第2章 密码学基础
第2章[第2部分]密码学数学基础(数论2)
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乘法逆元
以上定义的乘法满足交换律，且有单位元‘01’。 另外，对任何次数小于8的多项式b(x)，可用推广的 欧几里得算法得 b(x)a(x)+p(x)c(x)=1 即a(x)· b(x)=1 mod p(x)，因此a(x)是b(x)的乘法 逆元。 再者，乘法还满足分配律： a(x)· (b(x)+c(x))= a(x)· b(x)+a(x)· c(x) 所以，256个字节值构成的集合，在以上定义的加法 和乘法运算下，有有限域GF(28)的结构。
f1(x)=x3+1 f2(x)=x3+x+1 f3(x)= x3+x2+1 f4(x)= x3+ x2+x+1
(记住，所有的系数要模2约化)
构造域举例
因为： f1(x)=x3+1=(x+1)(x2+x+1)
f4(x)= x3+ x2+x+1=(x+1)(x2+1)
而f2(x), f3(x)是不可约化的。 f2(x), f3(x)中任何一个都可用于构造一个具有八个 元素的域。
GF(28)上的乘法
要计算GF(28)上的乘法，必须先确定一个GF(2)上 的8次不可约多项式；GF(28)上两个元素的乘积就是这 两个多项式的模乘（以这个8次不可约多项式为模）。 在Rijndael密码中，这个8次不可约多项式确定为 p(x)= x8+x4+x3+x+1 它的十六进制表示为‘11B’。 例如，‘57’·‘83’=‘C1’可表示为以下的多项式乘法： (x6+x4+x2+x+1)· 7+x+1)≡x7+x6+1(modp(x)) (x
第2章 密码学基础
明文是原始的信息（Plain text，记为P） 密文是明文经过变换加密后信息（Cipher（塞佛） text，记为C） 加密是从明文变成密文的过程（Enciphering，记为E） 解密是密文还原成明文的过程（Deciphering，记为D） 密钥是控制加密和解密算法操作的数据（Key，记为K）
非对称密钥体制
在非对称加密中，加密密钥与解密密钥不同，此时不需要通 过安全通道来传输密钥，只需要利用本地密钥发生器产生解密密 钥，并以此进行解密操作。由于非对称加密的加密和解密不同， 且能够公开加密密钥，仅需要保密解密密钥，所以不存在密钥管 理问题。非对称加密的另一个优点是可以用于数字签名。但非对 称加密的缺点是算法一般比较复杂，加密和解密的速度较慢。在 实际应用中，一般将对称加密和非对称加密两种方式混合在一起 来使用。即在加密和解密时采用对称加密方式，密钥传送则采用 非对称加密方式。这样既解决了密钥管理的困难，又解决了加密 和解密速度慢的问题。
2.2
密码破译
密码破译是在不知道密钥的情况下，恢复出密文中隐藏 的明文信息。密码破译也是对密码体制的攻击。 密码破译方法
1. 穷举攻击 破译密文最简单的方法，就是尝试所有可能的密码组合。经 过多次密钥尝试，最终会有一个钥匙让破译者得到原文，这个过 程就称为穷举攻击。
逐一尝试解密 密 文
解 密
错误报文
对称密钥体制
对称加密的缺点是密钥需要通过直接复制或网络传输的方式 由发送方传给接收方，同时无论加密还是解密都使用同一个密钥 ，所以密钥的管理和使用很不安全。如果密钥泄露，则此密码系 统便被攻破。另外，通过对称加密方式无法解决消息的确认问题 ，并缺乏自动检测密钥泄露的能力。对称加密的优点是加密和解 密的速度快。
2.3.1 对称加密技术
数字身份认证技术第二章
代换密码
• “凯撒挪移码” • 古罗马恺撒大帝用来保护重要军情的加密系统，也称凯撒 移位。通过将字母按顺序推后起3位起到加密作用，如将 字母A换作字母D，将字母B换作字母E。 • pigpen cipher • 用一个符号来代替一个字母，把26个字母写进如图2-5所 示的四个表格中，然后加密时用这个字母所挨着表格的那 部分来代替。
扩散和混乱
• 扩散（diffusion）和混乱（confusion）是 影响密码安全的主要因素。在各种密码算 法中都在想方设法增加扩散和混乱的程度 ，以增强密码强度。
• 扩散的是让明文中的单个数字影响密文中的多个数字，从 而使明文的统计特征在密文中消失，相当于明文的统计结 构被扩散。 • 混乱是指让密钥与密文的统计信息之间的关系变得复杂， 从而增加通过统计方法进行攻击的难度。
序列密码结构
• 序列密码分为同步序列密码和自同步序列密码
序列密码与分组密码的对比
• 分组密码以一定长度的分组作为每次处理的基本单元，而 序列密码则是以一个元素（一个字母或一个比特）作为基 本的处理单元。 • 序列密码是一个随时间变化的加密变换，具有转换速度快 、低错误传播的优点，硬件实现电路更简单；其缺点是： 低扩散（意味着混乱不够）、插入及修改的不敏感性。 • 分组密码使用的是一个不随时间变化的固定变换，具有扩 散性好、插入敏感等优点；其缺点是：加解密处理速度慢 、存在错误传播。
