第一章 密码学概述
密码学概述
– 表1-1 Polybius校验表
1 1 2 3 4 5 A F L Q V
2 B G M R W
3 C H N S X
4 D I/J O T Y
5 E K P U Z
• 古典密码（机械阶段） 古典密码（机械阶段）
– 古典密码的加密方法一般是文字置换，使用手工或机械变换的方 式实现。古典密码系统已经初步体现出近代密码系统的雏形，它 比古代加密方法复杂，其变化较小。古典密码的代表密码体制主 要有：单表代替密码、多表代替密码及转轮密码。Caesar密码就 是一种典型的单表加密体制；多表代替密码有Vigenere密码、Hill 密码；著名的Enigma密码就是第二次世界大战中使用的转轮密码。
第一章 密码学的发展历史
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
• 古代加密方法（手工阶段） 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。当时为了安全传送军事情报，奴隶主 剃光奴隶的头发，将情报写在
密码学概述 (Cryptology Summary)
引言 密码学简介
• 密码学是一门古老而年轻的科学，在当今的信息 时代，大量敏感信息如法庭记录、私人文档、软 件源代码、银行交易、保险单据等常常通过公共 通信设施或计算机网络来进行交换。 • 为了保证这些信息的私密性、完整性、真实性， 必须使用技术手段对其进行处理。
第1单元密码学概论精品PPT课件
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密文
1.1.4 基本概念
➢ 1. 加密与解密算法 ➢ 一个敏感的数据转换为不能理解的乱码的过程，
称为加密；将加密后的数据恢复为原文，称之为 解密。
➢ “算法”这个词用来描述一个方法或一个循序渐 进的过程。它是指一系列有特定顺序的指令或者 要以特定顺序做的事情。一个算法要遵循一个固 定的指令系列，或者包含一系列问题，并根据这 些问题的答案来描述要遵循的相应步骤。
给定一个置换 ：
f 12243143
1 234 E NG I N EER I NG
换位密码（续）
现在根据给定的置 换，按第2列，第4列， 第1列，第3列的次序排 列，就得得到密文：
NIEGERNEN IG
在这个加密方案中，密 钥就是矩阵的行数m和 列数n，即m*n＝3*4， 以及给定的置换矩阵。 也就是：
专有名词、特殊用语等的代码来发送消息，一般只能用于传送一 组预先约定的消息。
2．替换加密 将明文字母表M中的每个字母替换成密文字母表C中的字母。
这一类密码包括移位密码、替换密码、仿射密码、乘数密码、多 项式代替密码、密钥短语密码等。这种方法可以用来传送任何信 息，但安全性不及代码加密。因为每一种语言都有其特定的统计 规律，如英文字母中各字母出现的频度相对基本固定，根据这些 规律可以很容易地对替换加密进行破解。典型的有凯撒密码。
古典密码体制-----代替密码
代替密码：明文中每一个字符被替换成密文中的另外一个字符。 四类典型的代替密码：简单代替密码、多名码代替密码、多字母代
替密码、多表代替密码换位密码。
密文： 算法： 明文：
密码学——第1章密码学概述
第 1 章密码学概述1.1 信息安全Alvin Toffler 在《第三次浪潮》中预言：计算机网络的建立和普及将彻底改变人类生存和生活模式。
信息化以它有别于传统方式的信息获取、存储、处理、传输和使用，给现代社会的正常发展带来了一系列的前所未有的风险和威胁。
传统的一切准则在电子信息环境中如何体现与维护，到现在并没有根本解决，一切都在完善中。
今天，人们一方面享受着信息技术带来的巨大变革，同时也承受着信息被篡改、泄露、伪造的威胁，以及计算机病毒及黑客入侵等安全问题。
信息安全的风险制约着信息的有效使用，并对经济、国防乃至国家的安全构成威胁。
一方面：没有信息安全，就没有完全意义上的国家安全。
另一方面：信息安全还涉及个人权益、企业生存和金融风险防范等。
密码技术和管理是信息安全技术的核心，是实现保密性、完整性、不可否认性的关键。
“ 9.11 事件”后，各国政府纷纷站在国家安全的角度把信息安全列入国家战略。
重视对网络信息和内容传播的监控，更加严格的加固网络安全防线，把信息安全威胁降到最低限度。
2000 年我国开始着力建立自主的公钥基础设施，并陆续启动了信息系统安全等级保护和网络身份认证管理服务体系。
因此，密码学的基本概念和技术已经成为信息科学工作者知识结构中不可或缺的组成部分。
1.2 密码学引论1. 密码学的发展概况密码学是一门既古老又年轻的学科。
自有了战争，就有了加密通信。
交战双方都为了保护自己的通信安全，窃取对方的情报而研究各种信息加密技术和密码分析技术。
古代行帮暗语和一些文字游戏等，实际上就是对信息的加密。
这种加密方法通过原始的约定，把需要表达的信息限定在一定的范围内流通。
古典密码主要应用于政治、军事及外交等领域。
电报发明以后，商业方面对密码学的兴趣主要集中在密码本的编制上。
