第十四讲 密码协议 武汉大学密码学
密码学协议书
密码学协议书甲方（以下简称“甲方”）：地址：法定代表人：乙方（以下简称“乙方”）：地址：法定代表人：鉴于甲方与乙方就密码学技术的应用与服务达成合作意向，为明确双方权利义务，特订立本协议书。
第一条定义1.1 密码学：指使用数学方法来保证信息传输的安全性，包括但不限于加密、解密、签名、认证等技术。
1.2 加密：指将原始信息（明文）通过特定的算法转换成不易解读的形式（密文）的过程。
1.3 解密：指将密文通过相应的算法还原为明文的过程。
1.4 数字签名：指使用密码学技术生成的，用于验证信息完整性和来源真实性的电子签名。
第二条合作内容2.1 甲方负责提供密码学技术服务，包括但不限于算法研发、系统集成、技术支持等。
2.2 乙方负责提供应用场景，并根据需要委托甲方进行密码学技术服务。
第三条合作方式3.1 双方应根据具体项目需求，另行签订具体服务合同，明确服务内容、服务期限、服务费用等。
3.2 甲方应保证所提供的密码学技术服务符合国家相关法律法规及行业标准。
第四条保密条款4.1 双方应对在合作过程中知悉的对方商业秘密和技术秘密予以保密，未经对方书面同意，不得向第三方披露。
4.2 保密期限自本协议签订之日起至相关信息公开或成为公知信息之日止。
第五条知识产权5.1 甲方在提供密码学技术服务过程中产生的知识产权，归甲方所有，乙方享有使用权。
5.2 乙方在使用甲方提供的密码学技术服务过程中产生的知识产权，归乙方所有，甲方享有知情权。
第六条违约责任6.1 如一方违反本协议约定，应承担违约责任，并赔偿对方因此遭受的损失。
6.2 因不可抗力导致不能履行或完全履行本协议的，双方互不承担违约责任。
第七条争议解决7.1 双方因履行本协议所发生的任何争议，应首先通过友好协商解决。
7.2 如果协商不成，任何一方均可向甲方所在地有管辖权的人民法院提起诉讼。
第八条协议的变更和解除8.1 本协议的任何变更和补充，应经双方协商一致，并以书面形式确认。
密码协议的概念
密码协议的概念
密码协议是一种用于安全通信的协议，用于确保通信双方可以在非安全的通信媒介上安全地交换信息和建立共享的密码密钥。
密码协议采用一系列的步骤和规则，用于确保通信的机密性、完整性和可靠性。
密码协议通常包括以下几个基本要素:
1. 身份认证：密码协议应能够验证通信双方的身份，以确保通信双方是合法的参与者。
这通常通过双方交换和验证数字证书或使用密码学技术实现。
2. 密钥协商：密码协议应能够安全地生成、交换和验证共享的密码密钥，以供通信双方用于加密和解密信息。
密钥交换协议如Diffie-Hellman协议和公钥基础设施（PKI）可用于此目的。
3. 加密和解密：密码协议应能够为通信双方提供加密和解密机制，以保护通信内容的机密性。
常见的加密算法包括对称密钥加密和公钥加密。
4. 完整性和认证：密码协议应能够确保通信双方能够验证传输的消息的完整性和真实性，以防止未经授权的修改或篡改。
5. 重放攻击防范：密码协议应能够防止恶意攻击者重复播放已经通过通信媒介传输的信息，以避免重复利用的风险。
密码协议的设计和实施非常重要，因为任何安全协议的弱点都
可能导致通信的机密性和完整性受到威胁，给攻击者提供攻击的机会。
因此，密码协议的设计要遵循密码学的最佳实践和安全原则，并进行严格的安全审计和测试，以确保其安全性和可靠性。
武大信息安全密码学带答案
密码学一、单表代替密码（10分）①使加法密码算法称为对合运算的密钥k称为对合密钥，以英文为例求出其对合密钥,并以明文M ＝WEWILLMEETATMORNING 为例进行加解密，说明其对合性。
②一般而言，对于加法密码，设明文字母表和密文字母表含有n个字母，n为≥1的正整数，求出其对合密钥k。
二、回答问题（10分）①在公钥密码的密钥管理中，公开的加密钥Ke和保密的解密钥Kd的秘密性、真实性和完整性都需要确保吗？说明为什么？②简述公钥证书的作用？三、密码比较，说明两者的特点和优缺点。
（10分）对DES和AES进行比较，说明两者的特点和优缺点。
四、设A＝[01，02，03，04]T，B＝[b0,b1,b2,b3]T，利用反对数表查表计算AES中的列混淆，求出B。
（10分）五、设g(x)=x4+x2+1，g(x)为GF（2）上的多项式，以其为连接多项式组成线性移位寄存器。
画出逻辑框图。
设法遍历其所有状态，并写出其状态变迁及相应的输出序列。
（15分）六、考虑RSA密码体制：（15分）1.取e=3有何优缺点？取d=3安全吗？为什么？2.设n=35，已截获发给某用户的密文C＝10，并查到该用户的公钥e=5，求出明文M。
七、令素数p=29,椭圆曲线为y2=x3+4x+20 mod 29,求出其所有解点，并构成解点群，其解点群是循环群吗？为什么？。
（15分）八、在下述站点认证协议中函数f起什么作用？去掉f行不行？为什么?（15分）设A，B是两个站点，A是发方，B是收方。
它们共享会话密钥Ks ，f是公开的简单函数。
A认证B是否是他的意定通信站点的协议如下：1.A产生一个随机数RN，并用Ks对其进行加密：C＝E（RN，Ks），并发C给B。