分组密码的结构
轮函数F，有时也称“圈函数”，是经过精心设计的，是分组密码的核 心。F函数一般基于代换-置换网络，代换可以起到混乱作用，而置换可 以提供扩散作用。这样经过多轮变换，不断进行代换-置换-代换-置换 ，最终实现高强度的加密结果。
DES
• DES算法全称为Data Encryption Standard ，即数据加密标准，它是IBM公司于1975 年研究成功的，1977年被美国政府正式采 纳作为数据加密标准。DES使用一个56位 的密钥作为初始秘钥（如果初始秘钥输入 64位，则将其中8位作为奇偶校验位），加 密的数据分组是64位，输出密文也是64位 。
第二章 简单密码学(补充古典密码学)
中
所使用的方式，其中密钥k＝3，比如hello！就表示为khoor(忽略空格和符 号)，它的数学表达式为：
加密：c＝m＋k（mod26）
解密：m＝c－k（mod26） 加密步骤：1）先将26个英文字母编号:a,b,c,d……y,z;每个英文字母对应
的数字分别是0,1,2,3……24,25,注意这里的编号是从0开始的，与我们平时
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Caesar密码
Caesar密码攻击
湖南公安高 等专科学校
如果在一篇用恺撒密码加密的密文中（假设它的字数很多，
而且字母随机性很好），我们就可以从中发现出现频率最多的 字母，假设它为e或者t或者a，将出现频率最低的字母假设为x 或者z或者q，然后玩填字游戏，找到加密所使用的k，攻破这个 加密体制。 求解k的表达式为：k＝c－m（mod26） 注意：如果k为负数时，则加上26，使得k始终是一正数
第二章 简单密码学（补充——古典密码学）
湖南公安高 等专科学校
候选明文 exxegoexsrgi dwwdfndwrqfh cvvcemcvqpeg buubdlbupodf attackatonce zsszbjzsnmbd yrryaiyrmlac … haahjrhavujl gzzgiqgzuti式为：
加密：c＝m＋k（mod26） 解密：m＝c－k（mod26） 其中k即密钥，也就是关键字（如cipher）的字母个数。还有一点与Caesar 密码不同，这里的字母表中字母顺序打乱了，不再是完全按英文字母顺序排列 的，关键字不同，密码表的次序就不相同，保证了安全性，比Caesar密码更加 健壮，单由于它仍然是单表替换密码，同样可用字母出现频率弱点进行攻击。
第二章 简单密码学（补充——古典密码学）
保密安全与密码技术-2密码学资料
异或运算（不带进位加法）：
明文: 0 0 1 1
加密：
密钥: 0 1 0 1
密文： 0 1 1 0
C=P K
解密：
密文： 0 1 1 0 密钥： 0 1 0 1 明文： 0 0 1 1
P=C K
已知明文、密文，怎样求得密钥？ K=C P 只知道密文，如何求得密文和密钥？
古典密码学－隐写术
定义：将秘密信息隐藏在其余信息中 举例
保密安全与密码技术
第二讲 密码学基础
密码学基础
密码学概论 古典密码学 现代密码学
对称密码学 非对称密码学 单向散列 数字签名 数字信封
电子商务 安全Email
电子政务 信息安全应用
电子支付 安全Web
访问控制 身份认证 入侵检测 PKI/PMI 防病毒 VPN 操作系统安全 数据库安全 黑客入侵与防范 防火墙
第一次作业
分组学习现代密码学的各种密码算法 内容：
对称密码学：IDEA、SDBI、AES、RC5、 CAST-256
非对称：DSA、ECC、D-H 单向散列：SHA1、RIPE-MD
要求：PPT报告，代表讲解，3-5分钟
古典密码学
古典密码学的起源 早期的密码：隐写术 代换密码术 置换密码术 古典密码学的优缺点
对称密码和非对称密码
非对称密码，又称公开密钥密码算法
加开密，和解解密密密使钥用保不密同：的c=密E钥Kp（(mK)p,,
Ks)，把加密密钥公 m=DKs (c)
常用算法：RSA, DSA, 背包算法，ElGamal , 椭圆曲线等Fra bibliotek 优点：
密钥分配：不必保持信道的保密性
信息安全原理和应用第二章 密码学基础
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
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
内容提要
• 基本概念和术语 • 密码学的历史 • 古典密码
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
密码学的起源和发展-i
模运算-ii
• 类似普通的加法，在模运算中的每个数也存在加法逆 元，或者称为相反数。
• 一个数x的加法逆元y是满足x+y 0 mod q的数。 • 对每一个 wZq ，存在z，使得w+z 0 mod q。 • 在通常的乘法中，每个数存在乘法逆元，或称为倒数。
