第8章 对称密码体制
对称密码体制和非对称密码体制
对称密码体制和⾮对称密码体制⼀、对称加密 (Symmetric Key Encryption)对称加密是最快速、最简单的⼀种加密⽅式，加密（encryption）与解密（decryption）⽤的是同样的密钥（secret key）。
对称加密有很多种算法，由于它效率很⾼，所以被⼴泛使⽤在很多加密协议的核⼼当中。
⾃1977年美国颁布DES（Data Encryption Standard）密码算法作为美国数据加密标准以来，对称密码体制迅速发展，得到了世界各国的关注和普遍应⽤。
对称密码体制从⼯作⽅式上可以分为分组加密和序列密码两⼤类。
对称加密算法的优点：算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼。
对称加密算法的缺点：交易双⽅都使⽤同样钥匙，安全性得不到保证。
此外，每对⽤户每次使⽤对称加密算法时，都需要使⽤其他⼈不知道的惟⼀钥匙，这会使得发收信双⽅所拥有的钥匙数量呈⼏何级数增长，密钥管理成为⽤户的负担。
对称加密算法在分布式⽹络系统上使⽤较为困难，主要是因为密钥管理困难，使⽤成本较⾼。
⽽与公开密钥加密算法⽐起来，对称加密算法能够提供加密和认证却缺乏了签名功能，使得使⽤范围有所缩⼩。
对称加密通常使⽤的是相对较⼩的密钥，⼀般⼩于256 bit。
因为密钥越⼤，加密越强，但加密与解密的过程越慢。
如果你只⽤1 bit来做这个密钥，那⿊客们可以先试着⽤0来解密，不⾏的话就再⽤1解；但如果你的密钥有1 MB⼤，⿊客们可能永远也⽆法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。
密钥的⼤⼩既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是⼀个trade-off。
分组密码：也叫块加密(block cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个块。
是将明⽂按⼀定的位长分组，明⽂组经过加密运算得到密⽂组，密⽂组经过解密运算（加密运算的逆运算），还原成明⽂组，有 ECB、CBC、CFB、OFB 四种⼯作模式。
序列密码：也叫流加密(stream cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个位。
对称密码体制
实例二：对压缩文档解密
• 任务描述：
李琳同学在电脑里备份了一份文档，当时 出于安全考虑，所以加了密码，时间久了，密 码不记得了。请帮李琳同学找回密码。
实例二：对压缩文档解密
• 任务分析：
WinRAR对文档的加密方式属于对称性加 密，即加密和解密的密码相同，这种文档的解 密相对来说比较简单，网上有很多专用工具， 可以实现密码的硬解。
推荐：RAR Password Unlocker
实例二：对压缩文档解密
• 操作步骤：
– （1）启动软件； – （2）打开加密的文件； – （3）单击“STRAT”按钮，开始解密； – （4）弹出结果对话框，找到密码。
实例三：Office文档加密
• 操作步骤：
– （1）启动word；
– （2）文件——另存为；
走进加密技术
对称密码体制
知识回顾
• 密码技术的发展经历了三个阶段
• 1949年之前 密码学是一门艺术 (古典密码学) • 1949～1975年 密码学成为科学 • 1976年以后 密码学的新方向
传 统 加 密 方 法
(现代密码学)
——公钥密码学
密码体制
• 密码体制也叫密码系统，是指能完整地解
决信息安全中的机密性、数据完整性、认
小结
对称密码体制 对称密码体制也称为单钥体制、私钥体制或对 称密码密钥体制、传统密码体制或常规密钥密码体 制。 主要特点是：加解密双方在加解密过程中使用 相同或可以推出本质上等同的密钥，即加密密钥与 解密密钥相同，基本原理如图所示。
– （3）文件类型为：2003-07文档； – （4）单击“工具”选择“常规选项”； – （5）设置文档打开密码，存盘。
实例四：Office文档解密
03、对称密码体制
数据加密标准(Data Encryption Standard，DES)是至 今为止使用 最为广泛的加密算法。
1974年8月27日, NBS开始第二次征集,IBM提交了算法LUCIFER ，该算法由IBM的工程师在1971~1972年研制。