20 世纪初，集中在与机械和电动机械加密的设计和制造上。
进入信息时代，大量敏感信息要通过公共通信设施或计算机网络进行交换，密码学的应用已经不仅仅局限在政治、军事、外交等领域，其商业和社会价值日益显著，并与人们的日常生活紧密相关。
第1章_密码学概述
第1章 密码学概述
• 现代密码时期
1949年香农（ Shannon）的奠基性论文“ 1949年香农（Claude Shannon）的奠基性论文“保密系统的通信理论 年香农 System） ”（Communication Theory of Secrecy System）在《贝尔系统技术杂志 上发表，首次将信息论引入密码技术的研究，用统计的观点对信源、 》上发表，首次将信息论引入密码技术的研究，用统计的观点对信源、密 码源、密文进行数学描述和定量分析，引入了不确定性、多余度、 码源、密文进行数学描述和定量分析，引入了不确定性、多余度、唯一解 距离等安全性测度概念和计算方法， 距离等安全性测度概念和计算方法，为现代密码学研究与发展奠定了坚实 的理论基础，把已有数千年历史的密码技术推向了科学的轨道， 的理论基础，把已有数千年历史的密码技术推向了科学的轨道，使密码学 Cryptology）成为一门真正的科学。 （Cryptology）成为一门真正的科学。 从1949年到1967年，密码学文献近乎空白。 1949年到1967年 密码学文献近乎空白。 年到1967 1967年 戴维卡恩（ Kahn）出版了一本专著《破译者》 1967年，戴维卡恩（David Kahn）出版了一本专著《破译者》（The CodeBreaker） CodeBreaker） 1977年 美国国家标准局NBS（ NIST） 1977年，美国国家标准局NBS（现NIST）正式公布实施美国的数据加密标 NBS 准DES 1976年11月 美国斯坦福大学的著名密码学家迪菲（W.Diffie） 1976年11月，美国斯坦福大学的著名密码学家迪菲（W.Diffie）和赫尔曼 发表了“密码学新方向” (M.Hellman) 发表了“密码学新方向”（New Direction in Cryptography）一文，首次提出了公钥密码体制的概念和设计思想， Cryptography）一文，首次提出了公钥密码体制的概念和设计思想，开辟 了公开密钥密码学的新领域，掀起了公钥密码研究的序幕。 了公开密钥密码学的新领域，掀起了公钥密码研究的序幕。
学习密码学的基本原理与应用
学习密码学的基本原理与应用第一章：密码学的概述密码学是研究如何保护信息安全的学科。
它涉及到加密、解密、认证和数据隐私等多个方面。
密码学的基本原理是通过使用特定算法将信息转换为密文，只有拥有正确密钥的人才能解密并获得原始信息。
密码学在现代社会中广泛应用于电子商务、网络安全、金融交易等领域。
第二章：对称加密与非对称加密对称加密和非对称加密是密码学中常用的两种加密方式。
对称加密使用相同的秘钥进行加密和解密，加密和解密速度较快，但需要确保秘钥的安全性。
非对称加密使用公钥和私钥配对进行加密和解密，加密速度较慢，但更加安全。
这两种加密方式在实际应用中往往结合使用，提供更高的安全性。
第三章：哈希算法与数字签名哈希算法是密码学中常用的一种算法，它将任意长度的输入转换为固定长度的输出。
哈希算法具有不可逆性和唯一性，即无法从哈希值还原出原始数据，并且不同的输入对应不同的哈希值。
哈希算法在数字签名中扮演重要角色，通过对原始数据进行哈希运算，并使用私钥对哈希值进行加密，生成数字签名。
其他人可以使用公钥验证数字签名的合法性，确保数据的完整性和真实性。
第四章：密码学的应用密码学在现代社会中具有广泛的应用。
在电子商务中，密码学可以确保用户的支付信息和个人信息不被泄露。
在金融交易中，密码学可以保护交易的机密性和完整性，防止欺诈行为。
在网络安全领域，密码学可以加密通信数据，防止被黑客窃取或篡改。
此外，密码学还应用于身份验证、数字证书、数字货币等领域，保障信息的安全性和可信度。
第五章：密码学的发展趋势随着技术的不断演进，密码学也在不断发展。
传统的密码学算法逐渐暴露出一些弱点，比如计算机的高运算能力可能破解某些加密算法。
因此，人们正在研究和设计更加安全和可靠的密码学算法。
量子密码学作为一种新兴的密码学技术，利用量子力学的原理来保护信息的安全性，具有抗量子计算攻击的特点。
未来，密码学将继续发展，为信息安全提供更好的保护。
第六章：结语密码学是保障信息安全的重要工具，它的基本原理和应用涵盖了对称加密、非对称加密、哈希算法和数字签名等多个方面。
现代密码学教程
（）
(7) 差分分析是一种攻击迭代密码体制的选择明文攻击方法，所以，对于 和 都有一
定的攻击效果。
（）
(8) 线性分析实际上是一种已知明文攻击方法。
（）
(9) 通过 类似， 也存在弱密钥，但其弱密钥数量少于 的弱密钥数。 （ ）
(10) 算法是可逆的，即可以用相同的算法进行加密和解密。
（）
(11) 因为 密码算法采用 结构，所以具有加解密相似的特征。 （ ）
，并且
，
，
，求 。
（8） 请给出一个 完全类问题的例子。
第四章 分组密码
1.