在模q的运算中，一个数x的乘法逆元y是满足x y 1 mod q 的数。但是并不是所有的数在模q下都存在乘法 逆元。 • 如果(ab)mod q=(ac) mod q， b c mod q， 如果a与q 互素。 • 如果q是一个素数，对每一个 wZq ,都存在z，使得w z 1 mod q，z称作w的乘法逆元w-1。
密码学的目的：A和B两个人在不安全的信道上进行 通信，而攻击者O不能理解他们通信的内容。
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密码体制
• 密码体制：它是一个五元组（P,C,K,E,D)满足条件：
（1）P是可能明文的有限集；（明文空间）
（2）C是可能密文的有限集；（密文空间）
（3）K是一切可能密钥构成的有限集；（密钥空间）
Twofish, Serpent等出现 2019年Rijndael成为DES的替代者
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
内容提要
信息安全技术基础课后答案
信息安全技术基础课后答案第一章：信息安全概论1. 信息安全的定义是什么？信息安全是指在计算机系统中，保护信息不受未经授权访问、使用、披露、干扰、破坏、修改、伪造等威胁的一系列措施的总称。
2. 信息安全的目标是什么？信息安全的主要目标包括保密性、完整性和可用性。
保密性指保护信息不被未经授权的个人或实体所访问；完整性指保证信息不被非法篡改；可用性指确保信息资源能够及时可靠地得到使用。
3. 信息安全的基本要素有哪些？信息安全的基本要素包括：机密性、完整性、可用性、不可抵赖性、可控制性和身份认证。
4. 请列举常见的信息安全攻击类型。
常见的信息安全攻击包括：密码攻击、网络攻击（如拒绝服务攻击、入侵攻击）、恶意软件（如病毒、蠕虫、木马）、社会工程学攻击（如钓鱼、假冒身份）和数据泄露等。
5. 请说明防火墙的作用。
防火墙是一种位于计算机网络与外部网络之间的安全设备，它可以通过控制数据包的进出来保护内部网络的安全。
防火墙可以实施访问控制、数据包过滤、网络地址转换等功能，提高网络的安全性。
第二章：密码学基础1. 什么是对称密码学？请举例说明。
对称密码学是一种使用相同密钥进行加密和解密的密码学方法。
例如，DES （Data Encryption Standard）就是一种对称密码算法，在加密和解密过程中使用相同的密钥。
2. 什么是公钥密码学？请举例说明。
公钥密码学是一种使用公钥和私钥进行加密和解密的密码学方法。
例如，RSA （Rivest, Shamir, Adleman）算法就是一种公钥密码算法，发送方使用接收方的公钥进行加密，接收方使用自己的私钥进行解密。
3. 对称密码学和公钥密码学有什么区别？对称密码学使用相同的密钥进行加密和解密，安全性依赖于密钥的保密性；而公钥密码学使用不同的密钥进行加密和解密，安全性依赖于数学难题的求解。
4. 什么是哈希函数？请举例说明。
哈希函数是一种将任意长度数据（输入）转换为固定长度（输出）的函数。
信息安全基础林嘉燕课后答案
信息安全基础林嘉燕课后答案第一章：信息安全概述1.信息安全的定义是什么？信息安全是指保护信息及其相关系统不受未经授权的访问、使用、披露、破坏、修改、中断或延迟等威胁的综合性措施和方法。
2.信息安全的目标是什么？信息安全的目标是确保信息的保密性、完整性和可用性。
3.信息资产的分类有哪些？信息资产可以分为现金、知识产权、客户信息、商业机密等不同的类型。
根据不同的分类，需要采取相应的保护措施。
第二章：密码学基础1.什么是对称加密算法？举例说明。
对称加密算法是一种使用相同的密钥用于加密和解密的算法。
例如，DES（数据加密标准）就是一种对称加密算法，使用相同的密钥进行加密和解密操作。
2.什么是非对称加密算法？举例说明。
非对称加密算法是一种使用不同的密钥进行加密和解密的算法。
例如，RSA （Rivest、Shamir和Adleman）就是一种非对称加密算法，使用公钥进行加密，私钥进行解密。
3.什么是哈希算法？举例说明。
哈希算法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。
例如，MD5（Message Digest Algorithm 5）就是一种常用的哈希算法，在计算过程中会将输入数据分块处理，并生成128位的哈希值。
第三章：网络安全基础1.什么是防火墙？它的作用是什么？防火墙是一种用于保护计算机网络安全的安全设备或软件。
它通过监视和控制网络流量，以及根据预先设定的安全策略来阻挡非法访问和恶意攻击。
其主要作用是防止未经授权的访问、保护内部网络资源的安全、过滤恶意流量等。
2.什么是入侵检测系统（IDS）？它的作用是什么？入侵检测系统是一种用于监测和识别网络中的恶意行为或未经授权访问的安全设备或软件。
其作用是实时监测网络流量，并通过比对已知的攻击模式或异常行为来提供警报或采取必要的防御措施。