同时A对RN进行f变换，得到f(RN)。
2.B收到C后，解密得到RN＝D（C，Ks）。
B也对RN进行f变换，得到f（RN），并将其加密成C’＝E（f（RN），Ks），然后发C’给A 。
密码协议标准
密码协议标准摘要：一、密码协议标准的概述二、密码协议的分类与特点三、常见密码协议的应用场景四、密码协议在我国的发展与现状五、未来密码协议的趋势与展望正文：密码协议标准是信息安全领域中至关重要的组成部分。
在当今数字化时代，保护信息安全的需求日益增长，密码协议作为保障信息安全的关键技术，得到了广泛的关注与应用。
本文将从以下几个方面对密码协议标准进行详细阐述。
一、密码协议标准的概述密码协议是指在通信双方之间建立安全通信的一种机制，通过密码算法对通信数据进行加密和解密，确保数据传输的安全性。
密码协议标准是对这种机制的规定与描述，包括密码算法、密钥管理、加密和解密方法等。
二、密码协议的分类与特点根据协议的安全性、加密方式、应用场景等方面的不同，密码协议可分为以下几类：1.对称加密协议：采用相同的密钥对数据进行加密和解密，速度快但密钥分发困难。
2.非对称加密协议：采用不同的密钥进行加密和解密，安全性高但速度慢。
3.混合加密协议：结合对称加密和非对称加密的优点，实现高效且安全的通信。
三、常见密码协议的应用场景1.SSL/TLS：用于保护Web浏览器与服务器之间的通信，确保数据传输的安全。
2.IPSec：用于实现网络层的安全通信，防止数据在传输过程中被窃听或篡改。
3.SSL VPN：通过虚拟专用网络实现远程访问，保障远程用户与企业内部网络的安全通信。
四、密码协议在我国的发展与现状我国在密码协议领域取得了显著的成果，制定了一系列具有自主知识产权的密码协议标准。
例如，SM系列密码算法是我国自主研发的对称加密算法，具有高安全性、高速度和易于实现等优点。
此外，我国还积极参与国际标准化组织的工作，为全球信息安全发展作出贡献。
五、未来密码协议的趋势与展望随着信息技术的快速发展，未来密码协议将呈现以下趋势：1.量子计算将对传统密码协议产生巨大挑战，密码研究者需寻求抗量子攻击的新算法。
2.密码协议将更加轻量级，以适应移动设备、物联网等场景的需求。
武汉大学《密码学》课件第十四讲 认证
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四、报文认证
3、报文内容的认证
z 报文内容认证使接收方能够确认报文内容的真实 性，这可以通过验证消息认证码 的正确性来实现。
z 消息认证码MAC（Message Authentication Code） 是消息内容和密钥的公开函数，其输出是固定长度 的短数据块：
MAC＝C(M，K)
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四、报文认证
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二、身份认证
1. 口令
z 利用数字签名方法验证口令 ： ④ 份当有且效仅。当IDi= IDi*, Ni*=Ti+1时系统才确认用户身 ⑤ 它安不全存性储分于析系：统口中令，是所用以户任的何保人密都的不解可密能密得钥K到d；i ，
由虽于然K从e终i存端储到于系系统统的中通，道但上是传由输K的ei不是能签推名出数K据di ；而 播K不Tid，攻是i；且K击由d仅。i本于当但身系N必，统i*须=所为T对以每i+T1攻用i是实击户才施者设接保也置收护不了访。能已问通访，过问所截次以取数可获标以得志抗重
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内容简介
第十讲 公钥密码（2） 第十一讲 数字签名（1） 第十二讲 数字签名（2） 第十三讲 HASH函数 第十四讲 认证 第十五讲 密码协议 第十六讲 密钥管理（1） 第十七讲 密钥管理（2） 第十八讲 复习
3
教材与主要参考书
教材
参考书
4
一、认证的概念
z 认证（Authentication）又称鉴别，确认，它是证实 某人某事是否名符其实或是否有效的一个过程。
① 采用传统密码 z 设A为发送方，B为接收方。A和B共享保密的密
钥KS。A的标识为IDA，报文为M，在报文中增加 标识IDA ,那么B认证A的过程如下：
A→B：< IDA ，E(IDA||M ，KS) > z B收到报文后用KS解密，若解密所得的发送方标
武汉大学《密码学》课件第三讲 DES
两位发生变化（这里x是一个长度为6的比特串）； P4：对任何S盒和任一输入x，以及e,f∈{0,1},有
S(x)≠S(x⊕11ef00)，其中x是一个长度为6的比特串； P5：对任何S盒，当它的任一输入比特位保持不变，其它5
1 58 50 42 34 26 18 7 62 54 46 38 30 22
10 2 59 51 43 35 27 14 6 61 53 45 37 29
19 11 3 60 52 44 36 21 13 5 28 20 12 4