(1)
判在分断组题密码中，分组或密钥越长意味着安全性越高，因此，在实际应用中应选用分组和
密钥都长的分组密钥算法。
（）
(2) 分组密码一般采用简单的、安全性弱的加密算法进行多轮迭代运算，使得安全性增强。
一般来说，分组密码迭代轮数越多，密码分析越可困难。
计算机网络的普及和发展。
（）
（5） 年后，美国数据加密标准（ ）的公布使密码学的研究公开，从而开创了现
代密码学的新纪元，是密码学发展史上的一次质的飞跃。
（）
（6） 现代密码系统的安全性不应取决于不易改变的算法，而应取决于可随机改变的密钥。
（）
（7） 能经受住选择明文攻击的密码体制就能经受住已知明文攻击。 （ ）
第五章 序列密码
1（. 1）判断序题列密码（又称流密码）是属于对称密码体制。
（）
（2） 序列密码的加解密钥是由种子密钥生成的，而种子密钥的长度是由需加密的明文长
度决定。
（）
（3） 利用反馈移位寄存器来生成序列密码的密钥的过程中，反馈移位寄存器的初始值是
由种子密钥决定的。
《密码学》金晨辉 第一章 密码学概述 1.2密码学基本概念
密码学基本概念
（二）密码编码学
明文(m)
密文(c)
明文(m)
加密算法(E)
解密算法(D)
公共信道
加密密钥
解密密钥
加、解密过程
密码学基本概念
（三）密码分析学
主要目的是破译加密的消息或伪造消息。成 功的密码分析可以恢复出明文或密钥，或发现密 码体制的弱点。
主要任务是研究密码破译的理论与技术。
密码学基本概念
加密算法e解密算法d明文m密文c加密密钥解密密钥明文m公共信道根据加密密钥和脱密密钥是否相同可将密码体制分为单密钥密码体制对称密码体制和双密钥密码体制非对称密码体制
密码学
第一章 密码学概述
密码学基本概念
密码学基本概念
通信系统的基本模型
m A：信源
信道
m B：信宿
密码学基本概念
被动攻击：窃听等
密码学基本概念
（五）课程内容
古典密码 保密理论 序列密码 分组密码 公钥密码 数字签名 杂凑函数 密钥管理
密码学基本概念
（三）密码分析学
穷举攻击：密码分析者依次试用密钥空间中的密 钥逐个对截获的密文进行脱密测试，从而找出正 确密钥的一种攻击方法。
统计攻击：密码分析者通过分析密文与明文之间 或明文—密文对与密钥之间的统计规律来进行破 译的攻击方法。
密码学基本概念
（三）密码分析学
解析攻击：密码分析者针对密码算法设计所依赖 的数学问题，利用数学求解的方法破译密码。
已知明文攻击：除待解的密文外，密码分析者有 一些明文和用同一个密钥加密这些明文所对应的 密文。
密码学基本概念
（三）密码分析学
选择明文攻击：密码分析者可选择对密码分析有 利的明文并得到对应的密文，这些密文与待解的 密文是用同一个密钥加密得来的。
密码学与信息安全技术研究
密码学与信息安全技术研究第一章概述密码学是研究如何保护通信内容的学科，它解决各种通信环境中信息保密的方法和技术。
信息安全技术是保障信息安全的技术手段，与密码学密不可分。
在现代社会中，信息安全日益重要，而密码学和信息安全技术就成为了保障信息安全的重要工具。
第二章密码学2.1 对称密码与非对称密码对称密码是指发送和接收方使用同一个密钥来进行加/解密的方式，这种方式的优点是加密和解密速度快，但由于使用相同的密钥，如果密钥泄漏，就会导致安全问题。
因此，现代密码学中更常用的是非对称密码，它使用公钥和私钥，加密和解密使用不同的密钥，公钥是公开的，私钥只有接收方知道，这种方式的安全性更高。
2.2 哈希算法哈希算法是一种从任意数据中创建固定大小摘要的技术，在密码学中被广泛应用于数字签名和数据完整性验证等方面。
哈希算法具有不可逆性、唯一性和高速性等特点。
2.3 数字签名数字签名是一种特殊的加密技术，用于验证文档的完整性和认证文档的发送者。
数字签名基于公钥加密技术，能够在不泄漏私钥的情况下进行文档签名，从而保证了文档的完整性和真实性。
第三章信息安全技术3.1 认证和授权认证和授权是信息安全体系中的重要组成部分，它能够确保只有授权的用户才能访问敏感信息。
常见的认证和授权技术包括密码认证、生物识别认证和访问控制等。
3.2 防火墙技术防火墙技术是进行网络安全防护的一种常见技术，它能够防范外来攻击、病毒和恶意软件等威胁，从而保障网络安全和信息安全。
3.3 安全存储技术安全存储技术是指在存储敏感信息时采用加密、验证和控制机制等手段，确保数据安全。
它主要包括数据备份、数据恢复和数据加/解密等方面。
第四章应用4.1 电子商务电子商务是今天的主流商业模式之一，它非常注重信息安全和保密。