3.什么是虚拟专用网络（VPN）？它的作用是什么？虚拟专用网络是一种通过公共网络创建加密隧道连接的安全通信方法。
02-1密码学基础一1页版
网络安全技术第二讲密码学基础（一）罗守山博士、教授北京邮电大学软件学院内容提要♦１ 基本概念和术语♦２．现代对称加密技术♦３ 非对称密码体制♦４ 签名认证体系♦５ 密码政策介绍１ 基本概念和术语♦密码学是网络安全的基础。
–虽然网络安全技术多种多样，但最终都是要提供六种安全服务：机密性、鉴别、完整性、不可抵赖性、访问控制和可用性。
–能支持这六种安全服务的安全机制，例如：数据加密、消息鉴别、身份认证、数字签名等等大多数都是基于密码学及其衍生。
（１）密码学（Ｃｒｙｐｔｏｌｏｇｙ）♦密码学是研究信息系统安全保密的科学。
分为密码编码学和密码分析学。
–密码编码学(Cryptography)主要研究对信息进行编码，实现对信息的隐蔽。
–密码分析学(Cryptanalytics)主要研究加密消息的破译或消息的伪造。
（２）保密通信模型♦在不安全的信道上实现安全的通信是密码学研究的基本问题。
♦消息发送者对需要传送的消息进行数学变换处理，然后可以在不安全的信道上进行传送；♦接收者在接收端通过相应的数学变换处理可以得到信息的正确内容；♦而信道上的消息截获者，虽然可能截获到数学变换后的消息，但无法得到消息本身，这就是最基本的保密通信模型。
首先进行采样数字通信系统♦信源编码–目的：采集数据、压缩数据以利于信息的传送。
–算法：算术编码、矢量量化（VQ）编码、相关信源编码、变换编码等。
♦信道编码–目的：数据在信道上的安全传输，使具有自我纠错能力，又称纠错码。
–算法：BCH码、循环码、线性分组码等。
♦密码学–目的：保密通信。
–算法：公钥密码体系、对称钥密码体系。
♦其中发送者对消息进行数学变换的过程称为加密过程；♦接收者相应的数学变换过程称为解密过程；♦需要传送的消息称为明文；♦经过加密处理后的消息称为密文；♦信道上消息的截获者通常被称为攻击者、分析者或者搭线者。
♦下图就是一个最基本的保密通信模型：图示保密通信（加密与解密）（３）密码体制♦一个密码体制（有时也称加密方案或密码系统）是一个使通信双方能进行秘密通信的协议。
第二讲(密码学基础)
2010-9-261第二章：密码学基础一、密码学的基本概念二、密码体制分类三、密码分析四、几种古典加密算法五、流密码2010-9-262一、密码学的基本概念密码学(Cryptology)：研究信息系统安全保密的科学。
它包含两个分支，h 密码编码学(Cryptography)，对信息进行编码实现隐蔽信息的一门学问h 密码分析学(Cryptanalysis)，研究分析破译密码的学问。
两者的矛盾是密码学发展的内在动力外在动力：现实生活对信息安全的需求2010-9-263几个概念（一）。
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。
密文(Ciphertext)：明文经密码变换成的一种隐蔽形式。
加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。
解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复出原明文的过程。
加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加密操作的人员。
2010-9-264几个概念（二）。
加密算法(Encryption algorithm)：密码员对明文进行加密时所采用的一组规则。
接收者(Receiver)：传送消息的预定对象。
解密算法：接收者对密文进行解密时所采用的一组规则。
密钥(Key)：控制加密和解密算法操作的数据处理，分别称作加密密钥和解密密钥。
截收者(Eavesdropper)：在信息传输和处理系统中的非受权者，通过搭线窃听、电磁窃听、声音窃听等来窃取机密信息。
2010-9-265几个概念（三）密码分析(Cryptanalysis)：截收者试图通过分析从截获的密文推断出原来的明文或密钥。
密码分析员(Cryptanalyst)：从事密码分析的人。
被动攻击(Passive attack)：对一个保密系统采取截获密文进行分析的攻击。
主动攻击(Active attack)：非法入侵者(Tamper)、攻击者(Attcker)或黑客(Hacker)主动向系统窜扰，采用删除、增添、重放、伪造等窜改手段向系统注入假消息，达到利已害人的目的。
《应用密码学》胡向东版习题和思考题答案
第1章绪论1－1为什么会有信息安全问题的出现？答题要点：（1）当今知识经济社会，信息资源是重要的资源形式，大到一个国家、小至某一个人，拥有的信息资源越多、越早获取到信息资源，就在整个国家安全、经济与社会竞争中处于更有利的地位；（2）网络自身的安全缺陷难以堵住安全漏洞；（3）网络的开放性特征为攻击者提供了方便之门；（4）人为因素，包括人的无意失误、黑客攻击、管理不善等。