1975年3月17日, NBS公开了全部细节1976年,NBS指派了两个
序列密码算法(stream cipher)
每次可加密一个比特戒一个字节 适合比如进程终端输入加密类的应用
对称密码体制
4
3.1 分组密码原理
分组密码
分组密码是将明文消息编码表示后的数字(简称明文数字)序列，划
分成长度为n的组(可看成长度为n的矢量)，每组分别在密钥的控制 下发换成等长的输出数字(简称密文数字)序列。
构，如FEAL、Blowfish、RC5等。
对称密码体制
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3.1.2 分组密码的一般结构
Feistel密码结构的设计动机
分组密码对n比特的明文分组迚行操作，产生出一个n比特的密文分
组，共有2n个丌同的明文分组，每一种都必须产生一个唯一的密文 分组，这种发换称为可逆的戒非奇异的。 可逆映射 00 01 10 11 11 10 00 01 丌可逆映射 00 01 10 11 11 10 01 01
对称密码体制Biblioteka 193.2.1 简化的DES
简化的DES
简化的DES(Simplified - DES)是一个供教学而非安全的加密算法， 它不DES的特性和结构类似，但是参数较少。 S - DES的加密算法以8bit的明文分组和10位的密钥作为输入，产生 8bit的明文分组做为输出。 加密算法涉及五个凼数：
对称密钥密码体制的主要特点
对称密钥密码体制的主要特点
对称密钥密码体制⼜称单密钥密码体制，是指加密密钥和解密密钥相同的密码体制。
这种
密码体制的保密性主要取决于对密钥的保密，其加密和解密算法是公开的。
要保证对称密钥密码
体制的安全性，其加密算法必须⾜够复杂，同时其密钥必须保密并且有⾜够⼤的密钥空间，从⽽使得攻击者在截取密⽂和知道加密算法的情况下，仍然⽆法还原出明⽂。
最有影响的对称密钥密码体制是
1977年美国国家标准局颁布的数据加密标准DES。
对称密码体制
分组密码的工作模式
电码本模式(1/2) ECB (electronic codebook mode)
P1 K 加密
P2
K
加密
…K
Pn 加密
C1
C2
Cn
C1 K 解密
C2
K
解密
…K
Cn 解密
P1
P2
Pn
Ci = EK(Pi) Pi = DK(Ci)
对称密码体制
分组密码的工作模式
电码本模式(2/2) ECB特点
对称密码体制
分组密码的工作模式
密码反馈模式(2/6)
加密：Ci =Pi(EK(Si)的高j位) Si+1=(Si<<j)|Ci
V1
Shift register 64-j bit |j bit
64
Shift register 64-j bit |j bit
64
Cn-1 Shift register 64-j bit |j bit
对称密码体制
分组密码的工作模式
密码反馈模式(6/6) Pi=Ci(EK(Si)的高j位) 因为： Ci=Pi(EK(Si)的高j位)
则： Pi=Pi(EK(Si)的高j位) (EK(Si)的高j位) =Pi 0 = Pi
CFB的特点 ❖分组密码流密码 ❖没有已知的并行实现算法 ❖隐藏了明文模式 ❖需要共同的移位寄存器初始值V1 ❖对于不同的消息，V1必须唯一 ❖误差传递：一个单元损坏影响多个单元
对称密码体制
分组密码的工作模式
密码分组链接模式(3/3)
CBC特点 ❖没有已知的并行实现算法 ❖能隐藏明文的模式信息 ❖需要共同的初始化向量V1 ❖相同明文不同密文 ❖初始化向量V1可以用来改变第一块 ❖对明文的主动攻击是不容易的 ❖信息块不容易被替换、重排、删除、重放 ❖误差传递：密文块损坏两明文块损坏 ❖安全性好于ECB ❖适合于传输长度大于64位的报文，还可以进行用 户鉴别,是大多系统的标准如 SSL、IPSec
公钥密码和对称密码
密码学中两种常见的密码算法为对称密码算法〔单钥密码算法〕和非对称密码算法〔公钥密码算法〕。
对称密码算法有时又叫传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。
在大多数对称算法中，加密解密密钥是相同的。
这些算法也叫秘密密钥算法或单密钥算法，它要求发送者和接收者在平安通信之前，商定一个密钥。
对称算法的平安性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都能对消息进行加密解密。
只要通信需要保密，密钥就必须保密。
