2 密码学数据加密算法
数据加密方法及原理介绍
数据加密方法及原理介绍数据加密是一种基于密码学的技术，用于将原始数据转换为密文以保护数据的机密性和完整性。
数据加密方法是在保障数据安全方面非常重要的一项技术，它可以应用于各种领域，包括网络通信、电子商务、云计算等。
本文将介绍数据加密的基本原理以及常见的数据加密方法。
一、数据加密的基本原理数据加密是通过应用密码算法对原始数据进行转换，生成密文的过程。
加密算法主要分为两种类型：对称密钥算法和非对称密钥算法。
1.对称密钥算法对称密钥算法也称为私钥算法，使用同一个密钥进行加密和解密。
加密过程中，将原始数据按照密钥规定的规则进行转换生成密文；解密过程中，使用相同的密钥对密文进行逆向转换，得到原始数据。
对称密钥算法的优点是加解密速度快，适合处理大量数据。
常见的对称密钥算法有DES（Data Encryption Standard）、AES（Advanced Encryption Standard）和IDEA（International Data Encryption Algorithm）等。
2.非对称密钥算法非对称密钥算法也称为公钥算法，使用不同的密钥进行加密和解密。
加密方使用公钥，解密方使用私钥。
加密过程中，将原始数据按照公钥规定的规则进行转换生成密文，解密过程中，使用私钥对密文进行逆向转换，得到原始数据。
非对称密钥算法的优点是密钥管理方便，安全性更高。
常见的非对称密钥算法有RSA（Rivest-Shamir-Adleman）、ECC（Elliptic Curve Cryptography）等。
二、数据加密方法在实际应用中，数据加密方法分为多种方式，根据具体需求选用不同的加密方法。
1.分组密码算法分组密码算法是对原始数据按照一定长度分组，然后分组加密。
最常见的分组密码算法是DES和AES。
DES使用64位密钥和64位明文分组，每次加密一个分组；AES使用128位密钥和128位明文分组，每次加密一个分组。
分组密码算法的优点是结构简单、加解密速度快，不足之处是密钥的安全性相对较低。
密码学SM2,SM3,SM4加密标准
课外实践五SM2、SM3及SM4加密标准一、概述1.SM2椭圆曲线公钥密码算法加密标准SM2算法就是ECC椭圆曲线密码机制，但在签名、密钥交换方面不同于ECDSA、ECDH等国际标准，而是采取了更为安全的机制。
SM2-1椭圆曲线数字签名算法，SM2-2椭圆曲线密钥交换协议，SM2-3椭圆曲线公钥加密算法，分别用于实现数字签名密钥协商和数据加密等功能。
SM2算法与RSA算法不同的是，SM2算法是基于椭圆曲线上点群离散对数难题，相对于RSA算法，256位的SM2密码强度已经比2048位的RSA密码强度要高。
椭圆曲线算法公钥密码所基于的曲线性质：椭圆曲线多倍点运算构成一个单向函数。
在多倍点运算中，已知多倍点与基点，求解倍数的问题称为椭圆曲线离散对数问题。
对于一般椭圆曲线的离散对数问题，目前只存在指数级计算复杂度的求解方法。
与大数分解问题及有限域上离散对数问题相比，椭圆曲线离散对数问题的求解难度要大得多。
因此，在相同安全程度要求下，椭圆曲线密码较其他公钥密码所需的秘钥规模要小得多。
2.SM3哈希算法加密标准SM3是一种密码散列函数标准。
密码散列函数是散列函数的一种。
它被认为是一种单向函数，也就是说极其难以由散列函数输出的结果，回推输入的数据是什么。
这种散列函数的输入数据，通常被称为消息，而它的输出结果，经常被称为消息摘要。
SM3适用于商用密码应用中的数字签名和验证消息认证码的生成与验证以及随机数的生成，可满足多种密码应用的安全需求。
为了保证杂凑算法的安全性，其产生的杂凑值的长度不应太短，例如MD5输出128比特杂凑值，输出长度太短，影响其安全性SHA-1算法的输出长度为160比特，SM3算法的输出长度为256比特，因此SM3算法的安全性要高于MD5算法和SHA-1算法。
一个理想的密码散列函数应该有这些特性：对于任何一个给定的消息，它都很容易就能运算出散列数值；难以由一个已知的散列数值，去推算出原始的消息；在不更动散列数值的前提下，修改消息内容是不可行的；对于两个不同的消息，它不能给与相同的散列数值。
数据加密算法详解
数据加密算法详解本篇分享的是如何在Android、Java以及Web端使⽤ RSA 与 AES 加密，希望对⼤家有所帮助。
正⽂数据传输加密在开发应⽤过程中，客户端与服务端经常需要进⾏数据传输，涉及到重要隐私信息时，开发者⾃然会想到对其进⾏加密，即使传输过程中被“有⼼⼈”截取，也不会将信息泄露。
对于加密算法，相信不少开发者也有所⽿闻，⽐如 MD5加密，Base64加密，DES加密，AES加密，RSA加密等等。
在这⾥我主要向⼤家介绍⼀下我在开发过程中使⽤到的加密算法，RSA加密算法+AES加密算法。
简单地介绍⼀下这两种算法吧。
RSA之所以叫 RSA算法，是因为算法的三位发明者RSA是⽬前最有影响⼒的公钥加密算法，它能够抵抗到⽬前为⽌已知的绝⼤多数密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准，主要的算法原理就不多加介绍，如果对此感兴趣的话，建议去百度⼀下RSA算法。
需要了解的是RSA算法属于⾮对称加密算法，⾮对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。
公开密钥与私有密钥是⼀对，如果⽤公开密钥对数据进⾏加密，只有⽤对应的私有密钥才能解密；如果⽤私有密钥对数据进⾏加密，那么只有⽤对应的公开密钥才能解密。