1－2简述密码学与信息安全的关系。
答题要点：密码技术是实现网络信息安全的核心技术，是保护数据最重要的工具之一。
通过加密变换，将可读的文件变换成不可理解的乱码，从而起到保护信息和数据的作用。
它直接支持机密性、完整性和非否认性。
密码学尽管在网络信息安全中具有举足轻重的作用，但密码学绝不是确保网络信息安全的唯一工具，它也不能解决所有的安全问题。
密码编码与密码分析是一对矛和盾的关系。
1－5安全机制是什么？主要的安全机制有哪些？答题要点：所谓安全机制，是指用来保护系统免受侦听、阻止安全攻击及恢复系统的机制。
OSI安全框架－X.800方案的安全机制可分为两类：特定的安全机制和通用的安全机制。
主要的安全机制（略）。
1－6什么是安全服务？主要的安全服务有哪些？答题要点：安全服务就是加强数据处理系统和信息传输的安全性的一类服务，其目的在于利用一种或多种安全机制阻止安全攻击。
主要的安全服务包括：机密性（消息内容析出，通信量分析）、完整性、鉴别、非否认性、访问控制、可用性。
1－8什么是主动攻击和被动攻击，各有何特点？答题要点：主动攻击是指攻击者对连接中通过的PDU进行各种处理，这些攻击涉及某些数据流的篡改或一个虚假流的产生。
主动攻击包括四类：中断、篡改、伪造和重放。
主动攻击表现出与被动攻击相反的特点。
完全防止主动攻击是相当困难的，可采取适当措施（如加密技术和鉴别技术相结合）加以检测。
被动攻击的攻击者只是观察通过一个连接的协议数据单元PDU，以便了解所交换的数据，并不干扰信息流。
第二章 密码技术基础
a, b Z
2.4 密码学的基本数学知识
同余 设a,b∈Z，n≠0，如果n|(a-b)，则称为a和b模 n同余，记为a ≡ b (mod n)，整数n称为模数。 若0≤b<n，我们称b是a对模n的最小非负剩余， 也称b为a对模n的余数。两个数同余的基本性 质如下：
单套字母替代法统计分析
字母 a b c d e f g h i j k l m 百分比 8.2 1.5 2.8 4.2 12.7 2.2 2.0 6.1 7.0 0.1 0.8 4.0 2.4 字母 n o p q r s t u v w x y z 百分比 6.8 7.5 1.9 0.1 6.0 6.3 9.0 2.8 1.0 2.4 2.0 0.1 0.1
密码分析的方法
穷举攻击（Exhaustive attack），是指密码分析者 采用遍历（ergodic）全部密钥空间的方式对所获密 文进行解密，直到获得正确的明文； 统计分析攻击（Statistical analysis attack），是指 密码分析者通过分析密文和明文的统计规律来破译密 码； 数学分析攻击（Mathematical analysis attack）， 是指密码分析者针对加解密算法的数学基础和某些密 码学特性，通过数学求解的方法来破译密码
模逆元(乘法逆元)的求解
假设M为模数,U为小于M的本元元素,且与M互
素,R为余数,它们满足U*V mod M=R,当R=1时, 我们称V为U的模逆元,当R≠1时,称V为U的模 系数.模逆元和模系数是公开密钥加密算法和 数字签名算法中最常用的参数之一 。
密码学基础
密码学基础密码学是一门研究如何保护信息安全的学科，它涉及到密码算法、密码协议、数字签名等多个方面。
在信息时代，信息的安全性显得尤为重要，因此密码学也成为了一门非常重要的学科。
密码学的基础主要包括对称加密和非对称加密两种方式。
对称加密是指加密和解密使用同一密钥的方法，常见的对称加密算法有DES、3DES、AES等。
这种方式的优点是加密速度快，但缺点是密钥的管理难度较大，且容易被破解。
非对称加密则是指加密和解密使用不同密钥的方法，常见的非对称加密算法有RSA、DSA等。
这种方式的优点是密钥管理较为容易，且安全性较高，但缺点是加密速度较慢。
除了对称加密和非对称加密之外，密码学还涉及到数字签名、哈希算法等多种技术。
数字签名是指通过数字证书对信息进行签名和验证的方法，可以确保信息的完整性和真实性。
哈希算法则是指通过将信息转化为一段固定长度的数字串，来保证信息的安全性和完整性。
在实际应用中，密码学常常用于保护网络通信、电子支付、电子邮件等信息的安全。
例如，在网络通信中，常常使用SSL/TLS协议来保护信息的安全；在电子支付中，常常使用数字证书和数字签名来确保交易的真实性和安全性；在电子邮件中，常常使用PGP等加密软件来保护邮件的机密性和安全性。
然而，密码学也存在一些问题和挑战。
例如，密码学算法的安全性并非永久存在，随着计算机技术的不断发展，密码学算法也会面临被攻破的风险；另外，密钥的管理也是一个非常重要的问题，如果密钥管理不当，就会导致信息的泄露和安全性的降低。
因此，密码学的研究和应用需要不断地更新和改进，以适应不断变化的安全需求和技术发展。
在未来的发展中，密码学也将继续发挥重要的作用，为信息安全提供更加完善的保障。
密码学基础
须不足以确定密钥。
本必须不足以确定私钥。
.