对称算法的加密和解密表示为：Ek(M)=CDk(C)=M对称算法可分为两类。
一次只对明文中的单个位〔有时对字节〕运算的算法称为序列算法或序列密码。
另一类算法是对明文的一组位进行运算，这些位组称为分组，相应的算法称为分组算法或分组密码。
现代计算机密码算法的典型分组长度为64位――这个长度大到足以防止分析破译，但又小到足以方便作用。
这种算法具有如下的特性：Dk(Ek(M))=M常用的采用对称密码术的加密方案有5个组成局部〔如下图〕l〕明文：原始信息。
2)加密算法：以密钥为参数，对明文进行多种置换和转换的规那么和步骤，变换结果为密文。
3)密钥：加密与解密算法的参数，直接影响对明文进行变换的结果。
4)密文：对明文进行变换的结果。
5)解密算法：加密算法的逆变换，以密文为输入、密钥为参数，变换结果为明文。
对称密码术的优点在于效率高〔加／解密速度能到达数十兆／秒或更多〕，算法简单，系统开销小，适合加密大量数据。
尽管对称密码术有一些很好的特性，但它也存在着明显的缺陷，包括：l〕进行平安通信前需要以平安方式进行密钥交换。
这一步骤，在某种情况下是可行的，但在某些情况下会非常困难，甚至无法实现。
2)规模复杂。
举例来说，A与B两人之间的密钥必须不同于A和C两人之间的密钥，否那么给B的消息的平安性就会受到威胁。
在有1000个用户的团体中，A需要保持至少999个密钥〔更确切的说是1000个，如果她需要留一个密钥给他自己加密数据〕。
对称密钥密码体制
第三，流密码能较好地隐藏明文的统计特征等。
流密码的原理
❖ 在流密码中，明文按一定长度分组后被表示成一个序列，并 称为明文流，序列中的一项称为一个明文字。加密时，先由 主密钥产生一个密钥流序列，该序列的每一项和明文字具有 相同的比特长度，称为一个密钥字。然后依次把明文流和密 钥流中的对应项输入加密函数，产生相应的密文字，由密文 字构成密文流输出。即 设明文流为：M=m1 m2…mi… 密钥流为：K=k1 k2…ki… 则加密为：C=c1 c2…ci…=Ek1(m1)Ek2(m2)…Eki(mi)… 解密为：M=m1 m2…mi…=Dk1(c1)Dk2(c2)…Dki(ci)…
同步流密码中，消息的发送者和接收者必须同步才能做到正确 地加密解密，即双方使用相同的密钥，并用其对同一位置进行 操作。一旦由于密文字符在传输过程中被插入或删除而破坏了 这种同步性，那么解密工作将失败。否则，需要在密码系统中 采用能够建立密钥流同步的辅助性方法。
分解后的同步流密码
பைடு நூலகம்
密钥流生成器
❖ 密钥流生成器设计中，在考虑安全性要求的前提下还应考虑 以下两个因素： 密钥k易于分配、保管、更换简单； 易于实现，快速。
密钥发生器 种子 k
明文流 m i
明文流m i 加密算法E
密钥流 k i 密钥流 发生器
密文流 c i
安全通道 密钥 k
解密算法D
密钥流 发生器
明文流m i
密钥流 k i
图1 同步流密码模型
内部状态 输出函数
内部状态 输出函数
密钥发生器 种子 k
k
对称密码体制及其算法研究
￣ ｔ Ｊ． ｌ ｔ 于学？ ９４ ） 舅．黑龙江齐齐哙尔人．剐教授，大 Ｗ ＂ Ｈｌ －． ６ 学本科 ． 主要从事数学教 、 育 算法分析设计等研究．Ｅ ａ： ｘ １ １ ㈣ ｍ ｉ ． ｐ＠ ６ ｌ ｊ１ ３ ｙ
．
。
维普资讯
第 ６期
对称密码体制及其算法研究
第ｉ 轮
最严重的弱点。 克服短密钥缺陷的一个解决办法是使用不同 的密钥 ， 多次运行 Ｄ Ｓ Ｅ 算法 ， 这样的一个方案称为三重 Ｄ Ｓ Ｅ
方 案 ，三重 Ｄ Ｓ是 Ｄ Ｓ的一种 变形 的实 现方式 。 Ｅ Ｅ ｊ重 Ｄ Ｓ 密记 为 Ｅ 加
Ｃ （ ２ ｌ ） ＝ｅｌ （ （ ） ） 解 密记 为
・ ９・ ３
个简单的换位密码 ，目的是获得很大程度的信息分散。可见 ，这一步运算是替代密码和换位密码的结合。 ３ 将 ｌ 轮迭代后得到的结果进行 逆置换 ， ） ６ 逆置换
的输出结果 即为密文分组。该过程表示如下
ｃ Ｐ Ｒ６ｌ ＝Ｉ （ ｌ ６ Ｌ） （ ３）
这里在，逆置换之前 ， Ｐ １轮迭代输出的两半分组又进行 ６ 了一次交换。Ｄ Ｓ ［ Ｅ ） 密过程如图ｌ Ｊ Ｉ 所示。
维普资讯
第 ２ 卷第 ６ ３ 期
２０ ０ ７年 ｌ 月 １
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
Ｊ ｕ ａ ｏ ｉｉａ ｎ ｅ ｔ ｏ ｒ ｌ ｆ ｑｈ ｒ ’ ｉ ｎ Ｏ Ｕ ￣ ｙ
