第3章信息安全,技术,基础

Cryptography?
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3.1 密码术及发展
• 保密性要求即使非授权者获取 了数据副本， 了数据副本，他也无法从副本 中获得有用的信息。 中获得有用的信息。
GY$^)*JO -+$% GQLANH GY$^)*JO*-+$%^GQLANH This message must be secret!
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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 3.5 消息完整性保护 3.6 认证 3.7 计算复杂理论 3.8 密码分析
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如何在开放网络中保密传输数据？
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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 3.5 消息完整性保护 3.6 认证 3.7 计算复杂理论 3.8 密码分析
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什么是密码术？
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3.1 密码术及发展
• 1976年美国政府颁布数据加密标准（DES）。 1976年美国政府颁布数据加密标准（DES）。 年美国政府颁布数据加密标准 • 1976年Diffie和Hellman发表的文章《密码学的新动向》 1976年Diffie和Hellman发表的文章《密码学的新动向》 发表的文章 • 1978年R.L.Rivest，A.Shamir和L.Adleman实现了RSA公钥密码体制 1978年R.L.Rivest，A.Shamir和L.Adleman实现了RSA公钥密码体制 实现了RSA • 1969年哥伦比亚大学的Stephen Wiesner首次提出“共轭编码” 概 1969年哥伦比亚大学的Stephen Wiesner首次提出 共轭编码” 首次提出“ 年哥伦比亚大学的 1984年 Brassard在此思想启发下 在此思想启发下， 念。1984年H. Bennett 和G. Brassard在此思想启发下，提出量子 理论BB84 BB84协议 理论BB84协议 • 1985年Miller和Koblitz首次将有限域上的椭圆曲线用到了公钥密码 1985年Miller和Koblitz首次将有限域上的椭圆曲线用到了公钥密码 系统中。 系统中。 • 1989年R.Mathews, D.Wheeler, L.M.Pecora和Carroll等人首次把混 1989年R.Mathews, D.Wheeler, L.M.Pecora和Carroll等人首次把混 沌理论使用到序列密码及保密通信理论。 沌理论使用到序列密码及保密通信理论。 • 2001年NIST发布高级加密标准AES，替代DES作为商用密码标准。 2001年NIST发布高级加密标准AES，替代DES作为商用密码标准。 发布高级加密标准AES DES作为商用密码标准
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3.1 密码术及发展
• 宋曾公亮、丁度等编撰《武经总要》“字验” 宋曾公亮、丁度等编撰《武经总要》 字验” • 公元前405年，斯巴达的将领来山得使用了原始的错乱密 公元前405年 405 码； • 公元前一世纪，古罗马皇帝凯撒曾使用有序的单表代替密 公元前一世纪， 码； • 1863年普鲁士人卡西斯基所著《密码和破译技术》 1863年普鲁士人卡西斯基所著 密码和破译技术》 年普鲁士人卡西斯基所著《 1883年法国人克尔克霍夫所著《军事密码学》 1883年法国人克尔克霍夫所著《军事密码学》 年法国人克尔克霍夫所著 • 20世纪初，产生了最初的可以实用的机械式和电动式密码 20世纪初 世纪初， 同时出现了商业密码机公司和市场。 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密码转轮机，堪称机械式古 第二次世界大战德国的Enigma密码转轮机， Enigma密码转轮机 典密码的巅峰之作。 典密码的巅峰之作。
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3.4 公钥密码体制
一个公钥密码体制是一个七元组(M,C,SK,PK,Gen,Enc,Dec) 一个公钥密码体制是一个七元组(M,C,SK,PK,Gen,Enc,Dec)：
• 明文空间M（Message消息，或Plantext），需要加密的消息表示为m， 明文空间M Message消息， Plantext），需要加密的消息表示为 消息 ）， ∈M。 m∈M。 ∈C。 • 密文空间C（Ciphertext），明文m经过加密变换为密文c，c∈C。 密文空间C Ciphertext）， ），明文 • 私钥空间SK（Secret Key），所有可能的私钥构成。 私钥空间SK SK（ Key），所有可能的私钥构成。 ），所有可能的私钥构成 • 公钥空间PK（Public Key），所有可能的公钥构成。 公钥空间PK PK（ Key），所有可能的公钥构成。 ），所有可能的公钥构成 • 密钥生成算法Gen（Key Generation Algorithm），从可能的私钥空 密钥生成算法Gen Gen（ Algorithm）， ），从可能的私钥空 Key）， ∈SK，算法Gen Gen输出 间中随机选取一个私钥kpri（Private Key），kpri∈SK，算法Gen输出 Key）， ∈PK。 私钥kpri和对应的公钥kpub（Pubklic Key），kpub∈PK。 • 加密算法Enc（Encryption Algorithm），给定明文m，m∈M，输出密 加密算法Enc Enc（ Algorithm）， ），给定明文 ∈M， ∈C。 文c，c=Enc(m, kpub)，c∈C。 • 解密算法Dec（Decryption Algorithm），给定密文c，c∈C，输出明 解密算法Dec Dec（ Algorithm）， ），给定密文 ∈C， ∈M。 文m，m=Dec(c, kpri)，m∈M。
Secret Transmission?