因为加密和解密使⽤的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作⾮对称加密算法。
简单的说是“公钥加密，私钥解密；私钥加密，公钥解密”。
AES⾼级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中⼜称Rijndael加密法，是美国联邦政府采⽤的⼀种区块加密标准。
这个标准⽤来替代原先的DES，已经被多⽅分析且⼴为全世界所使⽤。
经过五年的甄选流程，⾼级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11⽉26⽇发布于FIPS PUB 197，并在2002年5⽉26⽇成为有效的标准。
2006年，⾼级加密标准已然成为对称密钥加密中最流⾏的算法之⼀。
基于密码学的数据加密技术研究
基于密码学的数据加密技术研究随着信息技术的发展，数据安全问题日益突出。
在互联网时代，个人、机构以及国家之间的大量敏感数据的传输和保存成为相当重要的任务。
基于密码学的数据加密技术，作为一个解决方案的可能性备受关注。
本文将探讨有关数据加密技术的原理、应用以及存在的挑战。
一、数据加密技术的原理数据加密技术基于密码学，它主要通过一系列的数学算法来将原始数据转换为密文，从而实现数据的保密性。
主要的加密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用于加密和解密数据。
常见的对称加密算法有DES、AES和IDEA等。
其中AES算法是目前应用最广泛的对称加密算法，它具有较高的安全性和较快的加密速度。
非对称加密算法使用一对密钥，即公钥和私钥。
公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。
常见的非对称加密算法有RSA和椭圆曲线加密算法等。
这些算法的安全性主要基于数学难题，如质因数分解和离散对数问题等。
二、数据加密技术的应用数据加密技术在多个领域都有广泛的应用。
以下是其中几个典型的应用场景：1. 互联网通信安全：在网上支付、电子邮件通信和在线购物等场景中，数据加密技术可以确保数据在传输过程中不被窃取或篡改。
2. 数据存储安全：现代企业和组织通常拥有大量的敏感数据，如客户信息和商业机密。
采用适当的数据加密技术可以保护这些数据的安全性，即使在存储介质被盗或泄露的情况下也能确保数据不被读取。
3. 移动设备安全：随着智能手机和平板电脑的普及，人们在这些设备上储存和传输的数据也越来越多。
数据加密技术可以帮助保护这些设备上的个人信息和敏感数据。
4. 电子身份认证：数据加密技术在电子身份认证中起着重要作用。
通过数字签名等技术，可以确保数据的完整性和身份的真实性。
三、数据加密技术面临的挑战尽管数据加密技术在保护数据安全方面具有不可替代的作用，但也面临着一些挑战。
1. 算法安全性：随着计算机处理能力的提高，一些传统的加密算法可能变得不再安全。
第2章 信息加密技术
相关数据内容进行验证，达到保密的要求，一般包括口令、
密钥、身份、数据等项的鉴别，系统通过对比验证对象输 入的特征值是否符合预先设定的参数，实现对数据的安全 保护。
2017/6/25
计算机网络安全
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密钥管理
数据加密在许多场合集中表现为密钥的应用，以达到保密 的要求，因此密钥往往是保密与窃密的主要对象。密钥的 管理技术包括以下各环节上的保密措施： 密钥的产生 分配保存
I love you
J mpwf zpv
-为解密算法 1为解密密钥 解密过程
-1
名词解释：
明文(plaintext)：未被加密的消息。
密文(ciphertext)：被加密的消息。 密码算法：密码算法也叫密码(cipher),适用于加密和 解 密 的 数 学 函 数 .( 通 常 情 况 下 , 有 两 个 相 关 的 函 数： 一个用于加密,一个用于解密)。
公钥密码学是密码学一次伟大的革命
1976年,Diffie和Hellman 在“密码学新方向”一文中提出
使用两个密钥：公钥、私钥
公钥密码算法（public-key algorithm，也叫非对称算法）
公钥(证书) 认证中心 私钥(智能卡)
加密密钥
发方
解密密钥
收方
方案
明文
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&#
密文
计算机网络安全
&# 密文
方案 明文
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数据加密标准DES算法
DES概述 DES的原理 算法主要步骤 DES的安全性 DES的特点
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计算机网络安全
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Feistel密码结构：
2017/6/25
网络安全毕业设计题目
网络安全毕业设计题目网络安全毕业设计题目随着互联网的快速发展，网络安全问题日益突出。
为了保护个人隐私和企业信息的安全，网络安全已经成为当今社会亟需解决的重要问题。
因此，网络安全已经成为许多大学生选择毕业设计的热门题目之一。
本文将探讨一些网络安全毕业设计题目，帮助学生们开展相关研究。