③说明：矩阵中第一个数字47，表明原密钥中的第47位移到C0 中的第一位。
1 15 23 26 5 18 31 10
2 8 24 14 32 27 3 9
19 13 30 6 22 11 4 25
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八、DES的解密过程
DES的加密算法是对合运算，因此解密和加密可共 用同一个算法。
不同点：子密钥使用的顺序不同。 第一次解密迭代使用子密钥 K16 ，第二次解密迭代
密码学
第三讲 数据加密标准(DES)
张焕国 武汉大学计算机学院 空天信息安全与可信计算教育部重点实验室
内容简介
第一讲 信息安全概论 第二讲 密码学的基本概念 第三讲 数据加密标准（DES） 第四讲 高级数据加密标准（AES） 第五讲 中国商用密码（SMS4） 第六讲 分组密码的应用技术 第七讲 序列密码 第八讲 复习 第九讲 公钥密码（1）
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七、加密函数 f
④代替函数组S（S盒） zＳ盒的一般性质
S盒是DES中唯一的非线性变换，是DES安全的关键。 在保密性方面，起混淆作用。 共有8个S盒，并行作用。 每个S盒有6个输入，4个输出，是非线性压缩变换。 设输入为b1b2b3b4b5b6 ,则以b1b6组成的二进制数为行
密码学—密码算法与协议
密码学—密码算法与协议密码学是研究如何保护信息安全的学科，它涵盖了密码算法和密码协议两个方面。
密码算法是密码学的基础，它是一种数学算法，用来对信息进行加密和解密。
密码算法通过特定的操作将明文转化为密文，使得未授权的人无法获得有用的信息。
只有掌握密钥的人才能够将密文转化为明文。
密码算法主要分为对称密码算法和非对称密码算法两种。
对称密码算法是最古老也是最简单的一种密码算法，它使用相同的密钥进行加密和解密。
常见的对称密码算法有DES、AES等。
对称密码算法具有速度快、加密强度高的优点，但密钥的分发和管理是一个挑战。
非对称密码算法则使用不同的密钥进行加密和解密，其中一个密钥称为公钥，另一个密钥称为私钥。
公钥可以公开，而私钥必须保密。
公钥用于加密，私钥用于解密。
非对称密码算法的代表是RSA算法，它具有较高的安全性，但加密解密的速度较慢。
密码协议是指在通信过程中，双方通过协商和使用密码算法，保证信息的机密性、完整性和可用性。
常见的密码协议有SSL/TLS、IPsec等。
SSL/TLS协议是用于保护Web通信的协议，它使用非对称密钥协商算法和对称密码算法来保证通信的安全。
SSL/TLS协议在传输层上建立了一个安全的通道，使用数字证书来验证身份，防止中间人攻击，确保数据的机密性和完整性。
IPsec协议是一种安全IP通信协议，可以在IP层对数据进行加密和认证，保证数据的机密性和完整性。
IPsec协议可以通过使用AH（认证头）和ESP（封装安全载荷）来实现数据的认证和加密。
除了SSL/TLS和IPsec，还有许多其他的密码协议，如SSH、Kerberos等，它们都在不同的场景下为信息安全提供了保护。
总结起来，密码学涵盖了密码算法和密码协议两个方面。
密码算法用于对信息进行加密和解密，包括对称密码算法和非对称密码算法。
密码协议用于在通信过程中保证信息的机密性、完整性和可用性。
密码学在信息安全领域起着至关重要的作用，它保护了我们的隐私和数据安全。
武汉大学《密码学》课件第二讲 密码学的基本概论
z 迭代：设计一个轮函数，然后迭代。 z 乘积：将几种密码联合应用。
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三、古典密码
虽然用近代密码学的观点来看，许多古 典密码是很不安全的。但是我们不能忘记古 典密码在历史上发挥的巨大作用。
另外，编制古典密码的基本方法对于编制 近代密码仍然有效。 z 古典密码编码方法：
置换，代替，加法
③商用密码：
用于保护国家和事企业单位的非机密的敏感信息。
④个人密码：
用于保护个人的隐私信息。 前三种密码均由国家密码管理局统一管理！
6
一、我国的密码政策
我国商用密码政策：
①统一领导：
国家密码管理局统一领导。
②集中管理：
国家密码管理局办公室集中管理。
③定点研制：
只允许定点单位进行研制。
④专控经营：
经许可的单位才能经营。
显然，理论上，对于任何可实用密码只要有足够 的资源，都可以用穷举攻击将其改破。
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二、密码学的基本概念
5、密码分析 z穷举攻击 实例
1997年美国一个密码分析小组宣布：1万多人参 加，通过INTERNET网络，利用数万台微机，历 时4个多月，通过穷举攻破了DES的一个密文。
美国现在已有DES穷举机，多CPU并行处理，24 小时穷举出一个密钥。
性传输密钥，利用模2加进行加密，而且按一次一密方式 工作
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二、密码学的基本概念