Ｖ １ ３Ｎｏ６ ｏ． 。 ． ２ Ｎｏ ． ０ ７ ｖ， ０ ２
２２ 序 列密 码 ． ２２１ 序 列密码基 本原理 ．．
由于语音 、网像和数据等信息都可以经过量化编码转化为二进制数字序列或本身就是二进制数字的序 列 ，因此 ，一个实际的序列密码系统可用 （ ，， ， ， ） Ｃ ， Ｄ ｚ 的六元组来描述。 为明文空间，Ｃ为密文
《计算机信息安全技术》课后习题及参考答案
《计算机信息安全技术》课后习题及参考答案第1章计算机信息安全概述习题参考答案1. 对计算机信息安全造成威胁的主要因素有哪些？答：影响计算机信息安全的因素有很多，主要有⾃然威胁和⼈为威胁两种。
⾃然威胁包括：⾃然灾害、恶劣的场地环境、物理损坏、设备故障、电磁辐射和电磁⼲扰等。
⼈为威胁包括：⽆意威胁、有意威胁。
⾃然威胁的共同特点是突发性、⾃然性、⾮针对性。
这类不安全因素不仅对计算机信息安全造成威胁，⽽且严重威胁着整个计算机系统的安全，因为物理上的破坏很容易毁灭整个计算机信息管理系统以及⽹络系统。
⼈为恶意攻击有明显的企图，其危害性相当⼤，给信息安全、系统安全带来了巨⼤的威胁。
⼈为恶意攻击能得逞的原因是计算机系统本⾝有安全缺陷，如通信链路的缺陷、电磁辐射的缺陷、引进技术的缺陷、软件漏洞、⽹络服务的漏洞等。
2. 计算机信息安全的特性有哪些？答：信息安全的特性有：⑴完整性完整性是指信息在存储或传输的过程中保持未经授权不能改变的特性，即对抗主动攻击，保证数据的⼀致性，防⽌数据被⾮法⽤户修改和破坏。
⑵可⽤性可⽤性是指信息可被授权者访问并按需求使⽤的特性，即保证合法⽤户对信息和资源的使⽤不会被不合理地拒绝。
对可⽤性的攻击就是阻断信息的合理使⽤。
⑶保密性保密性是指信息不被泄露给未经授权者的特性，即对抗被动攻击，以保证机密信息不会泄露给⾮法⽤户或供其使⽤。
⑷可控性可控性是指对信息的传播及内容具有控制能⼒的特性。
授权机构可以随时控制信息的机密性，能够对信息实施安全监控。
⑸不可否认性不可否认性也称为不可抵赖性，即所有参与者都不可能否认或抵赖曾经完成的操作和承诺。
发送⽅不能否认已发送的信息，接收⽅也不能否认已收到的信息。
3. 计算机信息安全的对策有哪些？答：要全⾯地应对计算机信息安全问题，建⽴⼀个⽴体的计算机信息安全保障体系，⼀般主要从三个层⾯来做⼯作，那就是技术、管理、⼈员。
（1）技术保障指运⽤⼀系列技术层⾯的措施来保障信息系统的安全运营，检测、预防、应对信息安全问题。
第8章中国剩余定理和RSA算法
8.4中国剩余定理
定理1-10中国剩余定理 (CRT：Chinese Remainder Theorem) 设m1,m2,…，mk是两两互素的正整数，即： (mi,mj)=1，i≠j，i, j=1,2,…，k，则同余方 程组：
X≡b1 mod m1 X≡b2 mod m2 …… X≡bk mod mk
但Diffie-Hellman的开创性论文却引起了美国麻 省理工学院（MIT）的年青教授Ron Rivest对公 钥加密技术的极大兴趣，他下决心要开发一个 最终的公钥加密技术。于是他邀请两位同事Adi Shamirt和 Len Adleman一起来解决这个问题。 1977年，三人开发出了一个能够真正加密数据 的公钥加密算法，并于1978年在一篇题为“A Method for Obtaining Digital Signatures and Public Key Cryptosystems(获取数字签名和公钥 加密系统的方法)”中公开了这个算法，这就是 著名的RSA算法（以三位发明者名字的首字母 缩写命名）。 RSA先后被ISO、ITU、SWIFT等国际化标准组 织采用作为标准。
课后习题： 1.韩信点兵的故事。今有兵员不知其数，每五个数 之，剩下1人；每六个数之，剩下5人；每七人数 之，剩下4人；每十一人数之，剩下10人，问兵 员多少？ *编写中国剩余定理算法程序。 2.什么是单向陷门函数？ 3.P201 9.2 a, b 9.3
用数学方法攻击RSA的途径有以下三种： 分解n为两个素因子。这样就可以计算出φ(n)= （p-1）（q-1），从而可以确定 d≡e-1(mod φ(n))。 直接确定φ(n)而不先确定p和q。 直接确定d，而不先确定φ(n)。 对RSA的密码分析的讨论大都集中于第一种攻击 方法，即分解n。在选择RSA的n时，密钥大小在 1024至2048位范围内是合适的。
对称密码体制PPT课件
64比特
左移j比特
….