密码学和信息安全技术在电子商务中发挥了不可替代的作用，可以对交易过程、交易数据和个人隐私进行有效的保护。
4.2 云计算云计算是一种新型的计算模式，它能够实现大规模数据的共享和处理。
密码学Chapter 01
中国科学技术大学 · 密码学导论
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安全服务
• 增强某机构数据处理系统和信息传输的安全性
• 记录安全攻击事件
• 使用一种或多种安全机制提供服务
• 复制与物理文档相关联的功能
– 签名，记录日期 – 防止泄露、篡改、破坏 – 被证实或成为证据 – 被记录或许可
中国科学技术大学 · 密码学导论
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安全服务
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36
现代密码学基本原则
• 柯克霍夫原则（Kerckhoff’s principle）
– 除了密钥之外，即使密码系统的一切均被公开，它仍然 应当是安全的。
• 香农箴言（Shannon's maxim）
– 敌人了解系统。
• 密码系统的安全性不在于算法的保密，而在于当对 手获知了算法和密文后，分析出密钥或明文的难度。
22
• 使用网络安全模型需要：
– 设计适当的安全相关变换算法 – 产生算法所需的秘密信息（密钥） – 设计分发、共享秘密信息的方案 – 指定协议，该协议利用安全变换和秘密信息实现安全服
务
– 密码学是上述问题的基础
• 如何产生秘密，保存秘密，传输秘密，验证秘密，……
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23
– 需要可靠措施来保护网络和通信链接中的 数据传输
中国科学技术大学 · 密码学导论
4
三个层次，三个定义
• 计算机安全：
– 数据安全
• 保密性（Secrecy） • 真实性（Authenticity） • 完整性（Integrity）
– 黑客防范
• 网络安全：
– 传输过程中的数据安全
• 互联网安全：
• 单一的机制不能满足所有需要的服务 • 许多安全机制都以密码技术为基础
第一章 密码学概论
数据的安全基于密钥而不是算法的保密
密码学历史回顾
• 1976年以后:
– 1976年Diffie & Hellman的“New Directions in Cryptography”提出了不对称密钥密码 – 1977年Rivest,Shamir & Adleman提出了 RSA公钥算法 – 90年代逐步出现椭圆曲线等其它公钥算法
• 1949～1975年:
– 计算机使得基于复杂计算的密码成为可能 – 1949年Shannon的“The Communication Theory of Secret Systems” – 1967年David Kahn的《The Codebreakers》 – 1971-73年IBM Watson实验室的Horst Feistel 等的几篇技术报告：
对称算法
• 加密和解密由同一个密钥来控制，也叫“单钥算 法”，如图所示。
非对称算法
• 用作加密的密钥不同于用作解密的密钥，而且解 密密钥不能根据加密密钥计算出来，就是非对称 算法（Asymmetric Algorithm），如图所示。
1.2 密码学的基本概念
明文（plaintext）: 没有加密的信息 密文（ciphertext）: 加密后的信息
机械密码的破译动力
• 在科学的其他领域，我们说失败乃成功之母； 而在密码分析领域，我们则应该说恐惧乃成功 之母 • 在欧洲有一个国家对德国抱有这种极大的恐 惧——这就是在一战灰烬中浴火重生的新独立 的波兰
• 波兰人想方设法搞到了一台商用的ENIGMA机 器，大致弄清楚了它的工作原理
密码学历史回顾
不仅仅如此，因为 当键盘上一个键 被按下时，相应 的密文在显示器 上显示，然后转 子的方向就自动 地转动一个字母 的位置（在图中 就是转动1/6圈， 而在实际中转动 1/26圈）。
第1章01--密码学概述PPT课件
（1） 密码算法的安全性分析和破译的理论、方 法、技术和实践
（2）密码协议的安全性分析的理论与方法 （3）安全保密系统的安全性分析和攻击的理论
、方法、技术和实践
2021/7/23
8
现代密码学
1 课程相关介绍－－密码学是干什么的？
密码学是干什么的? 密码学要解决的基本问题:
(1) 信息的保密传输和存储问题; (2) 信息的认证问题.