3、密码体制的分类
z 从是否基于数学划分 ⑵基于非数学的密码 ②DNA密码
基于生物学中的困难问题 由于不基于计算，所以无论计算机的计算能力多么强大，
与DNA密码都是无关的 尚不成熟
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二、密码学的基本概念
E0
E1
密码算法 密钥 密码协议
密码算法密钥密码协议
密码算法是一种数学算法，用于对数据进行加密和解密。
它们被广泛应用于保护敏感信息的安全性，如用户密码、银行交易等。
密码算法的设计目标是提供高度的安全性，同时保持较高的计算效率。
常见的密码算法包括对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法使用相同的密钥进行加密和解密，如DES、AES等。
非对称加密算法使用一对密钥，公钥用于加密，私钥用于解密，如RSA、ECC 等。
密钥是密码算法中的关键部分，它用于加密和解密数据。
对称加密算法中，密钥必须保密且双方共享；非对称加密算法中，公钥可以公开，私钥必须保密。
密钥的长度越长，破解难度越大，安全性越高。
密码协议是指在网络通信中，为了保证通信的安全性而采用的一系列协议和方法。
密码协议的目标是保护通信过程中的数据机密性、完整性和认证性。
常见的密码协议包括SSL/TLS、IPsec、SSH 等。
SSL/TLS协议用于在Web浏览器和服务器之间建立加密连接，保护用户的隐私和数据安全。
IPsec协议用于在网络层提供数据的加密和认证，确保数据在传输过程中的安全性。
SSH协议用于远程登录和文件传输的加密，防止信息被窃听和篡改。
总结起来，密码算法是用于加密和解密数据的数学算法，密钥是密码算法中的关键部分，密码协议是为了保证通信安全而采用的一系列协议和方法。
这些技术的目标是提供高度的安全性，保护敏感信息的机密性和完整性。
密码算法、协议、密钥管理
密码算法、协议、密钥管理一、密码算法（一）定义与概念密码算法是一种数学函数，它在加密和解密过程中起着核心作用。
简单来说，就是将明文（原始信息）通过特定的规则转换为密文（加密后的信息），只有拥有正确密钥的接收者才能将密文还原为明文。
（二）对称密码算法1. 特点- 使用相同的密钥进行加密和解密操作。
- 加密速度快，适用于对大量数据的加密。
2. 常见算法- DES（Data Encryption Standard）- 曾经广泛使用的对称加密算法。
它将64位的明文数据块通过一系列复杂的变换，使用56位的密钥（实际密钥长度为64位，但其中8位用于奇偶校验）进行加密。
由于其密钥长度较短，现在已经不太安全。
- AES（Advanced Encryption Standard）- 目前被广泛认可和使用的对称加密算法。
它支持128、192和256位的密钥长度，能够有效地抵御各种攻击。
AES对128位的数据块进行加密操作，加密轮数根据密钥长度的不同而有所变化（10轮、12轮或14轮）。
（三）非对称密码算法1. 特点- 使用一对密钥，即公钥和私钥。
公钥可以公开，用于加密数据；私钥则必须保密，用于解密由公钥加密的数据。
- 安全性较高，但加密速度相对较慢，适用于密钥交换、数字签名等场景。
2. 常见算法- RSA（Rivest - Shamir - Adleman）- 这是一种基于大整数分解难题的非对称加密算法。
其安全性依赖于将两个大素数相乘很容易，但要将其乘积分解为原来的两个素数非常困难这一数学事实。
例如，在密钥生成过程中，选择两个大素数p和q，计算n = pq，然后根据特定的数学关系生成公钥和私钥。
- ECC（Elliptic Curve Cryptography）- 基于椭圆曲线离散对数问题的非对称加密算法。
与RSA相比，ECC在相同的安全强度下，密钥长度更短，因此计算量更小，更适合在资源受限的设备上使用，如移动设备等。
密码学教案
《密码学》教案张焕国，唐明，伍前红武汉大学计算机学院一、教学目的本课程是计算机科学与技术、信息安全专业的专业选修课。
开设本课程的目的是使学生了解并掌握计算机安全保密所涉及的基本理论和方法，具备保障信息安全的基本能力。
二、教学要求通过讲授、讨论、实践，使学生了解计算机安全的威胁、密码学算法、安全技术的发展，熟悉计算机安全保密的基本概念、操作系统安全和网络安全，掌握计算机密码学的基本理论、基本方法、常见加密算法及其实现技术、应用方法，重点掌握传统加密算法、DES算法、AES算法、背包算法、RSA算法、ECC算法、DSA算法等。
第一讲密码学的基本概念一、信息安全学科概论1、信息安全学科建设2001年经教育部批准武汉大学创建了全国第一个信息安全本科专业；2007年全国信息安全本科专业已达70多所高校；2003年经国务院学位办批准武汉大学建立信息安全硕士点、博士点、博士后流动站2007年1月成立国家信息安全教指委2006年武汉大学信息安全专业获湖北省“品牌专业”武汉大学成为我国信息安全科学研究和人才培养的重要基地。