一、网络攻击与防御网络攻击是网络安全领域的重要研究方向之一。
学生可以选择研究不同类型的网络攻击，如DDoS攻击、恶意软件、网络钓鱼等，并分析其原理和危害。
同时，学生可以设计并实施相应的防御机制，比如入侵检测系统、防火墙等，以提高网络的安全性。
二、密码学与数据加密密码学是网络安全的核心技术之一。
学生可以研究不同的加密算法，如对称加密算法、非对称加密算法等，并分析其安全性和效率。
此外，学生还可以设计并实现一个安全的数据传输系统，保护用户的隐私信息免受窃取。
三、网络安全意识教育网络安全意识教育是预防网络攻击的重要手段之一。
学生可以研究网络安全意识教育的有效性，并设计并实施相应的网络安全宣传活动。
通过提高用户的网络安全意识，可以有效减少网络攻击的发生。
四、物联网安全随着物联网的兴起，物联网安全问题也日益突出。
学生可以选择研究物联网中的安全问题，并设计并实施相应的安全机制，以保护物联网设备和用户的隐私信息。
五、网络隐私保护网络隐私保护是网络安全的重要组成部分。
学生可以研究不同的隐私保护技术，如匿名化技术、数据脱敏技术等，并分析其优缺点。
同时，学生还可以设计并实现一个隐私保护系统，保护用户的隐私信息免受泄露。
六、网络安全风险评估网络安全风险评估是网络安全管理的重要环节。
学生可以研究不同的风险评估方法，如定性评估、定量评估等，并分析其适用性和准确性。
此外，学生还可以设计并实施一个网络安全风险评估系统，帮助企业及时发现和解决潜在的安全风险。
总结：网络安全毕业设计题目有很多选择，学生可以根据自己的兴趣和专业背景选择适合自己的题目。
无论选择哪个题目，都需要充分了解相关理论和技术，并进行实际的实验和测试。
数学与网络安全密码学和数据加密的数学原理
数学与网络安全密码学和数据加密的数学原理密码学是研究如何保护通信内容和信息安全的科学，而数据加密则是密码学中的重要技术手段之一。
数学在密码学和数据加密中起着至关重要的作用，它为我们提供了强大的数学原理和工具，用于设计和分析安全的密码系统。
本文将介绍数学在网络安全密码学和数据加密中的几个关键原理。
一、模运算与同余模运算是密码学和数据加密中最基本的数学运算之一。
在模运算中，我们通常选择一个模数，将运算结果限定在[0,模数-1]的范围内。
模运算的一个重要性质是同余关系。
对于给定的模数m，两个整数a和b满足a≡b（mod m），当且仅当它们与模数m做模运算后的结果相等。
同余关系广泛用于密码学中的很多算法和协议，例如RSA加密算法和Diffie-Hellman密钥交换。
通过利用同余关系，我们可以设计出一系列安全的加密算法和密钥交换协议，实现安全的通信和数据存储。
二、素数与大数分解素数在密码学和数据加密中也有着重要的地位。
一个数被称为素数，是指其只有1和自身两个因数的正整数。
素数的分布规律一直是数学研究的重要课题之一。
在密码学中，大数分解是一种常用的安全策略。
大数分解问题是指将一个大的合数分解成素因数的问题。
当前的加密算法中，如RSA算法和椭圆曲线密码算法，都是基于大数分解问题的困难性来保证其安全性。
三、离散对数问题离散对数问题是密码学中的另一个重要数学原理。
对于给定的有限群G，离散对数问题是求解给定元素g和y，找出满足yg ≡ x(mod p)的整数g的问题。
离散对数问题的困难性是很多密码体制的基础，例如Diffie-Hellman密钥交换和椭圆曲线密码系统。
离散对数问题的困难性使得在已知公钥的情况下，攻击者很难推导出私钥。
这种数学原理保证了现代密码体制的安全性，为网络通信和数据存储提供了可靠的保障。
四、信息论与熵信息论是密码学中的基本理论之一，它为我们提供了衡量消息的不确定性的概念。
熵是信息论中用于度量信息不确定性的基本概念，表示一个随机变量的不确定性程度。
计算机安全-密码学(2)
注意：M必须比N小
为什么RSA 可以加解密
因为 Euler 定理的一个推论: Mkø(n)＋1 = M mod N RSA 中: N=p.q ø(N)=(p-1)(q-1) 选择 e & d 使得ed＝1 mod ø(N) 因此 存在k使得e.d=1+k.ø(N) 因此 Cd = (Me)d = M1+k.ø(N) = M mod N
RSA 算法 由Rivest、Shamir和Adleman于 1978年提出。该算法的数学基础 是初等数论中的Euler（欧拉)定 理，并建立在大整数因子的困难 性之上。
公开密钥算法
2 RSA算法简介
1978年，美国麻省理工学院(MIT)的研究小组成员： 李 维 斯 特 (Rivest) 、 沙 米 尔 (Shamir) 、 艾 德 曼 (Adleman)提出了一种基于公钥密码体制的优秀加密 算法——RSA算法。 RSA算法是一种分组密码体制算 法，它的保密强度是建立在具有大素数因子的合数， 其因子分解是困难的。 RSA得到了世界上的最广泛的应用，ISO在1992年颁 布的国际标准X.509中,将RSA算法正式纳入国际标准。 1999年美国参议院已通过了立法，规定电子数字签 名与手写签名的文件、邮件在美国具有同等的法律效 力。
算法
加密/解密
数字签名
密钥交换
RSA
Diffie-Hellman DSA
Y
N N
Y
N Y
Y
Y N
对公钥密码算法的误解
公开密钥算法比对称密钥密码算法更安全？
任何一种算法都依赖于密钥长度、破译密码的工作 量，从抗分析角度，没有一方更优越
公开密钥算法使对称密钥成为过时了的技术？
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