2021/7/23
6
现代密码学
1 课程相关介绍—密码学研究的内容
编码学研究的主要内容： 序列密码算法的编码技术 分组密码算法的编码技术 公钥密码体制的编码技术
加密算法、 数字签名方案、 密钥分配方案 认证方案 单向函数等
传统且主流的研 究方向
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现代密码学
1 课程相关介绍—密码学研究的内容
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现代密码学
2 密码学发展
▪ 1949年之前
密码学是一门艺术
▪ 1949～1975年
密码学成为科学
密码学已经成为结合
物理、量子力学、电 子学、语言学等多个 专业的综合科学，出 现了如“量子密码”、 “混沌密码”等先进 理论，在信息安全中 起着十分重要的角色。
▪ 1976年以后
密码学的新方向——公钥密码学
▪ 角色：通信双方(发送方和接收方)、第三方
（可信、不可信第三方）、敌手也叫攻击者
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现代密码学
3 密码学的基本概念－－信息传输过程中的攻击例子
窃听：对传输的信息的攻击
A：信源 发送方
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C：敌手 攻击者
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密码学概述
在第二次世界大战中，密码的应用与破译成为影响战争 胜负的一个重要因素。如，1940年太平洋战争中，美军破 译了日军所使用的密钥；在后来的中途岛海战中，日军再 次使用了同样的密钥，电报被美军截获后成功破译，使得 其海军大将的座机被击落。
明文 hello world
密钥：K=5 密文 mjqqt btwqi
解密算法：(C-K) mod 26
22
3. 密码系统数学模型
发送信息的一方使用密钥K加密明文M，通过加密 算法得到密文C，即C = EK（M）；接收信息的一 方使用密钥K’解密密文C，通过解密算法得到明文 M，即M = DK’ ( C )；K与K’可能相等，也可能不等 ，具体取决于所采用的密码体制。
21
3. 密码系统数学模型
例如：恺撒密码体制
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
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
加密算法：(M+K) mod 26
两个分支：是既相互对立，又相互依存的科学。
16
2. 密码系统构成
密码系统主要包括以下几个基本要素：明文、密文、加密算法 、解密算法和密钥。
明文（plaintext）：希望得到保密的原始信息。
密文（ciphertext）：明文经过密码变换后的消息。
加密（encryption）：由明文变换为密文的过程。 解密（decryption）：从密文恢复出明文的过程。
密码学在信息安全中的重要性和应用
密码学在信息安全中的重要性和应用第一章密码学概述密码学，是研究保护信息安全的技术之一。
它涵盖了许多领域，包括加密算法、解密算法、密码分析等。
在现代信息化社会，各种信息形式的增多以及数字化的加速使得我们对信息安全的需求越来越高，而密码学作为一种强有力的保护手段，在信息安全中的地位越来越重要。
第二章密码学的基本原理密码学的基本原理是通过一定的加密算法将明文转换成密文，以达到保护信息安全的目的。
密码学的基本原理包含了两个方面，分别是加密算法和解密算法。
加密算法旨在将明文进行加密，将其转换为不易被理解的形式。
加密算法主要包括对称密钥加密和公钥加密两种。
对称密钥加密指加密和解密都使用同一个密钥，而公钥加密则需要使用两个不同的密钥，一个公钥用于加密，一个私钥用于解密。
解密算法是指将密文恢复为明文的过程。
解密算法需要使用相应的密钥才能进行解密操作。
通常情况下，密钥只有合法的用户才能获得，这避免了非法用户的访问。
第三章密码学的应用密码学已经应用于各个领域，如银行、保险、电子商务、通信等。
下面我们简单介绍密码学在这些领域中的应用。
1. 银行：密码学在银行领域中被广泛应用。
比如，使用密码学技术来保护银行网络和网银系统，加密银行交易信息和个人隐私信息等。
2. 保险：保险行业使用密码学使得保险文档得到保护，产品信息安全保障，为客户提供加密数据存储和传输的保障。
3. 电子商务：电子商务领域也使用密码学技术来确保网站和数据的安全。
例如，使用SSL证书对网站进行保护以确保数据传输的安全，以及跟踪和记录用户的操作打印日志。
4. 通信：密码学技术在通信领域中的应用也很广泛，比如，通过 VPN 连接，加密移动通信等。
第四章密码学的未来随着技术的不断进步，密码学的应用将更加广泛和深入。
在未来，密码学将在物联网和云计算领域中得到更广泛的应用。
未来，人们对于私人信息和数据的需求将越来越高，像密码学这样的保护手段也必将随之提高。
总结密码学在信息安全中的重要性不言而喻。
第1章 密码学概述
Korchoffs假设：一切秘密寓于密钥之中。换句话说， 密钥是整个密码体制的核心所在。 在此假设下，常用的密码攻击可以分为以下几类： (1) 唯密文攻击：分析者只有一些密文 (2) 已知明文攻击：分析者有一些明文及任意明文对应的密文
(4) 选择密文攻击：分析者可得任意密文对应的明文 （可能并无意义），这种攻击主要针对公钥密码体制
c i p h e r a b d f g j k
n o p q r s t u v w x y z l m n o q s t u v w x y z o m m k p n u u t t e e r q