33
思考题和练习
▪ 1. 密码学的五元组是什么，他们分别有什 么含义？
▪ 2.Kerchkoffs原则的基本内容是什么？ ▪ 3.什么是对称密码体制和非对称密码体制？
各有何优、缺点？
.
34
➢ 破译者已知：加密算法、选定的明文和对应的密文、 选定的密文和对应的明文
.
6
唯密文攻击
密码分析者 发送方
密文
明文 分析
密文
接收方 密文
➢破译者已知：加密算法. 、待破译的密文 7
发送方
已知明文攻击
密码分析者
以前的明文 －密文对
明文
分析
密文
密文
密文
接收方
➢破译者已知：加密算法、一. 定数量的密文和对应的明文 8
▪ 一个密码系统是安全的必要条件：穷举密 钥搜索将是不可行的
.
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密码系统的分类（按3种方式）
▪ 明文变换到密文的操作类型
➢ 代替（ substitution） ➢ 换位（transposition ）
▪ 所用的密钥数量
➢ 单密钥加密（symmetric, single key, secret-key, or convetional encryption）
发送方和接收方每个使用一对相互 匹配、而又彼此互异的密钥中的 一个。
密钥必须保密。
密钥对中的私钥必须保密。
安
全 如果不掌握其他信息，要想解密报 如果不掌握其他信息，要想解密报
条
文是不可能或至少是不现实的。 文是不可能或者至少是不现实的。
件 知道所用的算法加上密文的样本必 知道所用的算法、公钥和密文的样
2密码学基础
2.2 古典密码
介绍四种古典密码 简单代替密码 双重置换密码 一次一密 电子本密码
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第13页
2.2.1 简单代替密码
简单代替密码的简单实现 就是将明文按照字母表中当前字母后移N位加密 产生的。 通过查找明文行中的字母，并用密文行中对应的 字母进行代替。
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第8页
How to Speak Crypto
上一页 下一页 停止放映
A keyis used to configure a cryptosystem 在加密解密过程中要使用密钥 A symmetric keycryptosystem uses the same key to encrypt as to decrypt 在对称密钥密码中，加密和解密过程使用相同的 密钥 A public keycryptosystem uses a public key to encrypt and a private key to decrypt 对于公钥密码，加密和解密过程中使用的密钥不 相同，其中加密密钥被公开称公钥，解密密钥必 须保密，称私钥。
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第18页
Not-so-Simple Substitution
Shift by n for some n{0,1,2,…,25}
Then key is n
Example: key n = 7
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
第9页
密码的目标
对于任何一个密码系统，其目标都是： 只有掌握密钥的情况下才能将密文恢复成明文。
网络安全电子书
网络安全电子书《网络安全初级指南》第一章：网络安全概述1.1 网络安全的定义和重要性1.2 常见的网络安全威胁1.3 网络安全的基本原则第二章：密码学基础2.1 对称加密和非对称加密2.2 密码学中常见的算法和协议2.3 密码学在网络安全中的应用第三章：网络攻击和防御3.1 黑客常用的攻击手段3.2 常见的防御技术和措施3.3 搭建网络防火墙和入侵检测系统第四章：网络安全操作指南4.1 安全的网络浏览和下载4.2 安全的电子邮件使用和防范邮件欺诈4.3 安全的社交媒体使用和防范网络钓鱼第五章：移动设备安全5.1 移动设备安全风险分析5.2 安全的移动设备使用和防范数据泄露5.3 移动设备数据的加密和备份第六章：网络安全法律法规6.1 国内外网络安全法律法规的概述6.2 网络安全法律法规的重要内容解读6.3 个人和企业应遵守的网络安全法律法规第七章：网络安全意识教育7.1 常见网络安全意识教育的方法和活动7.2 增强个人网络安全意识的技巧和建议7.3 企业网络安全意识教育的策略和实施第八章：网络安全应急响应8.1 网络安全事件的分类和级别8.2 网络安全应急响应的基本流程和组织8.3 案例分析和网络安全应急响应的实践经验第九章：未来网络安全挑战和趋势9.1 人工智能在网络安全领域的应用9.2 物联网和云计算对网络安全的影响9.3 区块链技术在网络安全中的应用前景这本电子书《网络安全初级指南》总共包含了九个章节，分别介绍了网络安全的基础概念、密码学、网络攻击和防御、网络安全操作指南、移动设备安全、网络安全法律法规、网络安全意识教育、网络安全应急响应以及未来网络安全的挑战和趋势。
