密码学-对称密码(3)
密码学课后习题答案
密码学课后习题答案密码学课后习题答案密码学是一门研究如何保护信息安全的学科，它涉及到加密、解密、认证、数字签名等方面。
在密码学的学习中，习题是非常重要的一部分，通过解答习题可以加深对密码学知识的理解和应用。
本文将针对密码学课后习题提供一些答案和解析，帮助读者更好地掌握密码学的基本概念和技术。
1. 对称加密和非对称加密的区别是什么？对称加密和非对称加密是密码学中两种常见的加密方式。
它们的区别主要体现在加密和解密所使用的密钥的不同。
对称加密使用同一个密钥进行加密和解密。
也就是说，发送方和接收方使用相同的密钥来加密和解密信息。
这种方式加密速度快，适合对大量数据进行加密，但密钥的安全性较低。
非对称加密使用一对密钥，分别为公钥和私钥。
发送方使用接收方的公钥进行加密，而接收方使用自己的私钥进行解密。
这种方式加密速度较慢，但密钥的安全性较高，适合保护重要信息的传输。
2. 什么是数字签名？如何实现数字签名？数字签名是一种用于验证信息真实性和完整性的技术。
它通过使用私钥对信息进行加密，生成一个数字签名，然后使用公钥对数字签名进行解密和验证。
实现数字签名的过程如下：1) 发送方使用哈希函数对原始信息进行摘要，生成一个固定长度的摘要值。
2) 发送方使用自己的私钥对摘要值进行加密，生成数字签名。
3) 发送方将原始信息和数字签名一起发送给接收方。
4) 接收方使用发送方的公钥对数字签名进行解密，得到摘要值。
5) 接收方使用相同的哈希函数对接收到的原始信息进行摘要，生成另一个摘要值。
6) 接收方比较两个摘要值是否相同，如果相同，则说明信息的真实性和完整性得到了验证。
3. 什么是密钥交换协议？举例说明一个常见的密钥交换协议。
密钥交换协议是一种用于在通信双方安全地交换密钥的协议。
它可以确保密钥在传输过程中不被窃取或篡改，从而保证通信的机密性和完整性。
一个常见的密钥交换协议是Diffie-Hellman密钥交换协议。
它的过程如下：1) 发送方选择一个素数p和一个原根g，并将它们公开。
现代密码的主要分类
现代密码的主要分类密码是信息安全领域中最基本的保护手段之一。
在现代密码学中，密码被分为多个分类，每种分类都具有不同的特点和应用场景。
下面将介绍现代密码的主要分类。
1. 对称密码对称密码也被称为私钥密码，是最常见的密码类型之一。
在对称密码中，加密和解密使用相同的密钥。
这意味着发送方和接收方需要共享同一个密钥，才能进行加密和解密操作。
对称密码的优势在于加密解密速度快，但其密钥管理与分发会带来一定的安全风险。
常见的对称密码算法有DES、AES和3DES等。
2. 公钥密码公钥密码也被称为非对称密码，是另一种常见的密码类型。
在公钥密码系统中，加密和解密使用不同的密钥。
发送方使用接收方的公钥进行加密，而接收方使用自己的私钥进行解密。
公钥密码的优势在于密钥管理方便，不需要事先共享密钥。
常见的公钥密码算法有RSA、ElGamal和ECC等。
3. 哈希算法哈希算法是一种将任意长度的数据转换为固定长度摘要的密码技术。
它常被用于验证数据的完整性和一致性。
哈希算法的特点是不可逆，即无法通过摘要反推原始数据。
常见的哈希算法有MD5、SHA-1和SHA-256等。
4. 消息认证码（MAC）消息认证码是一种基于密钥的密码操作，用于验证消息的完整性和来源。
它通过对消息进行加密和生成消息验证码来实现身份验证和防篡改功能。
常见的消息认证码算法有HMAC和CMAC等。
5. 数字签名数字签名是一种通过非对称密码算法，为文档或数据附加一个唯一的标记来验证发送方身份和消息完整性的技术。
数字签名可以防止篡改和抵赖，并且不需要发送方和接收方共享密钥。
常见的数字签名算法有RSA和DSA等。
6. 流加密和分组加密流加密和分组加密是对称密码算法的两种不同方式。
在流加密中，数据按位或按字节加密。