2、信息安全学科特点●信息安全学科是交叉学科：计算机、通信、数学、物理、生物、管理、法律等；●具有理论与实际相结合的特点；●信息安全技术强调整体性、系统性、底层性；●对信息安全来说，法律、管理、教育的作用很大，必须高度重视。
●人才是关键，人的综合素质是关键的关键！3、武汉大学的办专业思路以学信息安全为主，兼学计算机、通信，同时加强数学、物理、法律等基础，掌握信息安全的基本理论与技能，培养良好的品德素质。
二、信息安全的基本概念1、信息安全事关国家安全信息成为社会发展的重要战略资源，信息技术改变着人们的生活和工作方式。
信息产业成为新的经济增长点。
社会的信息化已成为当今世界发展的潮流。
信息获取、处理和安全保障能力成为综合国力的重要组成部分。
信息安全事关国家安全，事关社会稳定。
2、信息系统安全的概念能源、材料、信息是支撑现代社会大厦的三根支柱。
密码学协议(二)
密码学协议(二)密码学协议模板概述本协议旨在确保密码学协议的安全性和有效性，促进信息安全和保护用户隐私。
本协议适用于涉及密码学协议的各类业务场景，包括但不限于数据传输、身份验证和加密通信等。
目标实施该协议的目标是: 1. 确保数据的机密性，防止未经授权的访问和窃取。
2. 保证数据的完整性，防止数据被篡改或损坏。
3. 确保通信的身份验证，防止冒充或伪造身份的攻击。
4. 提供可靠的密钥管理和分发机制。
5. 遵守国际密码学标准和最佳实践。
协议内容1. 安全目标协议应满足以下安全目标: - 机密性：确保通信内容只能被合法参与者阅读，防止信息泄露。
- 完整性：保证通信内容未被损坏或篡改。
- 可靠性：确保传输的数据是可信的，防止冒充或伪造身份。
- 不可否认性：确保通信参与者不能否认通信行为。
2. 协议参与者以下是协议中涉及的主要参与者: - 发送方：启动协议的一方，负责发起安全通信并发送数据。
- 接收方：接受协议请求的一方，负责接收和解析数据。
- 第三方：可能存在的攻击者或中间人，也称为中间人攻击。
3. 密钥交换机制为实现安全的数据传输，协议应考虑以下密钥交换机制之一: -公钥加密：使用接收方的公钥加密数据，发送方使用私钥解密。
- 共享密钥协商：双方协商生成一个共享的密钥，用于加密和解密数据。
- 数字签名：发送方使用私钥对数据进行签名，接收方使用公钥进行验证。
4. 安全性措施为保证协议的安全性，以下安全措施应被遵循: - 密钥长度：选择足够长度的密钥，以提高抗攻击性。
- 密钥安全性：保证密钥的安全存储、分发和更新。
- 安全协议选择：选择经过充分验证和被广泛接受的安全协议。
- 抗攻击性：协议应具备抵抗多种攻击手段的能力，如重放攻击和中间人攻击。
- 报文认证：在数据传输中使用报文认证码，确保数据的完整性和来源身份。
5. 安全审计和漏洞修复实施协议后，应定期进行安全审计和漏洞修复: - 安全性评估：定期对协议进行安全性评估，以识别潜在漏洞和弱点。
密码协议标准
密码协议标准摘要：1.密码协议标准的定义和重要性2.密码协议标准的分类3.常见的密码协议标准4.密码协议标准的应用5.密码协议标准的发展趋势正文：密码协议标准是保护信息安全的重要工具，它们为加密和解密数据提供了规范的方法。
在互联网和计算机网络时代，密码协议标准显得尤为重要，因为它们可以防止未经授权的访问和保护数据的完整性。
密码协议标准可以分为许多不同的类型，包括对称密钥算法、非对称密钥算法和哈希函数。
对称密钥算法是一种常见的密码协议标准，它使用相同的密钥来加密和解密数据。
非对称密钥算法则使用两个不同的密钥，一个用于加密，另一个用于解密。
哈希函数则是一种将任意长度的消息映射成固定长度输出的函数，通常用于数据完整性检查和密码保护。
有许多常见的密码协议标准，如AES、RSA、SHA-256 等。
AES 是一种广泛使用的对称密钥算法，用于保护数据的机密性。
RSA 则是一种非对称密钥算法，常用于数字签名和密钥交换。
SHA-256 则是一种哈希函数，常用于数据完整性检查和密码保护。
密码协议标准在许多领域都有广泛的应用，如网络安全、数据保护、数字支付等。
例如，在网络通信中，密码协议标准可以用于保护数据的机密性和完整性。
在数字支付中，密码协议标准可以用于确保交易的安全性和可靠性。
随着技术的发展和需求的变化，密码协议标准也在不断发展和完善。
未来的密码协议标准可能会更加高效、安全和易用。
同时，随着量子计算机的发展，现有的密码协议标准可能会受到威胁，因此需要开发新的密码协议标准来应对这些挑战。
总的来说，密码协议标准是保护信息安全的重要工具，它们在许多领域都有广泛的应用。
密码学假设
可证明安全性理论信息安全是信息社会赖以生存的根基，现代密码学是信息安全技术的核心，它建立在保证合法用户算法的有效性和敌手恢复被保护信息的不可行性之间的鸿沟之上，引入了计算复杂度理论，将攻破的“不可能性”转化为“不可行性”，因此也有人称之为复杂度理论密码学。
可证明安全性正是基于计算“不可行性”构建起来的理论，它将密码学方案的安全性归约为公认的计算难题，不仅是一种证明方法，也是一种设计协议的方法。
它使密码学从一门艺术变成为一门科学，并且也成为现代密码学领域中理论工作的主线。