通过对这些知识的学习和了解，读者可以初步了解网络安全的基本概念和技术，并掌握一些基本的网络安全操作技巧和方法。
希望这本电子书能够帮助读者提高网络安全意识，增强网络安全防范能力，从而更好地保护自己和他人的网络安全。
密码学基础01-概述+对称密码
伴随计算机和通信技术旳迅速发展和普及应用，出现
了电子政务、电子商务、电子金融等主要旳应用信息系统
。在这些系统中必须确保信息旳安全传递和存储
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密码学旳发展
• 1949年之前：古典密码（classical cryptography)
1. 密码学多半是具有艺术特征旳字谜，出现某些密码算法和机械
密钥（private key)私钥，简称私钥。
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2.2.2 DES加密标准
数据加密标准DES（Data Encryption Standard，DES） 是目前广泛使用的分组密码典型代表。
主要用于电子银行的资金转帐（EFT）
组成部分：加密处理、加密变换、子密钥生成。
优点：容易标准化、通用化。算法运算速度快，易于
产生密钥。
缺点：不是非常安全，容易被暴力破解。
解密器
m
接收者
密钥源 K1
保密系统应当满足的要求
系统即使达不到理论上是不可破的，即 pr{m’=m}=0 ，也
应当为实际上不可破的。就是说，从截获的密文或某些
已知明文密文对，要决定密钥或任意明文在计算上是不 可行的。
系统的保密性不依赖于对加密体制或算法的保密，而依 赖于密钥。这是著名的Kerckhoff原则。
第2章 密码学基础
第2章 密码学基础
密码学真的有必要吗 密码学 对称密码学 非对称密码学 哈希函数 数字签名 数字证书
安全传送文件的含义：
确保文件来自正确的发送方 接收方能确保在通过Internet传输时，文件 没有被修改； 只有指定的接收方能够看到文件，其他各方
无法看到，防止文件被窃；
栅栏密码：明文交替书写排列。
密的化码艺时学术代
行列转臵：明文行列转臵书写。 仍不能抵御统计分析类的攻击方法（频度分析）
密码分析概念 密码设计和密码分析是共生的、又是互逆的， 两者密切有关但追求的目标相反。两者解决问
题的途径有很大差别
密码设计是利用数学来构造密码 密码分析除了依靠数学、工程背景、语言学等知识 外，还要靠经验、统计、测试、眼力、直觉判断能力
乘积变换 （16轮迭代） 逆初始置换IP-1 64 bit密文数据 输出
DES算法
初始置换
将64 bit明文的位臵进行臵换，得到一个乱序的64 bit明文 组，而后分成左右两段，每段为32 bit，以L0和R0表示，IP中 各列元素位臵号数相差为8，相当于将原明文各字节按列写出， 各列比特经过偶采样和奇采样臵换后，再对各行进行逆序。 将阵中元素按行读出构成臵换输出。
明文
公钥体制的主要特点
加密和解密能分开
可以实现多个用户加密的消息只能由一个用户
解读（用于公共网络中实现保密通信）
只能由一个用户加密消息而使多个用户可以解
读（可用于认证系统中对消息进行数字签字）。
无需事先分配密钥。
2.1.2 传统加密技术
1 置换密码
依据一定的规则，明文字母被相应替代
移位密码（模运算）
对称加密流程
对称密码学的特点
对称密码学中，同一个密钥既可以用于加密也可用于 解密。
对称加密速度快 对称加密是安全的 对称加密得到的密文是紧凑的 对称加密容易受到中途拦截窃听的攻击 密钥个数以使用者数目的平方速度增长，难以扩大使 用范围
对称密码系统需要复杂的密钥管理
对称密码技术不适用于数字签名和不可否认性
事后发送方不能否认曾经发送过文件。
密码学的发展 密码学是实现认证、加密、访问控制的核心技术 密码学的发展史
密的化码艺时学术代
前5世纪：明文
木棍
密文(换位密码)
人类有记载的通信密码始于公元前400年。古希腊人是臵 换密码的发明者。
前1世纪：明文字母
后移3位
密文(替代密码)
密码学的发展
9世纪、16世纪：比较现实字母频度与密文字
密码分析方法—分析法
确定性分析法
利用一个或几个已知量(比如，已知密文或明文-密文 对)用数学关系式表示出所求未知量(如密钥等)。已知量 和未知量的关系视加密和解密算法而定，寻求这种关系是 确定性分析法的关键步骤。
统计分析法 利用明文的已知统计规律进行破译的方法。密码破 译者对截收的密文进行统计分析，总结出其间的统计规律 ，并与明文的统计规律进行对照比较，从中提取出明文和 密文之间的对应或变换信息。
多表代换密码（vigenere密码）
密钥K不单一，同一密文字母可能对应不同明文字母
加密变换：ci≡(mi+ki)mod 26 解密变换：mi≡(ci-ki)mod 26 密钥空间较前两种大，较安全
2.1.2 传统加密技术