流加密的特点在于加密和解密速度快，适用于实时数据传输。
而分组加密将数据分成固定长度的块进行加密处理。
常见的分组加密算法有DES和AES 等。
7. 转身密码置换密码是一种基于置换的加密技术，通过改变数据中的位置或次序来加密数据。
网络安全02 - 密码学简介 -- 对称密码
网络安全密码学简介密码学发展历史 古典密码近代密码现代密码古典密码起始时间：从古代到19世纪末，长达几千年密码体制：纸、笔或者简单器械实现的简单替代及换位通信手段：信使例子：行帮暗语、隐写术、黑帮行话近代密码起始时间：从20世纪初到20世纪50年代，即一战及二战时期密码体制：手工或电动机械实现的复杂的替代及换位通信手段：电报通信现代密码起始时间：从20世纪50年代至今密码体制：分组密码、序列密码以及公开密钥密码，有坚实的数学理论基础。
通信手段：无线通信、有线通信、计算网络等现代密码学的重要事件1949年Shannon发表题为《保密通信的信息理论》，为密码系统建立了理论基础，从此密码学成了一门科学。
（第一次飞跃）1976年后，美国数据加密标准（DES）的公布使密码学的研究公开，密码学得到了迅速发展。
1976年，Diffe和Hellman提出公开密钥的加密体制的实现，1978年由Rivest、Shamire和Adleman 提出第一个比较完善的公钥密码体制算法（第二次飞跃）（现代）密码学的基本概念密码学（Cryptology）是结合数学、计算机科学、电子与通讯等诸多学科于一体的交叉学科，是研究密码编制和密码分析的规律和手段的技术科学。
密码学不仅用来实现信息通信的各种安全目标：机密性，真实性（包括完整性，不可否认性）等●加密，消息认证码，哈希函数，数字签名，身份认证协议，安全通信协议，等安全机制密码学提供的只是技术保障作用现代密码学技术 数据加密数据真实性数据加密的基本思想对机密信息进行伪装●将机密信息表述为不可读的方式●有一种秘密的方法可以读取信息的内容伪装去伪装信息不可读消息原始信息Security services and mechanismsBobAlice ？？？M=明文%……&￥#@*用k 加密/解密，保密性、机密性密文kk M =“I love you ”明文--加密体制加密系统●一个用于加/解密，能够解决网络安全中的机密性的系统由明文、密文、密钥、密码算法四个部分组成。
第二章 公钥加密和RSA 3
RSA算法
RSA算法是第一个既能用于数据加密也能用于 数字签名的算法，因此它为公用网络上信息的 加密和鉴别提供了一种基本的方法。它通常是 先生成一对RSA 密钥，其中之一是保密密钥， 由用户保存；另一个为公开密钥，可对外公开， 甚至可在网络服务器中注册，人们用公钥加密 文件发送给个人，个人就可以用私钥解密接受。 为提高保密强度，RSA密钥至少为500位长， 一般推荐使用1024位。 RSA系统是公钥系统的最具有典型意义的方法， 大多数使用公钥密码进行加密和数字签名的产 品和标准使用的都是RSA算法
关于公钥密码的几种误解
公钥密码比传统密码安全？ 任何加密方案的安全性都依赖于密钥的长度 和破解密码的计算工作。所以公钥加密不必常 规加密更安全。用户只要保护他的私钥，接收 的通信就是安全的 公钥密码是通用方法，所以传统密码已经过时？ 传统密码用来加密大批量数据，公钥密钥 用来进行密钥分配。
RSA算法
RSA 密钥生成
必须做
确定两个大素数： p, q 选择e或者d，并计算d或者e
素数测试是重要的算法 由e求d要使用到扩展Euclid算法
RSA 的安全性
三种攻击 RSA的方法:
强力穷举密钥:尝试所有可能的密钥。因此，e 和 d 的位数越大，算法就越安全。然而，在密钥产 生和加密解密中使用的计算都非常复杂，所以密 钥越大，系统运行越慢。