密钥为cipher
密码系统模型
加密密钥
明文 密文
解密密钥
明文
信源
Alice
加密变换
窃听
解密变换
1、凯撒密码： 凯撒密码表
a n b o c p d q e r f s g J t h u i v j k l y m z
D E F Q R S
明文： c 密文 F
G H I
K L M N O P w x
T U V W X Y Z A B C
o R m P p S u X t W e H r U
密码的基本思想是对机密信息进行伪装。 一个密码系统完成如下伪装：
加密者对需要进行伪装的机密信息 (明文, plaintext)进行变换(加密变换)， 得到另外一种与原有信息不相关的表示 (密文,cipher)，如果接收者获得了密文， 那么他可以从这些信息中还原得到原来 的机密信息(解密变换)； 在密码系统中，还涉及到一个第三 方即攻击者（非授权者）。
干扰
信宿
Bob
密码分析
密码系统的安全性
应用密码学 1 密码学概述
明 文
m
c
c
m
明 文
示例
重点 eg：分析下列表达式的含义 C=E(M,Ke)=Eke(M) 加密算法E在加密密钥Ke的控制下将明文M加密成 密文C。 M=D(C,Kd)=DKd(C) 解密算法D在密钥Kd的控制下将密文C解出成明文 M。
1.2.3密码体制分类
置换密码 古典密码学
代换密码
密 码 学 现代密码学 公钥密码 非对称密码 哈希密码 序列密码 对称密码 分组密码
棱镜门事件
• 2013年6月，斯诺登揭露的棱镜门事件震惊世界 • 斯诺登爆料：过年6年间，美国国家安全局和联邦 调查局通过进行微软、谷歌、苹果、雅虎等九大 网络巨头的服务器，监控全球的秘密资料。 • 监控的主要10类信息：电邮、即时消息、视频、 照片、存储数据、语言聊天、文件传输、视频会 议、登录时间和社交网络资料的细节。 • 监听：就是指在你不知情的时候，把服务器硬盘 、个人终端硬盘、以及网络上正在传输的信息导 入监听机构的硬件设施中。
• •
破译的成本超过加密信息的价值 破译的时间超过密文信息有效生命周期
攻击的复杂性分析
数据复杂性（data complexity）用作攻击输入
所需要的数据
处理复杂性（processing complexity）完成攻
击所需要的时间
存储需求（storage requirement）进行攻击所
教学内容
1密码学基础
2密码体制
3密码体制分析
4密码学发展史
密码体制分析
试图破译单条消息 试图识别加密的消息格式，以便借助直接的解密
算法破译后续的消息
试图找到加密算法中的普遍缺陷（无须截取任何
第一章 密码学概述
实际中，人们经常通过几种特定的攻击类型来研究计算上 的安全性，例如穷尽密钥搜索攻击。 当然对一种类型的攻击是安全的，并不表示对其它类型的 攻击是安全的。
可证明安全
核心思想： 将密码体制的安全性归结为某个经过深入研 究的数学难题。 例如，可以证明这样一类命题：如果给定的整数 n 是不 可分解的， 那么给定的密码体制是不可破解的。 我们称 这种类型的密码体制是可证明安全的。 必须注意， 这种途径只是说明了安全和另一个问题是相 关的， 并没有完全证明是安全的。 这和证明一个问题是 NP 完全的有些类似：证明给定的问题和任何其它的 NP 完全问题的难度是一样的， 但是并没有完全证明这个问 题的计算难度。
密码学的基本概念
密码学(Cryptology):
• 研究信息在系统中如何表示;如何针对这个表示来
计算其被破解的代价的学问.易见,密码学被分类
成密码编码学（Cryptography）和密码分析学
(Cryptanalytics)
• 这两个问题是相互对立的，也是相互促进的，密
码学正是在这两个问题的相互斗争中不断发展起
技术报告
现代密码
对称密码算法发展
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密码学详细介绍特此推荐
对密文 c=(c1,c2,…,cn), 解密变换为： Dk(c)=(m1,m2,…,mn), 其中 mi=(ci －ki)(mod26)，i =1,2,…,n
一般单表替代密码算法特点： ✓ 密钥空间K很大，|K|=26!=4×1026 ，破译者穷举搜索计算不可行， 1
微秒试一个密钥，遍历全部密钥需要1013 年。 ✓密钥π不便记忆。
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第2章 古典密码技术
2.1.1 单表替代密码（续）
• 移位密码
明文空间M、密文空间C都是和密钥空间K满足 P C K 0,1,2,...,25 Z 26
由于每一密钥序列都是等概率随机产生的，敌手没有任何信息用来对密文 进行密码分析。香农（Claude Shannon）从信息论的角度证明了这种密码体 制在理论上是不可破译的。但如果重复使用同一个密钥加密不同的明文，则 这时的Vernam密码就较为容易破译。
若敌手获得了一个密文c=(c1 c2 c3 … ci …) 和对应明文m=(m1 m2 m3 … mi …) 时，就很容易得出密钥 k=(k1 k2 k3 … ki …) ，其中ki ＝ ci mi ，i≥1。 故若重复使用密钥，该密码体制就很不安全。
当选择上面的密钥进行加密时，若明文为“china”，则密文为“yfgmk”。 显然，不同的密钥可以得到不同的替换表，对于明文为英文单词或短语 的情况时，密钥短语密码最多可能有26!=4×1026个不同的替换表。
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第2章 古典密码技术
2.1.1 单表替代密码（总结）
计算机安全密码学概述