明文：0000000000000001 密钥： 22234512987ABB23 密文：0A4ED5C15A63FEA3
2）完全效应 指密文中的每个比特都由明文的许多比特决定。由
DES中的扩展和S盒产生的扩散和混淆作用表明了强烈的 完全效应。
2、设计标准 （1）S盒的设计
• 每一行的元素都是从0-15的置换。 • S盒是非线性的。 • 如果改变输入的一个比特，输出中的两个或更多比特会改变。 • 如果一个S盒的两个输入只有中间两个比特不同（第3和第4个比特），输出中至少有两个比特
P=DK1(DK2(C))
2.三重DES（以被广泛采用）
优点：能对付中途攻击。密钥长度为168bit
即用两个56位的 密钥K1、K2，发 送方用K1加密， K2解密，再使用 K1加密。接收方 则使用K1解密， K2加密，再使用 K1解密，其效果 相当于将密钥长 度加倍。
5 应用模式
电子密码本 ECB (electronic codebook
由于DES算法完全公开，其安全性完全依赖于对密钥的保护，必须有可 靠的信道来分发密钥。如采用信使递送密钥等。因此，它不适合在网络 环境下单独使用。
4 DES的变形
1.两重DES
双重DES密钥长度 为112bit,密码强 度似乎增强了一 倍，但问题并非 如此。
C=EK2(EK1(P))
双重DES易 受中途攻击
在每轮开始将输入的64比特数据分 成左、右长度相等的两半，将右半 部分原封不动地作为本轮输出的64 比特数据的左半部分，同时对右半 部分进行一系列的变换，即用轮函 数作用右半部分，然后将所得结果 （32比特数据）与输入数据的左半 部分进行逐位异或，将所得数据作 为本轮输出的64比特数据的右半部 分。
对称密钥密码体制的原理和特点
对称密钥密码体制的原理和特点一、对称密钥密码体制的原理1. 对称密钥密码体制是一种加密方式，使用相同的密钥进行加密和解密。
2. 在对称密钥密码体制中，加密和解密使用相同的密钥，这个密钥必须保密，只有合法的用户才能知道。
3. 对称密钥密码体制使用单一密钥，因此在加密和解密过程中速度较快。
4. 对称密钥密码体制中，发送者和接收者必须共享同一个密钥，否则无法进行加密和解密操作。
二、对称密钥密码体制的特点1. 高效性：对称密钥密码体制使用单一密钥进行加密和解密，因此速度较快，适合于大量数据的加密和解密操作。
2. 安全性有限：尽管对称密钥密码体制的速度较快，但密钥的安全性存在一定的风险。
一旦密钥泄露，加密数据可能会遭到破解，因此密钥的安全性对于对称密钥密码体制至关重要。
3. 密钥分发困难：在对称密钥密码体制中，发送者和接收者必须共享同一个密钥，因此密钥的分发和管理可能会存在一定的困难。
4. 密钥管理困难：对称密钥密码体制密钥的管理和分发往往需要借助第三方机构或者密钥协商协议来实现，这增加了密钥管理的复杂性。
5. 广泛应用：尽管对称密钥密码体制存在一定的安全性和管理困难，但由于其高效性，仍然广泛应用于网络通信、金融交易等领域。
对称密钥密码体制是一种加密方式，使用相同的密钥进行加密和解密。
它具有高效性和广泛应用的特点，然而安全性较差并且密钥管理困难。
在实际应用中，需要权衡其优劣势，并采取相应的安全措施来确保其安全性和有效性。
对称密钥密码体制的应用对称密钥密码体制作为一种快速高效的加密方式，在现实生活中有着广泛的应用。
主要的应用领域包括网络通信和数据传输、金融交易、安全存储、以及移动通信等。
1. 网络通信和数据传输在网络通信和数据传输中，对称密钥密码体制被广泛应用于加密数据传输过程。
在互联网传输中，大量的数据需要在用户和服务器之间进行传输，为了保护数据的安全性，对称密钥密码体制被用来加密数据，确保传输过程中数据不被窃取或篡改。
密码学
1.密码体制分类：1）对称密码体制（密钥必须完全保密、加密与解密密钥相同，或可由其中一个很容易推出另一个，又称秘密密钥、单钥、传统密码体制，包括分组密码和序列密码）优点：加解密速度较快，有很高的数据吞吐率；使用的密钥相对较短；密文的长度与明文长度相同；缺点：密钥分发需要安全通道；密钥量大，难于管理；难以解决不可否认问题。
2）非对称密码体制（使用两个密钥，一个是对外公开的公钥，一个是必须保密的私钥，不能由公钥推出私钥，又称双钥或公开密钥密码体制）优点：密钥的分发相对容易；密钥管理简单；可以有效地实现数字签名。
缺点：与对称密码体制相比，非对称密码体制加解密速度较慢；同等安全强度下，非对称密码体制要求的密钥位数要多一些；密文的长度往往大于明文长度。
2.AES与DES对比：1）相似处：二者的圈（轮）函数都是由3层构成：非线性层、线性混合层、子密钥异或，只是顺序不同；AES的子密钥异或对应于DES中S盒之前的子密钥异或；AES的列混合运算的目的是让不同的字节相互影响，而DES中F函数的输出与左边一半数据相加也有类似的效果；AES的非线性运算是字节代换，对应于DES中唯一的非线性运算S盒；行移位运算保证了每一行的字节不仅仅影响其它行对应的字节，而且影响其他行所有的字节，这与DES中置换P相似。
