第2章_密码学基础(8课时)

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2.2 传统对称密码体制

在公钥密码体制出现以前，无论是古典密码还是近 现代密码都属于对称密码体制，也就是说加密和解 密使用同一个密钥。 2.2.1 加解密的基本原理
2.2.2 数据加密标准DES 2.2.3 高级加密标准AES

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20世纪早期密码机
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2.1.1 密码学起源与发展 这样的数字毫无意义么？
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2.1.1 密码学起源与发展

16世纪意大利数学家卡尔达诺发明的一种保密 通信方法，史称“卡尔达诺漏格板”．漏格板 是一张用硬质材料(如硬纸、羊皮、金属等)做 成的板，上面挖了一些长方形的孔，即漏格．



两个分支：是既相互对立，又相互依存的科学。
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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（Plain Text），指的是希望得到保密的原始信息。通 常用P或M表示。

用某种方法伪装信息以隐藏它的内容的过程称为加密 (Encryption)
万株松树青山上
洁白孤高生不同
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example-ii
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2.1.1 密码学起源与发展

传说，古时候有一对夫妻，男的名叫李石匠，女 的叫张小花。李石匠靠手艺赚钱，张小花在家纺 纱织布。一年，李石匠参加修建石桥，因工程紧 张，十一个月也没回家一次。张小花独自在家只 有纺车做伴。一天石匠工地回来一个工友路过她 家，她托这个工友给丈夫带去一封书信。
解密算法：(C-K) mod 26
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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。

隐写术(steganography): 通过隐藏消息的存在来保护消息. 隐形墨水 字符格式的变化 图象图像
a. b. c.
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象形文字的修改(Modified Hieroglyphics) c. 1900 B.C. 密码学的第一个例子是对标准书写符号的修改
我去君留十载中 爱无南北与西东


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3. 密码系统数学模型
明文m m 加密算法：密文c=Ek1(m) k1 加密密钥源
c
c
解密算法：m=Dk2(c) k2 解密密钥源
m 明文m
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2.1.3 密码体制分类

按不同的划分标准或者方式，密码体制可以分为多 种形式。
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2.2.1 加解密的基本原理

基于对明文信息的“置换”和“替代”完成的，或 者是通过对两者的组合运用即乘积的方式完成。
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1. 置 换

置换又称“换位”方法，是指变换明文中各元素的 相对位置，但保持其内容不变的方法， 即通过对明文元素重新排列组合来达到隐藏明文原 始内容所表达含义的加密方法。 最典型的置换密码体制是栅栏密码技术。
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2.1.2 什么是密码学

1.密码学概念 2.密码系统构成 3.密码系统数学模型
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1. 密码学概念

密码学（Cryptology） ：是研究如何保护信息安全性的一门 科学。它包含两个分支：密码编码学和密码分析学。 密码编码学（Cryptography） ：主要研究密码方案的设计， 即寻找对信息编码的方法从而实现隐藏信息的一门学问。 密码分析学（Cryptanalytics）， ：主要是从攻击者的角度 来看问题，研究如何破解被隐藏信息的一门学问。
E：M K -> C，表示E是M与K 到C的一个映射；

D：C K -> M，表示D是C与K到 M的一个映射。
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3. 密码系统数学模型

在最早的恺撒密码体制中 明文信息空间是26个英文字母集合，即M = {a,b,c,d ……z, A,B……Z}；
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2.1.1 密码学起源与发展

大约在1793年，当时的美国总统托马斯杰斐逊发 明了一种轮子密码机。
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2.1.1 密码学起源与发展
以二战时期 真实历史为 背景的，关 于电报密文 窃听和密码 破解的故事
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2.1.1 密码学起源与发展



1.古典密码学 - 1949年之前，密码学是一门艺术 2.近代密码学 - 1949～1975年：密码学成为科学 3.现代密码学 - 1976年以后：密码学的新方向——公钥 密码学
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2.1.1 密码学起源与发展

（1）单密钥体制。
- 也称为对称密码机制，在该体制下，密码系统只有一个 密钥，加密算法和解密算法使用统一的一个密钥，拥有 密钥的用户既可以加密信息也可以解密信息。

（2）双密钥体制。
- 也称为非对称密码体制或者公钥密码体制，在该体制下 ，密码系统有两个密钥，分别是公开密钥和私有密钥， 公开密钥是对外公开的，即所有的人都可知，私有密钥 是只有特定的用户方能拥有。

密文信息空间也是26个英文字母集合，即C= {a,b,c,d …..z, A,B…..Z}
密钥信息空间是正整数集合，即 K= {N | N=1,2…..}；


因此Ek = (M+K) mod 26；与之对应的解密算法是Dk ，Dk = （C-K）mod 26。
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2.1.4 密码系统设计的基本原则

（1）简单实用原则。
（2）抗攻击性原则 。


（3）算法公开化原则 。
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2.1.5 密码系统攻击及分析

对密码系统的攻击分为被动攻击和主动攻击
- 被动攻击是指通过窃取密文试图了解明文或者密钥的内 容；主动攻击是指篡改和伪造密文，以达到修改或者伪 造明文的目的。 - 被动攻击的主要方法有：通过窃听通信信道上传输的密 文，对其进行分析破译出明文为或者密钥； - 主动攻击的主要方法有：攻击者截取通信信道上传输的 密文，然后对其篡改（如添加、删除某些内容）再发送
经过加密处理后得到的隐藏信息称为密文(Cipher Text)， 通常用C表示。 而把密文转变为明文的过程称为解密(Decryption)。


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加密算法(Encryption Algorithm)。通常用E表示 。是指通过一系列的变换、替代或其他各种方式 将明文信息转化为密文的方法。 解密算法(Decryption Algorithm)。通常用D表示 。指通过一系列的变换、替代或其他各种方法将 密文恢复为明文的方法。
我们主要从加密方式、所采用的密钥方式以及保密 程度来划分。

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1. 按加密方式划分

（1）流密码体制。
- 也称为序列密码，它是将明文信息一次加密一个比特形 成密文字符串，典型的流密码体制是一次一密密码体制 ，其密钥长度与明文长度相等。

（2）分组密码体制。
- 也称为块密码体制，分组密码则是将明文信息分成各组 或者说各块，每组具有固定的长度，然后将一个分组作 为整体通过加密算法产生对应密文的处理方式。
2.1 密码学概述



2.1.1 密码学起源与发展 2.1.2 什么是密码学 2.1.3 密码体制分类 2.1.4 密码系统设计的基本原则 2.1.5 密码系统攻击及分析
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2.1.1 密码学起源与发展

密码学的雏形始于古希腊人 在战场上加密写有“战争机密”的信件
电子商务安全
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问题的提出

国内第一起电子邮件侵权案
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第2章 密码学基础
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如果电子邮件的发送附加了数字
签名，也许本案就不会发生了。
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电子商务安全
第2章 密码学基础
▅ 2.1 密码学概述 ▅ 2.2 传统对称密码体制 ▅ 2.3 公钥密码体制 ▅ 2.4 量子密码体制

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举例说明上述概念