3.1密码学概述密码学（Cryptology）是一门古老的学科，是研究如何隐密地传递信息的学科。
在现代特别指对信息以及其传输的数学性研究，常被认为是数学和计算机科学的分支，和信息论也密切相关。
著名的密码学者Ronald L. Rivest解释道：“密码学是关于如何在敌人存在的环境中通讯”，自工程学的角度，这相当于密码学与纯数学的异同。
密码学是信息安全等相关议题（如认证、访问控制）的核心。
密码学的首要目的是隐藏讯息的涵义，并不是隐藏讯息的存在。
大概自人类社会出现战争便产生了密码，以后逐渐形成一门独立的学科。
在密码学形成和发展的历程中，科学技术的发展和战争的刺激都起了积极的推动作用。
电子计算机一出现便被用于密码破译，使密码进入电子时代。
1949年香农（C.D.Shannon）发表了《保密系统的通信理论》的著名论文，把密码学置于坚实的数学基础之上，标志着密码学作为一门科学的形成；1976年W.Diffie和M.Hellman提出公开密钥密码，从此开创了一个密码新时代；1977年美国联邦政府颁布数据加密标准（DES），这是密码史上的一个创举；1994年美国联邦政府颁布密钥托管加密标准（EES）；1994年美国联邦政府颁布数字签名标准（DSS）；2001年美国联邦政府颁布高级加密标准（AES）……这些都是密码发展史上一个个重要的里程碑。
在计算机出现之前，密码学只考虑到信息的机密性（confidentiality）：即如何将可理解的信息转换成难以理解的信息，并且使得有秘密信息的人能够逆向恢复，但缺乏秘密信息的拦截者或窃听者则无法解读。
近数十年来，这个领域已经扩展到涵盖身份认证（或称鉴别）、信息完整性检查、数字签名、互动证明、安全多方计算等各类技术。
3.1.1密码学基本概念密码学主要包括两个分支，即密码学（cryptology）和密码分析学（cryptanalytics）。
密码学是对信息进行编码实现隐蔽信息的一门学问，密码分析学是研究分析破译密码的学问。
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遭受不同程度的影响。
该蠕虫病毒入侵系统后 加密的文件样例 当系统被该蠕虫病毒入侵后弹出的勒索对话
什么是密码？
密码是一种用来混淆的技术，它希望将正常的、 可识别的信息转变为无法识别的信息。
密码学是一个即古老又新兴的学科。密码学 (Cryptology) 一 字 源 自 希 腊 文 "krypto's" 及 "logos"两字，直译即为"隐藏"及"讯息"之意
密码破译(Cryptanalytic Attacks)
假设破译者Oscar是在已知密码体制的前提下列来破译 Bob使用的密钥。这个假设称为Kerckhoff的原则。最常 见的破解类型如下： 唯密文攻击：Oscar具有密文串y. 已知明文攻击：Oscar具有明文串x和相应的密文y. 选择明文攻击：Oscar可获得对加密机的暂时访问，因此 他能选择明文串x并构造出相应的密文串y.
为一门新的学科。
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1949年信息论之父C.E.Shannon发表了
“The Communication Theory of Secret Systems”，密码学走上了科学与理性 之路;
• 1967年David Kahn的《The Codebreakers》 • 1971-73年IBM Watson实验室的Horst Feistel等的几篇
他人，善恶终有报，到头必分明
代表数字
• 壹—拾：生客多察看，斟酌而后行
• 万千百十：国宝流通
如十一月初五签发的壹万肆仟叁佰两的银票即为： 书薄 生国察宝多流
古典加密方法
古典密码的加密方法一般是文字置换，使用手工
或机械变换的方式实现。
古典密码系统已经初步体系出近代密码的雏形，
它比古代加密方法复杂，其变换较小。
选择密文攻击： Oscar可暂时接近密码机，可选择密文 串y，并构造出相应的明文x.
这一切的目的在于破译出密钥或密文
Brute Force Search
always possible to simply try every key most basic attack, proportional to key size assume either know / recognise plaintext
于是将军先随便写一封含有“戏”的信，然后在“戏”字 上加盖印章作记号送出。
• 先锋官得令后默念一遍诗歌，即可从“戏”中数出命令号
码了。
• 唐朝的五言诗不计其数，送信的人又不明就里，敌方即使
严刑逼供，信使也是“打死说不出”。
古代加密方法
在山西平遥票号博物馆里保存的加密实例： 方法：用汉字作符号
代表月：谨防假票冒取，勿忘细视书章 代表日：堪笑事情薄，天道最公平，昧心图自利，阴谋害
密码破译手段
密码破译的原则: 遵循观察与经验
方法:采用归纳与演绎
步骤:分析、假设、推测和证实
三大要素：
• –语言的频率特征：e • –连接特征: q …u, I e x, • –重复特征: th, tion, tious
密码算法的安全性
计算上安全（Computationally secure）
可证明安全性（provable security）
来的。
基本术语
消息被称为明文(Plaintext)
用某种方法伪装消息以隐藏它的内容的过程称为加密(Encrtption) 消息被加密后得到的信息称之为密文(Ciphertext)
把密文转变为明文的过程称为解密(Decryption)
对明文进行加密操作的人员称作加密员或密码员(Cryptographer) 密码算法(Cryptography Algorithm):是用于加密和解密的数学函数
无条件安全（Unconditionally secure）