2）不同之处：AES的密钥长度（128位192位256位）是可变的，而DES的密钥长度固定为56位；DES是面向比特的运算，AES是面向字节的运算；AES的加密运算和解密运算不一致，因而加密器不能同时用作解密器，DES 则无此限制。
3.Hash函数：也称散列、哈希、杂凑函数等，是一个从消息空间到像空间的不可逆映射；可将任意长度的输入经过变换得到固定长度的输出；是一种具有压缩特性的单向函数。
性质：1）H可应用于任意长度的消息2）H产生定长的输出3）对任意给定的消息x，计算H（x）较容易，用硬件和软件均可实现4）单向性5）抗弱碰撞性6）抗强碰撞性应用：数字签名；生成程序或者文档的数字指纹；用于安全传输和存储口令特点：1）输入数字串与输出数字串具有唯一的对应关系;输入数字串中2）任何变化会导致输出数字串也发生变化;从输出数字串不能够反求出输入数字串。
简述密码体制的分类方法
简述密码体制的分类方法密码体制的分类方法主要有以下几种：1. 对称密码体制（Symmetric Cryptography）：也称为传统密码体制，加密和解密使用相同的密钥。
常见的对称密码算法有DES、AES等。
对称密码的优点是运算速度快，缺点是密钥管理困难，需要安全地分发和保存密钥。
2. 非对称密码体制（Asymmetric Cryptography）：也称为公钥密码体制，加密和解密使用不同的密钥。
公钥用于加密，私钥用于解密。
常见的非对称密码算法有RSA、DSA等。
非对称密码的优点是密钥管理方便，缺点是运算速度慢。
3. 散列函数（Hash Function）：散列函数将输入的任意长度的数据映射为固定长度的输出，常用于数据的完整性验证和密码存储。
常见的散列算法有MD5、SHA-1、SHA-256等。
4. 消息认证码（Message Authentication Code）：消息认证码通过对消息进行加密并附加校验值（MAC）来实现消息的完整性和认证。
常见的MAC算法有HMAC、CMAC等。
5. 数字签名（Digital Signature）：数字签名用于确认消息的发送者身份和保证消息的完整性和不可抵赖性。
常见的数字签名算法有RSA、DSA等。
6. 公钥基础设施（Public Key Infrastructure，PKI）：PKI是一种基于非对称密码体制的密码体系，通过证书颁发机构（Certification Authority，CA）对公钥进行认证和管理，从而实现安全的交流和身份验证。
这些分类方法根据密码体制的特点和用途来进行划分，每种密码体制都有不同的应用场景和安全特性，根据具体的需求选择合适的密码体制可以保证信息的安全与可靠性。
对称密码体制的原理
对称密码体制的原理
对称密码体制是指使用相同的密钥进行加密和解密的密码算法。
其原理基于异或运算和分组加密算法。
在对称密码体制中，发送方和接收方之间共享一个密钥，该密钥被用来对数据进行加密和解密。
加密使用密钥对数据进行加密，解密则使用相同的密钥对数据进行解密。
密钥的加密和解密使用异或运算，即将要加密或解密的数据与密钥进行异或运算，得到一个新的比特序列，该比特序列作为新的密钥，再次用于加密或解密。
分组加密算法是将数据分成若干组，每组数据使用密钥进行加密，从而实现数据的安全性。
常用的分组加密算法有 DES、3DES、AES 等。
对称密码体制具有高效、安全、易于实现等优点，被广泛运用于网络通信、电子邮件等领域。
对称加密体制的名词解释
对称加密体制的名词解释
对称加密体制，也称为对称密码，是指在加密和解密时使用同一密钥的加密方式。
其本质是设计一种算法，能在秘钥的控制下，把n位明文简单而又迅速地置换成唯一的n位密文，并且这种变换是可逆的。
现代的密码都是建立在计算机的基础之上的，这是因为现代的密码所处理的数据量非常大，而且密码算法也非常复杂，不借助计算机的力量就无法完成加密和解密的操作。
此外，对称加密体制可以分为两种类型：分组密码和序列密码（或称流密码）。
分组密码是将明文分为许多分组，每个分组被当成一个整体来产生一个等长的密文分组，通常使用的是64/128位分组大小。
而序列密码则是每次加密数据流中的一位或一字节。
以上内容仅供参考，如需更专业全面的信息，建议咨询密码学专家或查阅相关文献资料。
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密钥量要足够大：
尽可能消除弱密钥并使所有密钥同等地位，以防止密 钥穷举攻击奏效。
由密钥确定置换的算法要足够复杂：
充分实现明文与密钥的扩散和混淆，没有简单的关系 可循，要能抗击各种已知的攻击。
加密和解密运算简单：
易于软件和硬件高速实现。
8
8.2 美国数据加密标准—DES
30
第8章 对称密码体制
AES的要求
（1）AES是公开的；
（2）AES为单钥体制分组密码； （3）AES的密钥长度可变，可按需要增大； （4）AES适于用软件和硬件实现； （ 5 ） AES 可以自由地使用，或按符合美国国家 标准（ANST）策略的条件使用；
31
第8章 对称密码体制
算法衡量条件