2第二讲 数据加密概述
序列密码每次加密一位或一字节的明文。
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4. 密码体制分类
确定型密码体制和概率密码体制
确定型：当明文和密钥确定后，密文也就唯一地确定了。多数 密码算法属于这一类 概率型：当明文和密钥确定后，密文通过客观随机因素从一个 密文集合中产生，密文形式不确定，称为概率型密码体制。
Dk E k 1 且E k Dk 1
4
1、基本概念
数据加密系统中诸元素的关系
加密密钥Ke 明文P 加密算法E
破坏 传输信道
解密密钥Kd 解密算法D 明文P
窃听
主动攻击 篡改、干扰、假冒
被动攻击 密码分析
分析结果P’
关于算法、消息、密钥、 密码系统及其他先验信息
5
3. 加密的基本原理
4. 密码体制分类
公钥体制特点：
加密和解密能力分开，可实现多个用户加密的信息 只能由一个用户解读（多对一），或者一个用户加密 的信息可以由多个用户解读（一对多）。 前者可以用于公共网络中实现保密通信，后者可用 于认证系统中对信息进行数字签名。由于该体制大大 减少了多用户之间通信所需的密钥数，方便了密钥管 理，这种体制特别适合多用户通信网络。
1234 f 2413
根据给定的置换，按第2列， 第4列，第1列，第3列的次序排 列 ， 就 得 到 密 文 ： NIEGERNENIG 在这个加密方案中，密钥就 是矩阵的行数m和列数n，即m*n ＝3*4，以及给定的置换矩阵。 也就是： k=（m*n，f）
1 2 3 4 E N G I
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6、加密的应用
加密算法的选择 公开发表的加密算法、政府指定的加密算法、著 名厂家产品、专家推荐的加密算法 通信信道的加密 • 低层链路加密－点到点加密 • 高层连接加密－端到端加密
什么是密码学如何在电脑上实现数据加密
什么是密码学如何在电脑上实现数据加密密码学是一门关于信息安全的学科，它涉及到用密码和密钥来保护敏感数据免受未经授权的访问和使用。
在今天数字时代，保护计算机上的私人数据已经成为了一项重要任务。
本文将介绍密码学及其在电脑上实现数据加密的方式。
一、加密算法密码学的主要目的是保密，确保信息在传输过程中即便被第三方获取到也不会被读取和识别。
为了实现这一点，加密算法被发明出来。
加密算法是一种数学函数，它将明文（未加密的数据）转换为密文（加密后的数据）。
只有使用该算法的密钥才能将密文转换回原始数据。
对于不知道密钥的人来说，密文就是没有意义的乱码。
常见的加密算法有对称密钥加密算法和非对称密钥加密算法。
对称密钥加密算法是指使用相同的密钥对数据进行加密和解密。
基于这种方式的加密算法有DES、3DES和AES等，其中AES因为其高安全性和高效率已成为主流。
非对称密钥加密算法是指使用不同的密钥对数据进行加密和解密。
基于这种方式的加密算法有RSA和ECC等，应用较为广泛。
除了加密算法，密码学还包括许多其他的技术，如消息认证码、数字签名和哈希函数等。
这些技术可以帮助确保数据的完整性和真实性。
二、实现数据加密在电脑上实现数据加密通常包括三个步骤：密钥生成、加密和解密。
1. 密钥生成密钥是加密算法的核心。
对称加密算法需要一个秘密密钥，非对称加密算法需要一个公钥和一个私钥。
生成密钥的方法因加密算法而异，但通常需要生成伪随机数或应用特定算法生成数值对。
这些密钥通常会存储在密钥管理系统中，以确保它们不会丢失或泄露。
2. 加密加密是指使用密钥对明文进行转换以生成密文。
加密过程通过应用密钥来改变数据的位模式、数学关系和其他属性，使得敏感数据在传输过程中得到保护。
加密算法通常是公开的，但密钥是秘密的。
加密后的数据只有使用相应的密钥才能解密。
在计算机上，常用的加密方式有基于文件的加密、基于磁盘的加密和基于文件夹的加密。
3. 解密解密是指使用密钥将密文转换回明文的过程。
数据加密算法--详解DES加密算法原理与实现
数据加密算法--详解DES加密算法原理与实现DES算法简介DES(Data Encryption Standard)是⽬前最为流⾏的加密算法之⼀。
DES是对称的，也就是说它使⽤同⼀个密钥来加密和解密数据。
DES还是⼀种分组加密算法，该算法每次处理固定长度的数据段，称之为分组。
DES分组的⼤⼩是64位，如果加密的数据长度不是64位的倍数，可以按照某种具体的规则来填充位。
从本质上来说，DES的安全性依赖于虚假表象，从密码学的术语来讲就是依赖于“混乱和扩散”的原则。
混乱的⽬的是为隐藏任何明⽂同密⽂、或者密钥之间的关系，⽽扩散的⽬的是使明⽂中的有效位和密钥⼀起组成尽可能多的密⽂。
两者结合到⼀起就使得安全性变得相对较⾼。
DES算法具体通过对明⽂进⾏⼀系列的排列和替换操作来将其加密。
过程的关键就是从给定的初始密钥中得到16个⼦密钥的函数。
要加密⼀组明⽂，每个⼦密钥按照顺序（1-16）以⼀系列的位操作施加于数据上，每个⼦密钥⼀次，⼀共重复16次。
每⼀次迭代称之为⼀轮。
要对密⽂进⾏解密可以采⽤同样的步骤，只是⼦密钥是按照逆向的顺序（16-1）对密⽂进⾏处理。
计算16个⼦密钥上⾯提到DES算法的第⼀步就是从初始密钥中计算得出16个⼦密钥。
图⽰1展⽰了这个过程。
DES使⽤⼀个56位的初始密钥，但是这⾥提供的是⼀个64位的值，这是因为在硬件实现中每8位可以⽤于奇偶校验，在软件实现中多出的位只是简单的忽略掉。