计算安全性
核心思想：考虑攻破密码体制所需付出的计算代价。 破译的代价超出信息本身的价值 破译的时间超出了信息的有效期 如果使用最好的算法攻破一个密码体制需要至少 N 次 操作， 这里的 N 是一个特定的非常大的数字， 则这个密 码体制是计算安全的。 缺点： 没有一个已知的实际的密码体制在这个定义下可 以被证明是安全的。
密码体制分类
按照明文的处理方法：
分组密码（block cipher):将明文分成固定长度的
组，用同一密钥和算法对每一块加密，输出也是
固定长度的密文。
流密码（stream cipher):又称序列密码.序列密码
每次加密一位或一字节的明文，通常也被称为流
密码。
密码学的起源和发展
古代加密方法（手工阶段）
加密通信的模型
密码学的目的：User A和User B两个人在不安全的信 道上进行通信，而破译者不能理解他们通信的内容。
密码体制的定义
定义 2.1：一个密码体制是满足以下条件的五元组 (P , C, K, E, D ) ： 1． P 表示所有可能的明文组成的有限集 2． C 表示所有可能的密文组成的有限集 3． K 代表密钥空间，由所有可能的密钥组成的有限集 4． 对任意的 K K ，都存在一个加密法则 eK E 和相应的 解密法则 dK D 。并且对每一 eK : P C ， dK : C P ，对任意 的明文 x P ，均有 d K (eK ( x)) x 。
军事科学家估计，盟军对密码的成功破译使二战
至少提前一年结束。
但是二战结束后，英国并没有透露英格玛已经被
破解的秘密，直到 20 世纪 70 年代，各国转向计算 机加密的研究，人们才知道布莱榭丽公园的故事 。但那时，很多无名英雄已经长眠地下了。
20世纪中期的密码机
现代密码
计算机发展使得基于复杂计算的密码成为可能，密码学成
密码的历史几乎跟文字的历史一样长
自从有了文字以来，人们为了某种需要总是想法 设法隐藏某些信息，以起到保证信息安全的目的
在这些诡秘莫测的字符背后，或是隐含着政客那冷酷阴毒 的计谋、武士那阴森滴血的剑影，或是携带着智者狡黠的 微笑、情人绵绵不绝的秋波……可以说，密码是当一种文 化在文学、科学和语言发达到一定的复杂程度，当秘密的、 符号性的信息交流达到不可或缺的阶段应运而生的一种信 息交流的特殊工具。 ——《密码中的秘密》
• 1976年Diffie&Hellman的“New Direction in Cryptography”
提出了公钥密码思想
• 1977年Rivest, Shamir, Adleman提出了RSA公钥密码算法； • 20世纪90年代，逐步出现椭圆曲线等其它公钥算法 • 一些新的密码技术，如混沌密码、量子密码，基于格的密码
密码学概述
黎琳
主要内容
密码学的基本概念
密码体制分类
密码学的起源与发展
密码体制的安全性
密码学研究的基本问题
密码学的应用
信息安全事件
2018年8月28日，暗网中文论坛中出现一则帖子显示有人正在 出售华住旗下所有酒店数据，包括汉庭、全季、桔子、海友等 多家数据。此外，发帖人还表示，所有数据脱库时间是8月14日
古典密码学（机械阶段）
现代密码学（计算机阶段）
古代加密方法
起源于公元前440年，在古希腊战争中的隐写术
（steganography）通过隐藏信息的存在来保护
消息
现今信息隐藏的始祖
隐形墨水
字符格式的变化
图像
古代加密方法
斯巴达人用于加解密的一种军事设备（Spartan Scytale， 400B.C）
实际中，人们经常通过几种特定的攻击类型来研究计算上 的安全性，例如穷尽密钥搜索攻击。 当然对一种类型的攻击是安全的，并不表示对其它类型的 攻击是安全的。
可证明安全
核心思想： 将密码体制的安全性归结为某个经过深入研 究的数学难题。 例如，可以证明这样一类命题：如果给定的整数 n 是不 可分解的， 那么给定的密码体制是不可破解的。 我们称 这种类型的密码体制是可证明安全的。 必须注意， 这种途径只是说明了安全和另一个问题是相 关的， 并没有完全证明是安全的。 这和证明一个问题是 NP 完全的有些类似：证明给定的问题和任何其它的 NP 完全问题的难度是一样的， 但是并没有完全证明这个问 题的计算难度。
• 单表代替密码：Caesar密码
• 多表代替密码：Vigenere密码、Hill密码； • 转轮密码：二战中的Enigma
古典加密方法
单表代替密码：Caesar密码
多表代替密码：Vigenere密码、 Hill密码； 转轮密码：二战中的Enigma
例2：英格玛(ENIGMA，意为谜)密码
ENIGMA 是德国在 1919 年发明的一种加密系统
密码学的基本概念
密码学(Cryptology):
• 研究信息在系统中如何表示;如何针对这个表示来
计算其被破解的代价的学问.易见,密码学被分类
成密码编码学（Cryptography）和密码分析学
(Cryptanalytics)
• 这两个问题是相互对立的，也是相互促进的，密
码学正是在这两个问题的相互斗争中不断发展起
密码员对明文进行加密操作时所采用的一组规则称作加密算法 (Encryption Algorithm).
所传送信息的预定对象称为接收者(Receiver) 接收者对密文解密所采用的一组规则称为解密算法(Decryption Algorithm). 破译者(Codebrekers)
加密和解密算法的操作通常都是在一组密钥的控制 下进行的,分别称为加密密钥 (Encryption Key) 和 解密密钥(Decryption Key).
• 发送者把一条羊皮螺旋形地缠在一个圆柱形棒上 • 思想：置换（Permutation）
古代加密方法
例1：军事密码本
北宋的曾公亮发明了我国的第一本军事密码本。 • 他将常用的40个军事口令逐一编号，并用一首40个字的五