1997年1月美国NIST着手进行AES（ Advanced Encryption Standard ）的研究，成立了标准工作室。 2001 年 Rijndael 被批准为AES标准。
14
第8章 对称密码体制
美国制定数据加密标准简况
DES（Data Encryption Standard）算法于1977 年得到美国政府的正式许可，是一种用56位密 钥来加密64位数据的方法。这是IBM的研究成 果。 DES是第一代公开的、完全说明细节的商业级 现代算法，并被世界公认。
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第8章 对称密码体制
DES的56位短密钥面临的另外一个严峻 而现实的问题是：国际互联网Internet的 超级计算能力。1997年1月28日，美国的 RSA数据安全公司在互联网上开展了一项 名为“密钥挑战”的竞赛，悬赏一万美 元，破解一段用56位密钥加密的DES密 文。
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第8章 对称密码体制
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第8章 对称密码体制
分组密码概述
明文序列 x1, x2,…, xi,… 将明文划分为m比特长的组 加密函数E: Vm×KVn各组分别在密钥K的控制下变换成等长的输出 这种密码实质上是字长为m的数字序列的代换密码。
密钥k=(k0, k1,…, kt-1 ) 明文 x=(x0, x1,…, xm-1) 加密算法
Feistel还提出了实现代换和置换的方法。代换作用在数据的 左半部分。它通过用轮函数 F作用数据的右半部分后，与左 半部分进行异或来完成。每轮迭代的轮函数是相同的，但是 输入的子密钥Ki不同。代换之后，交换数据的左右两部分完 成置换。这种结构是 Shannon 提出的代换置换网络（ SPN ， substitution-permutation networks）的一种特别形式。
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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DES来加密数据，只将 它用于语音通信。
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第8章 对称密码体制
对称密码体制简介
对称密码体制是历史最为悠久的密码体制，古代和近代 使用的都是这种体制。 根据对明文的加密方式不同，对称密码算法又分为分组 加密算法（Block Cipher）和流密码算法。 分组加密算法将明文分为一组一组的固定长度进行加密。 流密码算法则将明文按字符逐位加密。 二者之间也不是有着不可逾越的鸿沟，很多时候，分组 加密算法也可以用于构建流密码算法。
密钥k=(k0, k1,…, kt-1 ) 明文 x=(x0, x1,…, xm-1)
密文 x=(y0, y1,…, yn-1)
解密算法
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分组密码设计问题
分组密码的设计问题在于找到一种算法， 能在密钥控制下从一个足够大且足够好的置 换子集中，简单而迅速地选出一个置换，用 来对当前输入的明文的数字组进行加密变换。
（Data Encryption Standard）
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美国制定数据加密标准简况
目的
通信与计算机相结合是人类步入信息社会的一个阶梯， 它始于六十年代末，完成于90年代初。计算机通信网的形 成与发展，要求信息作业标准化，安全保密亦不例外。只 有标准化，才能真正实现网的安全，才能推广使用加密手 段，以便于训练、生产和降低成本。
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DES算法框图
输入 64 bit明文数据
初始置换IP
乘积变换 （16轮迭代） 逆初始置换IP-1 64 bit密文数据 输出
标 准 数 据 加 密 算 法
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Li-1(32bit)
Ri-1(32bit) 选择扩展运算 E 48 bit寄存器 按bit模2加密 48 bit寄存器
1993年R.Session和M.Wiener给出了一个非常 详细的密钥搜索机器的设计方案，它基于并行 的密钥搜索芯片，此芯片每秒测试5×107个密 钥，当时这种芯片的造价是10.5美元，5760个 这样的芯片组成的系统需要10万美元，这一系 统平均1.5天即可找到密钥，如果利用10个这 样的系统，费用是100万美元，但搜索时间可 以降到2.5小时。可见这种机制是不安全的。
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美国制定数据加密标准简况