要获得⼀个56位的密钥，可以执照表1的⽅式执⾏密钥转换。
解释⼀下表1，按照从左往右从上往下的⽅式看，表格中每个位置P包含初始密钥中位在转换后的密钥中所占的位置。
⽐如，初始密钥中的第57位就是转换后的密钥中的第1位，⽽初始密钥中的第49位则变成转换后的密钥中的第2位，以此类推...。
（数据位的计数顺序按照从左到右从1开始的）表1：DES中密钥的转换表（DesTransform[56]）将密钥转换为56位后，接下来计算⼦密钥。
数据加密的原理及应用
数据加密的原理及应用1. 概述数据加密是一种常见的安全保护方法，通过将原始数据转换为加密形式，从而防止未经授权的访问者获得敏感信息。
本文将介绍数据加密的原理和应用，并探讨其在现代通信、网络安全和数据保护等领域的重要性。
2. 数据加密的原理数据加密的原理基于密码学的相关理论，主要通过使用密码算法和密钥来将数据转化为密文。
以下是常见的数据加密原理：2.1 对称加密对称加密算法使用相同的密钥对明文和密文进行加密和解密。
常见的对称加密算法包括DES、AES和IDEA等。
对称加密的优点是加密解密速度快，但安全性依赖于密钥的保密性。
2.2 非对称加密非对称加密算法使用一对密钥，即公钥和私钥。
公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。
常见的非对称加密算法包括RSA和ECC等。
非对称加密的优点是密钥的分配和管理更方便，但加密解密速度相对较慢。
2.3 哈希加密哈希加密算法将数据通过哈希函数转换为固定长度的密文，不可逆转。
常见的哈希加密算法包括MD5和SHA等。
哈希加密广泛应用于数据完整性验证和密码存储等场景。
3. 数据加密的应用数据加密在许多领域中都有广泛的应用，下面将介绍其中的几个重要应用场景：3.1 通信加密在现代通信中，数据加密是保护通信内容和隐私的重要方法。
通过使用加密算法和密钥，可以保证通信数据在传输过程中不会被窃取或篡改。
加密协议如TLS/SSL在互联网上广泛应用，保护了在线银行、电子商务和社交网络等应用的安全。
3.2 网络安全数据加密在网络安全中起到关键作用。
例如，加密协议可用于保护客户端与服务器之间的通信，防止黑客窃听和中间人攻击。
此外，加密技术也可用于保护存储在数据库中的敏感信息，减少数据泄漏的风险。
3.3 数据保护数据加密在数据保护和隐私保护方面也具有重要作用。
通过对存储在移动设备中的数据进行加密，可以防止设备丢失或被盗后数据的泄露。
此外，加密技术也可用于保护云存储中的数据，确保只有授权用户可以访问数据。
密码学基础
密钥空间
232 = 4.3 x 109 256 = 7.2 x 1016 2128 = 3.4 x 1038 2168 = 3.7 x 1050
以1µ s加密106 次 的速率需要的时间
2.15 毫秒 10 小时 5.4 x 1018 年 5.9 x 1030 年
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攻击的复杂性
攻击的复杂性，可以采用以下不同的方式来 衡量：
数据复杂性：所需数据量；
时间复杂性：所需的时间； 空间复杂性：所需的存储空间。
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算法的破译程度
算法的破译程度按照严格递减的顺序排列为：
完全破译：找到了密钥K。
完全演绎：找到了等效算法。 局部演绎：找到了截获密文的对应明文。 信息推导：得到有关密钥和明文的信息。
密码学基本概念
• 密码学(Cryptology): 是研究信息系统秘密通信 和破译密码的方法的一门科学. 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,恢复被隐藏的信息的本来 面目. 密码系统包含明文字母空间、密文字母空间、密 钥空间和算法，两个基本单元是算法和密钥。
替换 (Substitution)，明文中的每个元素 (比特、字母、一组比特或者一组字母) 都 被映射到另外一个元素。 变换、移项(Transposition)，明文中每个 元素都被 再排列。
信息安全保密性的衡量
信息安全保密性的高低是通过破解它的难易 程度来衡量的。
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保密算法的安全
算法的安全依赖于破译该算法的困难程度 （费用、时间、数据量）。
密码算法分类-i
• 按照保密的内容分: 受限制的算法:算法的保密性基于保持算法的秘密。
密码学实验-实验2 DES和AES
密码学原理与实践实验报告一、实验目的①了解AES加密解密算法原理②了解DES加密解密算法原理二、实验内容与设计思想1.DES加密流程2.对于每个64位长度的明文分组的加密过程：①初始置换：输入分组按照初始置换表重排次序，进行初始置换。
②16轮循环：DES对经过初始置换的64位明文进行16轮类似的子加密过程.③终结置换：按照终结置换表进行终结置换，64位输出就是密文。
3.子密钥产生过程4.AES加密流程对于任意长度的明文，AES首先对其进行分组，每组的长度为128位。
分组之后将分别对每个128位的明文分组进行加密。
对于每个128位长度的明文分组的加密过程如下：（1）将128位AES明文分组放入状态矩阵中。
（2）AddRoundKey变换：对状态矩阵进行AddRoundKey变换，与膨胀后的密钥进行异或操作（密钥膨胀将在实验原理七中详细讨论）。