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：公密钥、私密钥 加解密的非对称性 公钥加密算法是基于数学函数而不是对位的形 式的简单操作。 是对对称密码的重要补充 公钥加密一般用于消息认证和密钥分配。
对称密码学
(2) 异或。扩展后的 48 位输出 E(Ri) 与压 缩后的 48 位密钥 Ki 作异或运算。
(3) S 盒替代。将异或得到的 48 位结果分 成八个 6 位的块 , 每一块通过对应的一个 S盒产生一个 4 位的输出。
S 盒的具体置换过程为 : 某个 Si 盒的 6 位输入 的第 1 位和第 6 位形成一个 2 位的二进制数从 0-3, 对应表中的某一行 : 同时 , 输入的中间 4 位构成 4 位二进制数 0-15 对应表中的某一列。 例如 , 第 8 个 S 盒的输入为 001011 , 前后 2 位形成的二进制数为 01, 对应第 8 个 S 盒的第 1 行 : 中间 4 位为 0101, 对应同一S盒的第 5 列。从表 2-6 中可得 S8 盒的第 1 行第 5 列的 数为 3, 于是就用 0011 代替原输入001011。
表2-3每轮移动的位数
轮 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 数 位1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 数
移动后 , 将两部分合并成 56 位后通过压缩置换 PC-2 后得到 48 位子密钥 , 即 Kj=PC-2(CjDj)。 压缩置换如表 2-4 所示
2.获取子密钥Kj
DES加密算法的密钥长度为56位,但一般表示为 64位,其中,每个第8位用于奇偶校验。在DES加密 算法中,将用户提供的64位初始密钥经过一系列的 处理 得到K1, K2,…, K16,分别作为1-16轮运算的 16个子密钥。首先,将64位密钥去掉8个校验位,用 密钥置换PC-1置换剩下的56位密钥;再将56位分成
在现代密码学中,所有算法的安全性都要求基 于密钥的安全性, 而不是基于算法细节的安 全性。也就是说, 只要密钥不公开, 即使算 法公开并被分析, 不知道密钥的人也无法理 解你所加密过的消息。
密码学详细分类
密码学详细分类密码学是研究保护信息安全的科学和技术领域。
根据应用领域、算法类型和安全目标，密码学可以被详细分类如下：1. 对称密码学（Symmetric Cryptography）：对称密码学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和IDEA 等。
2. 非对称密码学（Asymmetric Cryptography）：非对称密码学使用不同的密钥进行加密和解密。
公钥密码学是非对称密码学的主要分支，它使用一对密钥，包括公钥和私钥。
公钥可以公开，而私钥必须保密。
常见的非对称密码算法有RSA、Diffie-Hellman和椭圆曲线密码算法等。
3. 哈希函数（Hash Function）：哈希函数将任意长度的输入数据转换为固定长度的输出，常用于验证数据的完整性和生成数字指纹。
常见的哈希函数有MD5、SHA-1、SHA-256和RIPEMD等。
4. 数字签名（Digital Signature）：数字签名用于验证消息的真实性和完整性，并确认消息的发送者。
数字签名通常使用非对称密码学中的私钥进行生成，公钥用于验证签名的有效性。
5. 密码协议（Cryptographic Protocols）：密码协议是一组规则和步骤，用于在通信过程中确保信息的安全性。
常见的密码协议有SSL/TLS、IPsec和SSH等。
6. 密码编码学（Cryptanalysis）：密码编码学是破解密码系统的科学和技术，旨在破译加密消息或恢复加密密钥。
7. 随机数生成器（Random Number Generator）：随机数生成器用于生成随机数或伪随机数序列，这在密码学中是非常重要的。