特别是人们对国际密码标准进行大量分析之后，越来越意识到可证明安全性的重要性，可证明安全性也已成为任何一个密码协议的基本要求。
它对密码学的影响重大，并且对密码学实践也有重要的意义。
目前多数密码体制的设计采取的做法是：提出一种方案后，基于某种假设对方案做出具体的安全性分析，然后给出其安全性论断，如果该方案在较长时间内不能被破解，大家就广泛接受其安全性论断;如果在一段时间后发现安全漏洞，就对方案再作必要的修改，然后继续使用。
这种做法让人们对方案的安全性增加了不可靠感，而且从根本上难以避免受到新技术的分析和攻击.可证明安全性理论就是针对上述问题而提出的一种解决方案，可证明安全可理解为密码方案或协议的安全性可以被证明，换一句说，可证明安全理论的目的是要构建一种可以被证明是安全的体制，它能防止一些未知攻击。
安全性是可以证明的思想最初是由Goldwasser和Micali提出，他们将概率引入了密码学，强调多项式时间和可忽略的成功概率等。
随着对可证明安全性的进一步研究，密码学界意识到它不但对密码学的理论影响重大，且对密码学实践也有重要的意义，目前已成为了国内外密码学界最为关注的问题之一，同时可证明安全性也己成为了设计密码协议的公认要求。
可证明安全性理论是一种归约方法，它通过定义适当的安全目标(一般地，加密方案的安全目标是保密性，签名方案的安全目标是不可伪造性)，然后在一定的敌手模型下证明方案或协议能够达到既定的安全目标。
密码学在密码学协议中的应用
密码学在密码学协议中的应用密码学是研究如何在不安全的通信环境中保证信息安全的学科。
密码学协议则是基于密码学原理设计的一种通信协议，用于确保通信双方之间的安全性和隐私性。
密码学协议广泛应用于网络通信、电子商务、数字资产交易等领域，在保护信息安全和防止恶意攻击方面发挥着重要作用。
本文将介绍密码学在密码学协议中的应用，并探讨其实际意义。
一、加密算法的应用加密算法是密码学协议中最为关键的部分，它用于将明文转换为密文，确保信息的保密性。
在密码学协议中，常用的加密算法包括对称加密算法和非对称加密算法。
1. 对称加密算法对称加密算法使用相同的密钥对明文进行加密和解密。
在密码学协议中，对称加密算法常用于保护传输过程中的数据安全。
例如，HTTPS协议中使用的SSL/TLS加密机制就是基于对称加密算法。
在HTTPS通信中，客户端与服务器之间协商一致的对称密钥，然后使用该密钥对通信内容进行加密和解密，确保数据的保密性。
2. 非对称加密算法非对称加密算法使用一对密钥，包括公钥和私钥。
公钥用于加密明文，私钥用于解密密文。
在密码学协议中，非对称加密算法常用于数字签名和密钥协商等场景。
例如，RSA算法就是一种常用的非对称加密算法，它在SSL/TLS协议中用于数字签名和密钥交换，保证通信的完整性和身份验证。
二、身份验证和数字签名的应用身份验证是密码学协议中的一个重要应用，它用于确认通信双方的身份，并防止伪造和欺骗。
数字签名是一种常用的身份验证机制，它通过加密算法对文件或数据进行签名，以证明其来源和完整性。
在密码学协议中，身份验证和数字签名常用于HTTPS协议、电子邮箱等场景。
例如，在HTTPS通信中，服务器通过提供SSL证书来验证自己的身份，确保用户与合法的服务器建立连接。
同时，数字签名机制可用于验证通信内容的完整性，防止信息被篡改和伪造。
三、密钥协商的应用密钥协商是密码学协议中不可或缺的一环，它用于确保通信双方之间的密钥安全共享。
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一、密码协议的概念
1. 协议的概念
所谓协议（Protocol），就是指两个或两个以 的参与者为了完成某一特定任务而采取的一系 列执行步骤。 这里包含了三层含意：
① 协议是一个有序的执行过程。每一步骤都必须执行， 且执行是依序进行的。随意增加和减少执行步骤或改 步骤的执行顺序，都是对协议的篡改或攻击。 ② 协议至少要有两个参与者。虽然一个人可以通过执行 系列的步骤来完成某种任务，但是它不构成协议。 ③ 协议的执行必须能完成某种任务。
① 密钥建立协议
网络通信系统中的密钥建立协议，用于在通信的各方之间 建立会话密钥。会话密钥是用于保护一次会话通信的密 钥。协议中的密码算法可以采用对称密码，也可以采用公 钥密码。
② 认证协议
网络通信系统中的认证协议主要包括身份认证协议，通信 站点认证协议，报文认证协议等。
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一、密码协议的概念
4. 协议分类
③ 身份认证和密钥建立协议
把身份认证和密钥建立结合起来，形成了认证和密钥建立 协议。首先进行通信实体的身份认证，然后建立会话密 钥，随后通信实体就可以进行保密通信了。这类协议是保 密通信中最常用的一类协议。
④ 电子商务协议
在电子商务中通过协议进行电子交易和电子支付，电子商 务除了关心秘密性、完整性外，还十分关心交易的公平 性。
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目录