（3）10轮循环：AES对状态矩阵进行了10轮类似的子加密过程。
前9轮子加密过程中，每一轮子加密过程包括4种不同的变换，而最后一轮只有3种变换，前9轮的子加密步骤如下：●SubBytes变换：SubBytes变换是一个对状态矩阵非线性的变换；●ShiftRows变换：ShiftRows变换对状态矩阵的行进行循环移位；●MixColumns变换：MixColumns变换对状态矩阵的列进行变换；●AddRoundKey变换：AddRoundKey变换对状态矩阵和膨胀后的密钥进行异或操作。
最后一轮的子加密步骤如下：●SubBytes变换：SubBytes变换是一个对状态矩阵非线性的变换；●ShiftRows变换：ShiftRows变换对状态矩阵的行进行循环移位；●AddRoundKey变换：AddRoundKey变换对状态矩阵和膨胀后的密钥进行异或操作；5.AES解密过程AES的加密和解密过程并不相同，首先密文按128位分组，分组方法和加密时的分组方法相同，然后进行轮变换。
密码学的相关算法
密码学的相关算法密码学是研究和设计密码系统的学科，包括了密码算法、密钥管理、密码协议等内容。
下面是几种常见的密码学算法：1. 对称加密算法：- DES（Data Encryption Standard）：是一种对称加密算法，使用56位密钥，已经被AES取代。
- AES（Advanced Encryption Standard）：是一种对称加密算法，使用128、192或256位密钥，广泛应用于保护数据的机密性。
- 3DES（Triple Data Encryption Standard）：是DES的一个变种，使用3个56位密钥，提供更高的安全性。
2. 非对称加密算法：- RSA：是一种非对称加密算法，使用公钥和私钥进行加密和解密，广泛用于数字签名、密钥交换等领域。
- ECC（Elliptic Curve Cryptography）：是使用椭圆曲线上的点来进行加密和解密的非对称加密算法，相比RSA，具有更短的密钥长度和更高的安全性。
3. 哈希函数：- MD5（Message Digest Algorithm 5）：产生128位哈希值，但在安全性上已经被SHA-1所取代。
- SHA-1（Secure Hash Algorithm 1）：产生160位哈希值，已经被证实存在安全性问题，逐渐被更安全的SHA-2算法所取代。
- SHA-2（Secure Hash Algorithm 2）：包括SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512等变种。
4. 密钥交换协议：- Diffie-Hellman：一种密钥交换协议，允许双方在不事先共享密钥的情况下建立共享秘密。
- RSA加密：利用RSA算法中的公钥进行加密，然后使用私钥进行解密，实现密钥交换。
5. 数字签名算法：- RSA数字签名：利用RSA算法中的私钥进行签名，然后使用公钥进行验证签名的真实性。
这只是密码学算法中的一小部分，还有很多其他的常见算法和协议，如椭圆曲线密钥交换、ElGamal加密、Blowfish加密等等。
计算机网络通信安全中的数据加密技术
计算机网络通信安全中的数据加密技术计算机网络通信安全是保障信息传输安全的重要技术手段，而数据加密技术是其中至关重要的一环。
数据加密技术能够有效地保护信息免受未经授权的访问，确保数据的安全性、完整性和保密性。
随着计算机网络通信的不断发展和普及，数据加密技术也在不断迭代和进步，以适应不断变化的威胁和需求。
本文将围绕计算机网络通信安全中的数据加密技术展开介绍和讨论。
一、数据加密技术的基础概念数据加密技术是指将原始数据通过某种算法进行转换，产生一段密文，使得未经授权的用户无法直接获取原始数据内容。
这里涉及到两个关键概念，即加密算法和密钥。
加密算法是实现数据转换的数学运算方法，而密钥则是在加密和解密过程中使用的参数。
加密技术主要分为对称加密和非对称加密两大类，其中对称加密使用相同的密钥进行加密和解密，而非对称加密则使用公钥和私钥进行加密和解密操作。
在实际应用中，数据加密技术可以应用到多个领域，包括数据存储、数据传输、身份验证等方面。
为了保证数据的安全性和可靠性，加密技术也需要考虑不同的攻击手段和安全问题，如密码分析、中间人攻击等。
二、数据加密技术在网络通信中的应用1. 数据传输加密在网络通信中，数据的传输是最容易受到攻击的环节之一。
为了保护数据的安全性，很多网络通信协议都采用了数据加密技术。
SSL/TLS协议可以通过在通信双方之间建立安全通道，并使用非对称加密算法进行数据传输加密，从而确保通信过程中的数据安全性和机密性。
VPN（虚拟私人网络）也是一种常见的网络通信加密技术，通过在网络层对通信数据进行加密和隧道传输，实现远程访问安全和数据保护。
2. 数据存储加密对于重要的数据存储环境，加密也是必不可少的技术手段。
在云存储、数据库和文件系统中，数据加密可以有效地防止未经授权的访问和数据泄露。
通过对数据进行加密，即使数据存储介质被非法获取，攻击者也无法直接获取明文信息，从而保障数据的安全性。
对于移动设备和移动存储介质，数据加密也可以有效地保护数据免受物理失窃和丢失的威胁。
数据加密方法简介(九)
数据加密方法简介在当今充斥着各种网络安全威胁的时代，数据安全保护的重要性愈发凸显。
数据加密是一种重要的技术手段，它通过将敏感数据转化为密文，使得未经授权的人无法读取和理解原始数据内容。