IBM公司在1971年完成的LUCIFER密码 (64 bit分组， 代换 - 置换， 128 bit 密钥 ) 的基础上，改进成为建议的 DES体制 1975年3月17日NBS（美国国家标准局）公布了这个算 法，并说明要以它作为联邦信息处理标准，征求各方 意见。 1977年1月15日建议被批准为联邦标准[FIPS PUB 46]， 并设计推出DES芯片。 1981年美国ANSI（美国国家标准协会）将其作为标准， 称之为DEA[ANSI X3.92] 1983 年国际标准化组织 (ISO) 采用它作为标准，称作 DEA-1
SPN网络（例如 AES、Serpent） Feistel结构（例如DES、 CAST、Skipjack） 其他结构（例如Frog和HPC）
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第8章 对称密码体制
DES的安全性
S盒设计。
DES靠S盒实现非线性变换。
密钥搜索机。
对 DES 安全性批评意见中，较为一致的看法是 DES的 密钥短了些。IBM最初向NBS提交的建议方案采用 112 bits密钥，但公布的DES标准采用64 bits密钥。有人认 为 NSA 故意限制 DES 的密钥长度。采用穷搜索对已经 对DES构成了威胁．
第8章 对称密码体制
第八章 对称密码体制
8.1 对称密码概述 8.2 DES 8.3 AES
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一、对称密码体制概述
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第8章 对称密码体制
对称密码体制简介
对于一个密码体制（M，C，K，E，D）中的K，若加 密密钥Ke与解密密钥Kd相同或者二者之间很容易互相 推出，由于加密密钥和解密密钥地位是对等的，因此称 其为对称密码体制。 而在实际既作为加密密钥又作为解密密钥，因 此又称为单钥体制。而且一般加密算法和解密算法也是 一样的。
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DES算法的安全性
DES算法正式公开发表以后，引起了一场 激烈的争论。1977年Diffie和Hellman提 出了制造一个每秒能测试106个密钥的大 规模芯片，这种芯片的机器大约一天就 可以搜索DES算法的整个密钥空间，制造 这样的机器需要两千万美元。
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美国制定数据加密标准简况
NSA （美国国家安全局）宣布每隔 5年重新审议 DES是否继 续作为联邦标准， 1988 年（ FIPS46-1 ）、 1993 年（ FIPS462），1998年不再重新批准DES为联邦标准。
虽然DES已有替代的数据加密标准算法，但它仍是迄今为止 得到最广泛应用的一种算法，也是一种最有代表性的分组加 密体制。 1993年4月，Clinton政府公布了一项建议的加密技术标准， 称 作 密 钥 托 管 加 密 技 术 标 准 EES(Escrowed Encryption Standard)。算法属美国政府SECRET密级。
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1998年7月电子前沿基金会（EFF）使用一台 25万美圆的电脑在56小时内破译了56比特密钥 的DES。 1999年1月RSA数据安全会议期间，电子前沿 基金会用22小时15分钟就宣告破解了一个DES 的密钥。 尽管DES有这样那样的不足，但是作为第一个公 开密码算法的密码体制成功地完成了它的使命， 它在密码学发展历史上具有重要的地位。
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SPN
S-P networks are based on the two primitive cryptographic operations we have seen before: substitution (S-box) permutation (P-box) 常见结构及代表算法
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密 钥 产 生 器
选择压缩运算 S
32 bit寄存器
置换运算 P
按bit模2和 Li (32bit) Ri (32bit)
DES算法一轮迭代过程
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Feistel网络示意图
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第8章 对称密码体制
Feistel加解密过程
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