这些分类只是密码学研究中的一部分，每个分类下又有更多的细分和特定算法。
密码学的发展涵盖了广泛的应用领域，包括网络安全、电子商务、数据保护和身份认证等。
计算机三级网络技术加密技术概述
计算机三级网络技术加密技术概述计算机三级网络技术加密技术概述引导语;加密技术，是电子商务采取的主要安全保密措施，是最常用的安全保密手段。
以下是店铺分享给大家的计算机三级网络技术加密技术概述，欢迎阅读!1.密码学基本概念(1)密码学基本术语明文：原始的消息。
密文：加密后的消息。
加密：从明文到密文的变换过程。
解密：从密文到明文的变换过程。
密码编码学：研究各种加密方案的学科。
密码体制或密码：加密方案。
密码分析学(破译)：研究破译密码获得消息的学科。
密码学：密码编码学和密码分析学的统称。
(2)密码编码学密码编码学具有3个独立的特征。
①转换明文为密文的运算类型。
所有的加密算法都基于两个原理：代换和置换。
②所用的密钥数。
如果发送方和接收方使用相同的密钥，这种密码就是对称密码、单密钥密码或传统密码：否则就是非对称密码、双钥密码或公钥密码。
③处理明文的方法。
加密算法可以分为分组密码和流密码。
分组密码每次处理一个输入分组，相应输出一个分组。
典型的分组是64位或128位。
而流密码是连续地处理输入元素，每次输出一个元素。
一般而言，分组密码的引用范围要比流密码广泛。
绝大多数基于网络的对称密码应用使用的都是分组密码。
(3)密码分析学攻击密码体制一般有两种方法：①密码分析学。
密码分析学的攻击依赖于算法的性质和明文的一般特征或某些明密文对。
②穷举攻击。
攻击者对一条密文尝试所有的可能的密钥，直到解密。
基于加密信息的攻击类型见下表。
一般来说，加密算法起码要能经受得住已知明文攻击。
(4)无条件安全与计算上的安全如果无论有多少可使用的密文，都不足以惟一地确定由该体制产生密文所对应的明文，则加密体制是无条件安全的。
加密体制满足以下两个条件才是计算上安全的。
①破译密码的代价超出密文信息的价值。
②破译密码的时间超出密文信息的有效生命期。
(5)代换与置换技术代换与置换技术是几乎所有的对称加密用到的两种技巧。
代换法是将明文字母替换成其他字母、数字或符号的方法。
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。
数学中的密码学
数学中的密码学密码学是一门研究如何加密和解密信息的学科，它在数学领域中扮演着重要的角色。
通过数学原理和算法，我们可以保障信息的安全性，防止未经授权的人获取和篡改数据。
在本文中，我们将介绍一些数学中常见的密码学方法和应用。
一、对称密码学对称密码学是一种基于相同秘钥进行加密解密的方法。
加密和解密过程使用的是相同的密钥，因此也被称为共享密钥密码学。
在对称密码系统中，常见的算法包括DES（数据加密标准）、AES（高级加密标准）等。
以AES为例，它使用了一系列的数学运算和替换操作来对数据进行加密。
其中包括有限域运算、置换置换（S盒）等。
AES算法采用了不同的密钥长度，如128位、192位和256位，密钥长度越长，安全性越高。
通过数学运算，AES可以将明文转换为密文，从而保护数据的机密性。
二、非对称密码学非对称密码学是一种使用不同的密钥进行加密和解密的方法。
在非对称密码系统中，加密和解密使用的是两个不同的密钥，通常称为公钥和私钥。
公钥可以公开给任何人使用，而私钥只能由接收者保密使用。
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）是一种常见的非对称密码算法。
它基于数论问题，利用两个大素数之间的关系来实现加密。
RSA算法使用一种数学函数来生成公钥和私钥，其中公钥可以用于加密数据，而私钥则用于解密数据。
通过数学的计算和推导，RSA算法保障了数据的保密性和完整性。