第十讲 第十一讲 第十二讲 第十三讲 第十四讲 第十五讲 第十六讲 第十七讲 第十八讲 公钥密码基础 中国商用公钥密码SM2加密算法 数字签名基础 中国商用公钥密码SM2签名算法 密码协议 认证 密钥管理：对称密码密钥管理 密钥管理：公钥密码密钥管理 复习
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教材与主要参考书
教材 参考书
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本讲内容
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一、密码协议的概念
2. 协议与算法的比较
③ 输入。算法可以有输入，也可以无输入。这些输 入是在算法开始执行前提供给算法的。 ④ 输出。算法有一个或多个输出。这些输出是与输 入有某种确定关系的量。 ⑤ 能行性。算法的执行所花费的时间和空间是在现 实计算资源条件下可实现的。
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一、密码协议的概念
2. 协议与算法的比较
1. 密码协议的安全性
二、密码协议的设计与分析
1. 密码协议的安全性
z 密码协议存在安全缺陷是比较普遍的。估计超过一半的公 开协议存在安全缺陷。 ① 对协议中的密码算法进行攻击。 如：破译密码算法 ① 对协议中的密码算法的技术实现进行攻击。 如：测信道攻击 防范对密码算法和密码的技术实现的攻击，不属于协 安全的研究内容。 在研究协议安全时，总是假设密码算法和密码的技术 现是安全的。
z z z 协议和算法都是一组有穷的运算或处理步骤。它们都要求 具有有穷性、确定性和能行性。 协议强调至少要有两个参与者，而且双方之间还要进行通 信。而算法却不要求这一点。 例如，计算N以内的自然数的和的方法，对一个合数进行 因子分解的方法，都是算法，却都不是协议。因为它们都 不要求至少要有两个参与者，一个人就可以计算完成。 协议强调完成某一特定任务，而算法强调问题求解。换句 话说，协议强调处理，而算法强调计算。
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一、密码协议的概念
2. 协议与算法的比较
z 算法是求解问题的一组有穷的运算规则，这些规 则给出了求解特定类型问题的运算序列。算法具 有以下特征：
① 有穷性。一个算法总是在运算有穷步之后结束，而且每一 步都可以在有穷时间内完成。 ② 确定性。算法的每一个步骤都必须有确定的含义，无二义 性，并且在任何条件下算法都只有唯一的一条执行路径。
密码学
第十四讲 密码协议
张焕国 武汉大学计算机学院 空天信息安全与可信计算教育部重点实验室
目录
第一讲 第二讲 第三讲 第四讲 第五讲 第六讲 第七讲 第八讲 第九讲 信息安全概论 密码学的基本概念 数据加密标准（DES） 高级数据加密标准（AES） 中国商用密码SM4与分组密码应用技术 序列密码基础 祖冲之密码 中国商用密码HASH函数SM3 复习
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二、密码协议的设计与分析
1. 密码协议的安全性
z 举例-4 原因之一是，协议的设计不合理，Ｂ回送的表 收到数据的报文中含有明文数据M。如果回送报 文中没有M，则攻击者将不能得到M。 另一原因是，发方和收方标识符没有与数据M加 密绑定，以致于可被篡改。 另外，上述协议的报文中也没有时间信息，也 进行时间认证，所以也不能抵抗重播攻击。
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一、密码协议的概念
3. 安全协议
z 协议的安全性则根据具体的协议不同，而有不同 的含义。通常可以包含以下的部分或全部属性： 认证性 秘密性 完整性（真实性） 不可否认性 公平性（电子商务协议要求）
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一、密码协议的概念
4. 协议分类
根据密码协议的功能可以将其划分为以下四类：
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二、密码协议的设计与分析
1. 密码协议的安全性
z 举例-2：分析先签名后加密协议 A→B：E（D（M，KdA），KeB） 的安全缺陷。 第二种攻击：假设T是攻击者 由于报文中没有时间信息，也不进行报文时间 合理性的认证，所以T可以把截获到的以前的A 发给B的报文重新发给B，而B不能发现。 为了对抗重放攻击，数据中必须有时间标志信 息，并进行时间认证。
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二、密码协议的设计与分析
1. 密码协议的安全性
z 举例-3：分析先加密后签名协议 A→B：D（E（M， KeB ）， KdA ） 的安全缺陷。
