钥，一个公共密钥，一个专用密钥。如果用其中一 个加密，则可用另一个解密，密钥长度从40到2048bit可变，加密 时把明文分成块，块的大小可变，但不能超过密钥的长度，RSA算 法把每一块明文转化为与密钥长度相同的密文块。
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加密与解密

加密

明文：加密前的数据。 密文：加密后的数据。 作用：防止有价值的信息被拦截和窃取。 加密变换：明文→密文 有两种主要的加密（编码）方法换。 置换：将每一个字符或数位替换为其他内容。对文件中的字符或符号 进行替换，就能创建一个置换密码。
估 量 的 作 用

密文：密对数全估码于据性量学提传有的的高输着作知网的不用识 络安可
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典型的对称加密算法

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）
隐形墨水 字符格式的变化 图形图像
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密码学的发展
8
关于密码的教训

声称你的算法是“不可攻破的” 多次使用一次性密码本 没有使用最好的可用算法 没有正确的实现算法 在产品里放置了后门
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古典加密体制－替代技术

凯撒密码：


算法描述： 将字母表中的每个字母用其后的第三个字母代替。 C＝E（P） ＝ （P＋3）mod 26 P＝D（C） ＝ （P－3）mod 26 当然，也可以将3 换为1－25间的任一个数K。 1. 算法简单，密钥K的数量仅为25个，强力攻击（穷举攻击） 2. 明文单词构造有规律，可以根据字母频率分析攻击。
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加密与解密

解密

加密的逆过程称为解密。 解密变换：密文->明文 加密信息进行解密具备两个条件：


解密规则或者算法 解密的密钥 加密密钥 解密密钥

密钥：数据变换所用的独立输入项

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加密与解密

破译

未经授权的解密称为破译。 防止密码破译采取机制



强壮的加密算法 动态会话密钥 保护关键密钥 基于密码技术的访问控制是防止数据传输泄密的主要防护手段。
对DES攻击结果及其启示

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%。
密钥长度(bit) 40 48 56 64 72 80 88 96 112 128 穷举时间 78秒 5 小时 59天 41年 10，696年 2，738，199年 700，978，948年 179，450，610，898年 11，760，475，235，863，837年 770，734，505，057，572，442，069年

第二个阶段:1949年到1976年



第三个阶段 :1976年以后

标志 : Diffie,Hellman发表”New Dircetions in Cryptography” 一种新的密码体制 : 公开密钥体制
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密码学的发展

第一个阶段:1949年以前

古典密码（classical cryptography)

FEAL-8密码

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典型的对称加密算法

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。

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。
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典型的对称加密算法

IDEA算法


IDEA（International Data Encryption 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。 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。
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密码体制分类

混合加密体制：公开密钥密码技术在通信双方之间传送秘密密 钥，而用秘密密钥来对实际传输的数据加密解密
采用传统密码体制进行通信 发 方 明文P 加 密 C=Ek（P） 密文C 解 密 P=Dk（C） 收 方
采用公开密钥密码体制对传统密码体制的密钥进行加密后的通信 密钥 加 密 解 密 密钥
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非对称加密技术

3、公开密钥算法特点

公开密钥最主要的特点就是加密和解密使用不同的密钥。

公开密钥PK：用作加密密钥； 秘密密钥SK：用作解密密钥。

公开密钥算法的特点如下：




（1）用加密密钥PK对明文x加密后，再用SK解密，即可恢复出明文， 或写为：DSK(EPK(x))= x。 （2）加密密钥不能用来解密，即：DPK(EPK(x))x，在计算机上可以 容易地产生成对的PK和SK。 （3）加密和解密的运算可以对调，即：EPK(DSK(x))= x。 （4）从已知的PK实际上不能推导出SK，即从PK到SK是“计算上是不 可能的”。
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典型的对称加密算法

对DES攻击结果及其启示

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%。
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典型的对称加密算法



加密算法的实现

特点：实现简单，成本低；速度比较慢；相对来说，机密性差。 特点：实现复杂，成本高；加密速度比较快；相对软件加密算法实现， 其机密性更好。

硬件加密：通过具体的电子线路实现加密算法。

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密码体制分类

对称密码体制：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：

攻击手段：

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古典加密体制－替代技术

英语文本中字母的频率统计
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古典加密体制－替代技术