三、哈希函数哈希函数是一种将任意长度的数据映射成固定长度摘要（哈希值）的数学函数。
哈希函数具有单向性，即无法从哈希值反推出原始数据。
常见的哈希函数包括MD5、SHA-1、SHA-256等。
哈希函数在密码学中有广泛的应用，如密码校验、数字签名等。
通过将密码进行哈希运算，可以将密码转换为固定长度的哈希值存储在数据库中。
当用户输入密码时，系统将用户输入的密码进行哈希运算，然后与数据库中存储的哈希值进行比对。
这样即使数据库被攻击，也无法获取到用户的原始密码。
密码学的基本知识
密码学的基本知识密码学的基本知识密码学是研究信息安全技术的一门学科，主要研究如何利用密码学算法保护信息的机密性、完整性和可用性。
密码学的基本知识包括密码学的概念、密码学的分类、密码学的应用和密码学的发展历程。
一、密码学的概念密码学是指研究保护信息安全的学科，在信息处理和传输过程中，利用各种密码学算法保护信息机密性、完整性和可用性的一门学科。
密码学在保障信息安全、维护国家和个人利益、防止信息泄露和被黑客攻击等方面起着重要的作用。
二、密码学的分类根据密码学的研究对象和研究内容不同，可以将密码学分为三类。
分别是：（1）传统密码学传统密码学即基于数学和机械原理的密码学，比如凯撒密码、替换密码、移位密码、仿射密码等。
这类密码学算法的加密过程简单、易于操作，但是密文易被破解，不适用于保护重要的信息。
（2）现代密码学现代密码学又可以分为对称密码和非对称密码。
对称密码即加密和解密使用相同密钥的密码学算法，包括DES、AES、RC5等；非对称密码即加密和解密使用不同密钥的密码学算法，包括RSA算法、ECC算法等。
现代密码学算法的加密过程复杂、密钥长度较长、攻击难度较大，适用于保护重要的信息。
（3）量子密码学量子密码学是指利用量子物理原理保护信息安全的密码学，在传输过程中实现信息加密和解密。
这类密码学算法通过利用量子计算机的特性，解决了传统密码学算法中存在的问题，提供了更高的安全性。
三、密码学的应用密码学的应用广泛，涉及到军事、政治、商业、金融、电子商务、网络安全等领域。
其中常见的应用包括：（1）网络安全在现代社会中，网络安全是一个非常重要的问题。
密码学能够在网络传输过程中，对数据进行安全加密和解密。
这使得数据的机密性和完整性得到保障，从而避免了网络攻击和窃取数据的风险。
（2）金融安全密码学在金融行业中的应用非常广泛，比如银行卡、电子支付、网络支付等。
密码学算法能够对这些交易过程进行安全加密，从而保护用户的支付信息和个人隐私。
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。
对称密码学概念
对称密码学概念
对称密码学是一种常见的加密方式，也被称为私钥密码学。
它的基本原理是使用同一个密钥对数据进行加密和解密。
这个密钥只有发送方和接收方知道，其他人无法获得。
对称密码学的加密和解密过程基本相同，只是在密钥的使用上有所不同。
在加密过程中，发送方使用密钥将原始数据转换成加密数据，然后将加密数据发送给接收方。
在解密过程中，接收方使用相同的密钥将加密数据转换成原始数据。
对称密码学有很多种不同的算法，其中最常见的是DES和AES。
DES是一种比较古老的算法，使用56位密钥进行加密和解密。
AES是一种比较新的算法，使用128位、192位或256位密钥进行加密和解密。
虽然对称密码学的加密和解密过程非常快速和高效，但是它也存在一些缺点。
最主要的缺点是密钥的安全性。
由于加密和解密使用同一个密钥，如果密钥被泄露，那么所有的数据都会暴露。
因此，密钥的保护和管理非常重要。
为了解决对称密码学的这个缺点，人们发明了公钥密码学。
公钥密码学使用两个不同的密钥进行加密和解密，一个是公钥，一个是私钥。
公钥可以公开，任何人都可以获得，用于加密数据；私钥只有接收方知道，用于解密数据。
由于加密和解密使用不同的密钥，即使公钥被泄露，数据也不会暴露。