假设T是攻击者。 T截获A发给B的报文。 T先用A的公开加密钥验证签名，可得到 E（M，KeB）。 T再用自己的保密的解密钥KdT签名后发给B。即 T→B：D（E（M，KeB），KdT）。
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二、密码协议的设计与分析
1. 密码协议的安全性
z 对协议本身的攻击又可分为被动攻击和主动攻击
被动攻击是指协议外部的实体对协议的全部或部分执行 过程实施窃听，收集协议执行中所传送的消息，并分析 消息，从中得到自己感兴趣的信息。 攻击者的窃听不影响协议的执行，所以被动攻击难于检 测。因此在设计协议时应当考虑的重点是确保协议能够 抵抗被动攻击，而不是检测被动攻击。 主动攻击是指攻击者试图篡改协议中传送的消息，插入 新的消息，甚至改变协议的执行过程。 显然，主动攻击比被动攻击具有更大的危险性。常见的 主动攻击有重放攻击，等。
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一、密码协议的概念
4. 协议分类
z 除了以上四种基本类型之外，近年来又出现了一 些新的密码协议类型：
涉及多于两方的加密或签名协议。其中比较重要的研 方向有门限密码、属性加密等。 多方安全计算。多个参与方共同完成一个计算任务， 中每一个参与方持有保密的私有输入。目标是正确地 成计算任务，但不能泄露各方自己的私有输入。 零知识证明。设计一种证明方法使证明者能够向验证 证明某一事实，且能使验证者相信其证明是正确的， 证明又不会向验证者泄露证明者关于该事实的具体知 识。
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一、密码协议的概念
3. 安全协议
z 协议是网络通信的基础之一。网络通信的各方根据协议进 行消息的交互、数据的传递和信息的共享。良好的网络通 信协议应当高效和节省，并且能确保信息的安全性。 我们称具有安全功能的协议为安全协议。因为密码技术是 确保信息安全的关键技术，所以安全协议都采用密码技 术。因此，通常又称安全协议为密码协议。 在网络通信中，人们利用密码协议实现诸如密钥交换、身 份认证、站点认证、报文认证等安全功能。在电子商务 中，人们利用密码协议实现安全电子交易。
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一、密码协议的概念
z 举例-1：
执行本协议，A把数据M安全地传送给B。 发方A： ① A首先查公钥数据库PKDB，查到B的公开的加密钥KeB 。 ② A用KeB 加密M得到密文C： C=E（M，KeB） ③ A 发 C给 B 。 收方B： ① B接收C。 ② B用自己的保密的解密钥KdB解密C，得到明文： M=D(C，KdB)。 z 我们已经知道：该协议能确保数据秘密性，不能确保数据真 实性。
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一、密码协议的概念
2. 协议与算法的比较
z 协议的执行步骤在粒度上比较粗、比较宏，例如协议的一 个步骤可以是执行一个算法。而算法的执行步骤在粒度上 比较细，其步骤常常是一些基本运算和操作。 由于算法强调计算，所以输入和输出都是一些量。与算法 类似，协议也有自己的输入和输出，输入通常是协议执行 的一些条件，而输出则是协议执行的结果，结果通常表现 为一种状态。 总而言之，算法和协议是两种不同层次上的概念。算法是 低层次上的概念，而协议是高层次上的概念，协议建立在 算法的基础之上。
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z 攻击分类
二、密码协议的设计与分析
z 攻击分类
1. 密码协议的安全性
③ 对协议本身进行攻击。 如：各种被动或主动攻击 ③ 对协议的技术实现进行攻击。 任何协议只有实现成软件或硬件形态，嵌入到系统中 去，并且正确应用，才能发挥实际作用。其中任何一 环节出现缺陷，都可能受到攻击者的攻击。 心脏滴血事件。SSL是一种网络综合密码协议。OpenSSL则是开源的 SSL 套件，被全球成千上万的Web服 器使用。SSL的技术实现存在缺陷，使得可以欺骗服务 器泄露机密信息。一次就可以读取服务器内存中64K数 据，不断地读取，就能获取程序源码、用户的账号密 等敏感信息。
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二、密码协议的设计与分析
1. 密码协议的安全性
z 举例-2：分析先签名后加密协议 A→B：E（D（M，KdA），KeB） 的安全缺陷。
第一种攻击：假设B不诚实 B收到报文后用自己的解密钥KeB解密，可得到D（M， KdA）。他再用C的公开的加密钥KeC加密后发给C。即 B→C：E（D（M，KdA），KeC）。 C收到后会以为是A直接与他通信，而不知道是B重发A 发给B的消息。 原因：报文中没有报文源和宿的标识，没有进行认