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窃听者
明文 m
加密 (Encrypttion)
密文 c=E k1(m)
搭线信道 公众信道 解密 (Decryption)
明文 m=Dk2(c)
发送方
加密密钥 k1
秘密信道
解密密钥 k2
接收方
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信息安全技术基础 信息安全技术基础
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密码技术概述
2011~2012第一 2011~2012第一学期 第一学期
学习目标
本章介绍密码基本概念、分类、 本章介绍密码基本概念、分类、实现和 应用原理。 应用原理。
数据保密通信模型及基本术语 对称密码体制及其分类与工作原理 公钥密码体制及其工作原理 数字签名技术及其特性 消息完整性保护及认证 如何定义和衡量密码体制的安全性
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如何方便地管理和使用密钥？
Asymmetric Cryptography?
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3.4 公钥密码体制
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3.4 公钥密码体制
• 公钥密码就是一种陷门单向函数f。即： • （1）对f的定义域中的任意x都易于计算f(x)，而对f的值 域中的几乎所有的y，即使当f为已知时要计算f-1(y)在计 算上也是不可行的。 • （2）当给定某些辅助信息（陷门信息）时则易于计算f1(y)。 • 此时称f是一个陷门单向函数，辅助信息（陷门信息）作 为秘密密钥。这类密码一般要借助特殊的数学问题，如数 论中的大数分解、离散对数等数学难解问题，构造单向函 数，因此，这类密码的安全强度取决于它所依据的问题的 计算复杂度。
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3.2 数据保密通信模型
• 对于m∈M，k1,k2∈K，有 ，五元组（M,C,K,E,D）称为一 对于m 五元组（ k1,k2∈ 个密码体制，其中E 代表具体的密码算法—— ——具体的变 个密码体制，其中E和D代表具体的密码算法——具体的变 换过程或数学方法。可以看出， 换过程或数学方法。可以看出，加密可以看做是将密钥与 明文混合变换的过程，而解密是从密文中剥离密钥的过程， 明文混合变换的过程，而解密是从密文中剥离密钥的过程， 因此也称脱密过程。 因此也称脱密过程。 • Kerchhoff假设：一个密码体制，对于所有的密钥，加密 Kerchhoff假设 一个密码体制，对于所有的密钥， 假设： 和解密算法迅速有效； 和解密算法迅速有效；密码体制的安全性不应该依赖于算 法的保密，而仅依赖密钥的保密。 法的保密，而仅依赖密钥的保密。
3.3 对称密码体制
• 序列密码（流密码）将明文流和密钥流混合（一般为简单 的按字节或比特位异或）产生密文流。 • 流密码使用一个“种子密钥”产生密钥流（理论上可以是 无限长度），通信双方共享这个“种子密钥”，按相同方 式产生密钥流。
Hale Waihona Puke 信息安全技术基础 制作： 制作：张浩军
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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 3.5 消息完整性保护 3.6 认证 3.7 计算复杂理论 3.8 密码分析
Symmetric Cryptography?
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3.3 对称密码体制
• 对称密码体制分类：
–分组密码先将明文划分成若干等长的块——分组，如 每个分组长64比特、128比特，然后再分别对每个分组 进行加密，得到等长的密文分组。解密过程类似，有 些密码算法解密算法与加密算法完成一样，如DES。 –序列密码是把明文以位或字节为单位进行加密，一般 是与密钥（如由密钥种子产生的任意长度的字节流） 进行混合（最简单地进行异或运算）获得密文序列。