- 1 -。
对称密码学
对称密码学
对称密码学是一种加密和解密信息的方法，其中加密和解密使用相同的密钥。
以下是一个简单的对称密码学算法的示例：
1. 选择一个密钥，例如“key”。
2. 将明文分成等长的块，例如每块8个字符。
3. 对每个块进行加密，使用密钥进行加密算法，例如替换或移位。
4. 输出密文。
解密过程与加密过程类似，使用相同的密钥对密文进行解密算法，以恢复原始明文。
需要注意的是，对称密码学算法的安全性取决于密钥的保密性。
如果密钥被泄露，任何人都可以解密密文并读取原始明文。
因此，在传输和存储密钥时必须采取额外的安全措施。
以上是对称密码学算法的简单介绍，实际的对称密码学算法可能更复杂和强大，具体取决于所选的加密算法和密钥长度等因素。
第三章对称密钥体制
•
分组密码的典型攻击方法
最可靠的攻击办法:强力攻击 最有效的攻击:差分密码分析,通过分析明文对的 差值对密文对的差值的影响来恢复某些密钥比特. 线性密码分析:本质上是一种已知明文攻击方法, 通过寻找一个给定密码算法的有效的线性近似表 达式来破译密码系统 插值攻击方法 密钥相关攻击
强力攻击
穷尽密钥搜索攻击:
P-盒置换为：
16 7 20 21 29 12 28 17 1 15 23 26 10 2 8 24 14 32 27 3 9 19 13 30 6 25 5 18 31 4 22 11
在变换中用到的S1,S2...S8为选择函数，俗称为S-盒，是 DES算法的核心。其功能是把6bit数据变为4bit数据。 S1: 14 4 13 1 2 15 11 8 3 10 6 12 5 9 0 7 0 15 7 4 14 2 13 1 10 6 12 11 9 5 3 8 4 1 14 8 13 6 2 11 15 12 9 7 3 10 5 0 15 12 8 2 4 9 1 7 5 11 3 14 10 0 6 13 在S1中，共有4行数据，命名为0，1、2、3行；每行有16列， 命名为0、1、2、3，......，14、15列。 现设输入为： D＝D1D2D3D4D5D6 令：列＝D2D3D4D5 行＝D1D6 然后在S1表中查得对应的数，以4位二进制表示，此即 为选择函数S1的输出。
密钥Ki(48bit)的生成算法
DES的破解
DES的实际密钥长度为56-bit，就目前计算机的计 算机能力而言，DES不能抵抗对密钥的穷举搜索攻击。 1997年1月28日，RSA数据安全公司在RSA安全年 会上悬赏10000美金破解DES，克罗拉多州的程序员 Verser在Inrernet上数万名志愿者的协作下用96天的时 间找到了密钥长度为40-bit和48-bit的DES密钥。 1998年7月电子边境基金会（EFF）使用一台价值25 万美元的计算机在56小时之内破译了56-bit的DES。 1999年1月电子边境基金会（EFF）通过互联网上的 10万台计算机合作，仅用22小时15分就破解了56-bit 的ＤES。 不过这些破译的前提是， 不过这些破译的前提是，破译者能识别出破译的结 果确实是明文，也即破译的结果必须容易辩认。 果确实是明文，也即破译的结果必须容易辩认。如果 明文加密之前经过压缩等处理，辩认工作就比较困难。 明文加密之前经过压缩等处理，辩认工作就比较困难。
信息安全导论(4-2_密码基础-对称密码)
16
9 11 13 15
8
1 3 5 7
8
DES算法的整体结构——Feistel结 构
2. 按下述规则进行16次迭 代，即
Li R i-1 R i Li-1 f ( Ri 1 , Ki )
Li-1
Ri-1 ki
1≤i≤16 这里 是对应比特的模2加， f是一个函数（称为轮函 数）； 16个长度为48比特的子密钥 Ki(1≤i≤16)是由密钥k 经密钥编排函数计算出来 的.
特串，每个6比特，B=B1B2B3B4B5B6B7B8.