本文将介绍几种常见的数据加密方法，它们在不同领域有着广泛的应用。
对称加密算法是最为经典和常用的加密方法之一。
它通过使用相同的密钥来进行加密和解密操作。
加密方在发送数据前使用密钥将明文转换为密文，而接收方则使用相同的密钥来解密密文并恢复原始数据。
这种算法的优点是速度快，加密解密效率高。
然而，由于密钥需要在发送方和接收方之间共享，因此密钥的保密性变得尤为关键。
与对称加密算法相对应的是非对称加密算法。
非对称加密算法使用一对密钥，分别称为公钥和私钥。
公钥用于加密数据，而私钥则用于解密。
由于公钥是公开的，任何人都可以获得和使用它，因此非对称加密算法可以更好地实现数据的加密和解密操作。
然而，与对称加密算法相比，非对称加密算法的计算复杂度较高，加密解密速度相对较慢。
因此，在一些对速度要求较高的场景中，对称加密算法更为常见。
在保护数据安全的同时，数字签名技术也扮演着举足轻重的角色。
数字签名是一种用于验证数据完整性和身份认证的技术。
它基于公钥密码学原理，使用私钥对数据进行加密生成签名，而公钥则用于验证签名的合法性。
这种方式可以保证数据在传输过程中不被篡改，并确保数据发送方的真实性。
数字签名技术被广泛应用于电子商务、在线金融等领域，为数据交互提供了可靠的安全性保障。
除了对称加密算法和非对称加密算法，还有一种称为哈希算法的加密方式。
哈希算法将不同长度的数据转化为固定长度的哈希值，通过这个哈希值来唯一标识原始数据。
哈希算法具有强大的防篡改性能，即使对原始数据做微小的改动，生成的哈希值也会发生巨大的变化。
基于这个特性，哈希算法广泛应用于密码存储、数据完整性校验等方面。
事实上，安全的数据加密往往是通过多种加密方法的组合来实现的。
例如，对称加密算法常常用于加密数据的传输，而非对称加密算法则用于安全地交换对称加密算法所需的密钥。
数学在安全领域的关键作用
数学在安全领域的关键作用数学作为一门学科，对于各个领域的发展都起着重要的作用。
在安全领域中，数学更是发挥了关键的作用。
本文将探讨数学在安全领域中的关键作用，并从密码学、数据加密、防火墙、风险评估等方面进行论述。
一、密码学密码学作为数学的一个分支，是安全领域中不可或缺的一部分。
它通过运用数学原理和方法来保护信息的隐私和完整性。
在互联网的快速发展背景下，保护信息安全变得尤为重要。
1. 对称加密算法在对称加密算法中，发送者和接收者使用相同的密钥进行加密和解密。
常见的对称加密算法有DES、AES等。
这些算法涉及到数学中的置换、代换和混淆等概念，确保了信息的安全传输。
2. 非对称加密算法非对称加密算法中，发送者和接收者使用不同的密钥进行加密和解密。
其中最著名的就是RSA算法。
RSA算法基于数学中的大数分解问题，使得加密过程更为安全可靠。
二、数据加密在现代社会中，大量的数据需要进行存储和传输，而这些数据往往包含着重要的信息。
数据加密就是通过运用数学方法，将原始数据转化为不可读的密文，确保数据的机密性和完整性。
1. 哈希算法哈希算法是一种数据加密算法，它将任意长度的输入数据通过哈希函数转化为固定长度的密文。
常见的哈希算法有MD5、SHA等。
哈希算法的关键在于将输入数据经过哈希函数计算后得到的结果，不可逆地映射成固定长度的输出。
2. 数字签名数字签名使用非对称加密算法和哈希算法相结合，用于验证数据的来源和完整性。
发送方使用私钥对数据进行加密，并将加密结果连同原始数据一起发送给接收方。
接收方使用发送方的公钥进行解密，并使用哈希算法对解密结果和原始数据进行比对，以验证数据的完整性。
三、防火墙防火墙是保护计算机网络安全的重要措施，能够阻止非法访问和恶意攻击。
数学在防火墙的设计和实施中起着重要的作用。
1. 访问控制列表访问控制列表（ACL）是防火墙中常用的一种技术手段，用于控制网络流量的进出。
ACL基于数学中的逻辑运算和条件判断，通过对网络数据包的源IP地址、目的IP地址、端口号等进行匹配和过滤，实现对网络流量的精确控制。
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算法分类
• 经典密码
代替密码: 简单代替多名或同音代替多表代替多字母或多 码代替 换位密码:
•对称加密算法
DES AES
•非对称公钥算法
RSA 背包密码 McEliece密码 Rabin 椭圆曲线 EIGamal D_H
算法历史
算法历史
若将字母编号a-z对应为1-26 则 恺撒变换：c=m+kmod26 更一般 仿射变换：c=k1m+k2 mod 26 k1=1为凯撒变换
数据加密标准
DES是一种对二元数据进行加密的算法数据 分组长度为64位密文分组长度也是64位使用的 密钥为64位有效密钥长度为56位有8位用于奇 偶校验解密时的过程和加密时相似但密钥的顺 序正好相反DES的整个体制是公开的系统的安 全性完全靠密钥的保密。 DES算法的过程是：在一个初始置换IP后明 文组被分成右半部分和左半部分每部分32位以 L0和R0表示然后是16轮迭代的乘积变换称为函 数f将数据和密钥结合起来16轮之后左右两部分 再连接起来经过一个初始逆置换IP-1 算法结束。 初始置换与初始逆置换在密码意义上作 用不大他们的作用在于打乱原来输入x的ASCII 码字划分关系并将原来明文的校验位变成置换 输出的一个字节。
RC5
IDEA