2 代换密码
保持明文不变，将字母顺序重新排列
倒序密码：颠倒明文书写顺序。
abamimiaowamimiaow
DES算法 美国制定数据加密标准简况
DES 发展史确定了发展公用标准算法模式，而 EES 的制定 路线与DES的背道而驰。人们怀疑有陷门和政府部门肆意 侵犯公民权利。此举遭到广为反对。 1995 年 5 月 AT&T Bell Lab 的 M. Blaze 博士在 PC 机上用 45 分钟时间使SKIPJACK的 LEAF协议失败，伪造ID码获得成 功。 1995 年 7 月美国政府宣布放弃用 EES 来加密数据，只 将它用于语音通信。
每个用户事先约定共同选定的密钥 k ，数据的加密
和解密使用相同的密钥。
明文 加密器 EK K 密钥产生器
密文 解密器 DK K
明文
密码体制分类 单钥体制
单钥体制主要研究问题：
密钥产生(Key generation)， 密钥管理(Key management)。
分类：
流密码(Stream cipher) 分组密码(Block cipher)
……，有时还靠点运气。
密码分析方法--穷举破译法
对截收的密报依次用各种可解的密钥试译，直到得到 有意义的明文； 或在不变密钥下，对所有可能的明文加密直到得到
与截获密报一致为止，此法又称为完全试凑法
(Complete trial-and-error Method)。 只要有足够多的计算时间和存储容量，原则上穷举法 总是可以成功的。但实际中，任何一种能保障安全要求 的实用密码都会设计得使这一方法在实际上是不可行的
单钥体制不仅可用于数据加密，也可用于消
息的认证。
密码体制分类 双钥体制
双钥体制或公钥体制(Public key system)
每个以像电话号码一样进行注册公布。
明文
加密器 EK K1 密钥产生器
密文
解密器 DK K2 密钥产生器
加密和解密算法适用于所有密钥空间中的元素。
系统便于实现和使用。
密码体制分类
密码体制有2大类：
单钥体制(One-key system)：
双钥体制(Two key system)：
加密密钥和解密密钥相同
加密密钥和解密密钥不同
密码体制分类
单钥体制
单钥体制或私钥体制(private key system)
密码学的发展
三个阶段:
1949年以前:数据的安全基于算法保密 1949~1975:数据的安全基于密钥的保密 1976以后:安全的无密钥传输(公钥密码学)
2.1.1 密码学的基本概念 密码学的分类： 密码编码学（Cryptography） 密码分析学（Cryptanalysis）
概念
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。
密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密
码变换成的一种隐蔽形式。 加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。 解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复 出原明文的过程。 加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加 密操作的人员。 密码体制五元组:P(M),C,K,E,D
58 50 42 34 26 18 10 2
60
62 64
52
54 56
44
46 48
36
38 40
28
30 32
20
22 24
12
14 16
4
6 8
57
59 61
49
51 53
41
43 45
33
35 37
25
27 29
17
19 21
9
11 13
1
3 5
63
55
47
39
31
23
15
7
DES算法
逆初始置换
母频率(频度分析法)
1918年,一次性便笺密码
1881年世界上的第一个电话保密专利出现。电报、
无线电的发明使密码学成为通信领域中不可回避的
研究课题。
密码学的发展
二战：恩格玛密码机(第一次用电脑协助破密)
在第二次世界大战初期，德国军方启用“恩尼格玛”密码 机，盟军对德军加密的信息有好几年一筹莫展，“恩尼格玛” 密码机似乎是不可破的。但是经过盟军密码分析学家的不懈 努力，“恩尼格玛”密码机被攻破，盟军掌握了德军的许多 机密，而德国军方却对此一无所知。 太平洋战争中，美军破译了日本海军的密码机，读懂了日本 舰队司令官山本五十六发给各指挥官的命令，在中途岛彻底 击溃了日本海军，导致了太平洋战争的决定性转折，而且不 久还击毙了山本五十六。相反轴心国中，只有德国是在第二 次世界大战的初期在密码破译方面取得过辉煌的战绩。因此， 我们可以说，密码学在战争中起着非常重要的作用。
加密：Ek(x)=(x+k)mod 26 解密：Dk(y)=(y-k)mod 26 x:明文字母、y:密文字母、k:密钥 恺撒密码就是移位密码（k＝3）
缺点：密钥空间小，容易被破解（穷举法）
2.1.2 传统加密技术
单表代换密码