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分组密码的轮函数
S盒代换：6入4出，查表
8个S盒S1……S8. 每个S盒是一个固定的 4*16阶矩阵，其元素取0~15之间的整数. 输入6比特b1b2b3b4b5b6，输出如下 1) b1b6两个比特确定了S盒的行 2) b2b3b4b5四个比特确定了S盒的列 3) 行、列确定的值即为输出
16
S1 14 0 4 15 15 3 0 13 10 13 13 1 7 12 10 3 2 14 4 11 12 10 9 4 4 13 1 6 13 1 7 2 4 15 1 12 1 13 14 8 0 7 6 10 13 8 6 15 12 11 2 8 1 15 14 3 11 0 4 11 2 15 11 1 13 7 14 8 8 4 7 10 9 0 4 13 14 11 9 0 4 2 1 12 10 4 15 2 2 11 11 13 8 13 4 14 1 4 8 2 14 7 11 1 14 9 9 0 3 5 0 6 1 12 11 7 15 2 5 12 14 7 13 8 4 8 1 7 2 15 13 4 6 15 10 3 6 3 8 6 0 6 12 10 7 4 10 1 9 7 2 9 15 4 12 1 6 10 9 4 15 2 6 9 11 2 4 15 3 4 15 9 6 15 11 1 10 7 13 14 2 12 8 5 0 9 3 4 15 3 12 10 11 13 2 1 3 8 13 4 15 6 3 8 9 0 7 13 11 13 7 2 6 9 12 15 8 1 7 10 11 7 14 8 8 1 11 7 S2 4 14 1 2 9 12 5 11 7 0 8 6 13 8 1 15 2 7 1 4 5 0 9 15 13 1 0 14 12 3 15 5 9 5 6 12 2 1 12 7 12 5 2 14 8 2 3 5 3 15 12 0 3 13 4 1 9 5 6 0 3 6 10 9 13 10 6 12 7 14 12 3 5 12 14 11 15 10 5 9 4 14 10 7 7 12 8 15 14 11 13 0 12 6 9 0 11 12 5 11 11 1 5 12 13 3 6 10 14 0 1 6 5 2 0 14 5 0 15 3 0 9 3 5 4 11 10 5 12 10 2 7 0 9 3 4 7 11 13 0 10 15 5 2 0 14 3 5 5 11 2 14 2 15 14 2 4 14 8 2 14 8 0 5 5 3 11 8 6 8 9 3 12 9 5 6 10 5 15 9 8 1 7 12 15 9 4 14 9 6 14 3 11 8 6 13 1 6 2 12 7 2 8 1117 3 10 15 5 10 6 12 11 6 12 9 3 12 11 7 14 5 9 3 10 9 5 10 0 0 3 5 6 7 8 0 13
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分组密码的工作模式
• CBC模式的不足
–没有已知的并行实现算法 –需要共同的初始化向量IV –存在误差传递现象
• 一个密文块损坏，影响几个明文块？
分组密码的工作模式
• 密码反馈(CFB)模式
–将分组密码算法用于自同步序列密码，数据 可以在比分组小得多的单元里进行加密 –适于实时加密字节级别的数据的情况
• 混乱(confusion)
– 使得密文的统计特性与密钥的取值之间的关系尽量复杂 – 密钥的微小改变会导致密文的巨大变化
• 扩散和混乱的结果
– 密文的数字序列呈现随机数的特性
DES算法概要
• 对64位的明文分组进行操作。通过一个初始臵换IP(initial permutation)将明文分组分成左半部分和右半部分，各32位 长。然后进行16轮完全相同的运算f，每轮密钥都将参与运 算。经过16轮后，左、右两部分合在一起经过一个末臵换 （初始臵换的逆臵换），即完成一个分组的加密过程。
现代分组对称密码
• 古典密码特点
– 使用臵换或移位 – 容易破解 – 安全性基于算法的保密
现代分组对称密码
• 现代密码要求
– 安全性基于密钥的保密，算法可公开 – 算法容易用计算机实现，运算速度快 – 高安全性，抗分析