IDEA是International Data Encryption Algorithm 的缩写，是1990年由瑞士联邦技术 学院来学嘉i 和Massey提出的建议标准算 法，称作PES Proposed Encryption Standard。 Lai 和Massey 在1992 年进行了改进强化了抗差 分分析的能力，改称为IDEA ，它也是对64bit 大小的数据块加密的分组加密算法，密钥长度 为128位。它基于“相异代数群上的混合运算” 设计思想，算法用硬件和软件实现都很容易， 它比DES在实现上快得多
密码体制
通常一个完整密码体制要包括如下五个要素 M,C,K,E,D
1 M是可能明文的有限集称为明文空间 2 C是可能密文的有限集称为密文空间 3 K是一切可能密钥构成的有限集称为密钥空间 4 对于密钥空间的任一密钥有一个加密算法和相应的解密算法使得 ek:M->C 和dk:C->M分别为加密解密函数满足dk(ek(x))=x, 这里x属 于M
多表代替密码
单字母出现频率分布与密文中相同多表代替密码使用 从明文字母到密文字母的多个映射来隐藏单字母出现 的频率分布每个映射是简单代替密码中的一对一映射 维吉尼亚（Vigenere） 密码和博福特（Beaufort） 密码 均是多表代替密码的例子多表代替密码有多个单字母 密钥每一个密钥被用来加密一个明文字母第一个密钥 加密明文的第一个字母第二个密钥加密明文的第二个 字母等所有密钥使用完后密钥又再循环使用维吉尼亚 Vigenere 密码算法如下 设密钥明文加密变换 （5） ek(m)=c1c2…cn 其中：Ci=mi+ki mod 26 密钥k可以通过周期性地延长反复进行以至无穷
三重DES DES
这种方式里，使用三或两个不同的密钥对数据块进行三 次或两次加密加密一次要比进行普通加密的三次要快。三重 DES的强度大约和112-bit的密钥强度相当三重DES有四种模 型： （a） DES-EEE3 使用三个不同密钥顺序进行三次加密变换 (b)DES-EDE3 使用三个不同密钥依次进行加密-解密-加密变 换 (c)DES-EEE2 其中密钥K1=K3 顺序进行三次加密变换 (d)DES-EDE2 其中密钥K1=K3 依次进行加密-解密-加密变换 到目前为止，还没有人给出攻击三重DES的有效方法。 对其密钥空间中密钥进行蛮干搜索，那么由于空间太大，这 实际上是不可行的若用差分攻击的方法相对于单一DES来说 复杂性以指数形式增长要超过1052。
AES算法 6 AES
密码分析
• 唯密问攻击：仅有密文 • 已知明文攻击：知道密文和对应明文 • 选择明文攻击：知道密文和对应明文， 并可选择 • 选择密文攻击： • 选择文本攻击：
破译时间
加密位置
• 点对点 • 链路加密 链路加密 • 节点加密
多名或同音代替密码
与简单代替密码类似只是映射是一对 多的每个明文字母可以加密成多个密文 字母同音代替密码比简单代替密码难破 译得多尤其是当对字母的赋值个数与字 母出现频率成比例时这是因为密文符号 的相关分布会近似于平的可以挫败频率 分析然而若明文字母的其它统计信息在 密文中仍很明显时那么同音代替密码仍 然是可破译的
多字母或多码代替密码 不同于前面介绍的代替密码都是每次加密 一个明文字母多字母代替密码将明文字符划分 为长度相同的消息单元称为明文组对字符块成 组进行代替这样一来使密码分析更加困难多字 母代替的优点是容易将字母的自然频度隐蔽或 均匀化从而有利于抗击统计分析Playfair密码 Hill密码都是这一类型的密码 换位密码 在换位密码中明文的字母保持相同但顺序 被打乱了由于密文字符与明文字符相同密文中 字母的出现频率与明文中字母的出现频率相同 密码分析者可以很容易地由此进行判别虽然许 多现代密码也使用换位但由于它对存储要求很 大有时还要求消息为某个特定的长度因而比较 少 数据加密算法
向金海
华中农业大学理学院计算机系 tel:87282492(o) e-mail:jimmy_xiang@
数据加密
• • • • • 密码是一组含有参数的变换 明文（plaintext) 作为加密输入的原始信息 加密算法变换函数 密文(ciphertext):明文变换结果 密钥key:参与变换的参数
一个密码体制要是实际可用的必须满足如下特性
1 每一个加密函数ek和每一个解密函数dk都能有效地计算 2 破译者取得密文后将不能在有效的时间内破解出密钥k或明文x 3 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即密钥 空间非常大
密码算法分类
按发展进程分密码的发展经历了古典密码对称 密钥密码公开密钥密码的发展阶段古典密码是基于 字符替换的密码现在已很少使用了但是它代表了密 码的起源现在仍在使用的则是对位进行变换的密码 算法这些算法按密钥管理的方式可以分为两大类即 对称算法与公开密钥算法对称算法的加密密钥和解 密密钥相同这些算法也叫作秘密密钥算法或单密钥 算法 按加密模式分对称算法又可分为序列密码和分 组密码两大类序列密码每次加密一位或一字节的明 文也可以称为流密码序列密码是手工和机械密码时 代的主流分组密码将明文分成固定长度的组用同一 密钥和算法对每一块加密输出也是固定长度的密文
4子密钥的生成过程
密码分组操作模式
ECB CBC CFB
其它分组加密算法
这里主要考察较为流行的最重要的几个对称 密钥的分组密码算法这些算法都是自DES公布 之后人们了解DES的弱点越来越深入的情况下 给出的给出的方式有两种一种是对DES进行复 合强化它的抗攻击能力另一种是开辟新的方法 即象DES那样加解密速度快又具有抗差分攻击 和其他方式攻击的能力这些算法有三重DES、 IDEA 、RC5、 RC6、 Blowfish 、CAST 、RC2。