DES算法的产生
• 1973年5月15日, NBS开始公开征集标准加密算法, 并公布了它的设计要求:
分组密码的工作模式
• CFB模式的操作过程
分组密码的工作模式
• CFB模式的特点
–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IV –存在误差传递
分组密码的工作模式
• 电子密码本(ECB)模式
分组密码的工作模式
• ECB模式特点
–将消息分为等长的分组，对每一个分组：
• 加密：Ci = EK(Pi) • 解密：Pi = DK(Ci)
–分组之间无任何联系
• 简单有效 • 可以并行处理 • 不存在误差传递问题
分组密码的工作模式
• ECB模式存在的问题
• 暂时没有打算用它替换DES
现代常规分组密码
• IDEA算法结构
– 为了实现“混乱”
• 主要使用异或、加法和乘法运算
– 为了实现“扩散”
• 采用“乘加结构”
– 128密钥生成52个子密钥
• 128位主密钥分解成8个16位子密钥 • 主密钥循环左移25位后再分解成8个子密钥
现代常规分组密码
• IDEA算法特点
现代常规分组密码
• 双重DES算法
– 使用两个不同的56位密钥K1、K2加密两次 – 解密需要两个56位密钥，强度等效于使用112位密 钥？？？
现代常规分组密码
• 中途相遇攻击双重DES（不考虑存储容量限制） 已知64位明文P和密文C，找出56位的K1和K2
– 穷举密钥加密P，保存结果，有256个值； – 穷举密钥解密C，保存结果，有256个值； – 找出相同的值，分别对应的密钥即为K1和K2
现代常规分组密码
• • • • DES的变形 IDEA （国际数据加密算法） RC5 AES
现代常规分组密码
• RC5算法
– Ron Rivest于1994年发明，1995年公布 – 分组大小、变换的轮数和密钥大小可变
• 分别用三个参数w(16/32/64)、 r (0-255) 、b(0-255)表示 • Rivest建议使用RC5-32/12/16
现代常规分组密码
• 对AES的基本要求
– – – – 比三重DES快 至少与三重DES一样安全 数据分组长度为128比特 密钥长度为128/192/256比特
现代常规分组密码
• 1998年8月12日，在首届AES会议上指定了15个 候选算法。 • 1999年3月22日第二次AES会议上，将候选名单 减少为5个，这5个算法是RC6，Rijndael， SERPENT，Twofish和MARS。 • 2000年4月13日，第三次AES会议上，对这5个 候选算法的各种分析结果进行了讨论。 • 2000年10月2日，NIST宣布了获胜者—Rijndael 算法，2001年11月出版了最终标准FIPS PUB197。
• 考虑到误报等因素，平均工作量为256次尝试
– 穷举攻击56位DES的平均工作量为255次尝试 – 穷举攻击112位DES的平均工作量为2110次尝试
现代常规分组密码
• 三重DES算法
– 使用三个56位密钥K1、K2、K3运算三次 – 可有效防范中途相遇攻击 – 四种工作模式
• • • • DES-EEE3：三个不同密钥，顺序使用三次加密算法 DES-EDE3：三个不同密钥，依次使用加密-解密-加密算法 DES-EEE2：K1=K3，其他同DES-EEE3 DES-EDE2：K1=K3，其他同DES-EDE3
输入64比特明文数据 初始置换IP 在密钥控制下 进行16轮迭代 交换左右32比特 初始逆置换IP-1
输出64比特密文数据
DES算法框图
DES算法框图
• 利用56位长度的密钥K来 加密长度为64位的明文， 得到长度为64位的密文 • 经过设计，DES有一个非 常有用的性质：加密和解 密可使用相同的算法
– 主要使用异或、加和循环移位 – 运算速度快，对存储器要求低 – 受专利保护（使用许可证费用较低）
现代常规分组密码
• RC5算法加解密运算框图
现代常规分组密码
• RC6算法
–RC5自1995年公布以来，尽管至今为止还没有发 现实际攻击的有效手段，然而一些理论攻击的 文章先后也分析出RC5的一些弱点。 –应1997年高级加密标准要求，对RC5进行改进
DES算法的一轮变换
• 是一个先扩散再和密钥 异或然后压缩最后进行 臵换的运算过程 • 48位子密钥是通过64位 密钥分解变换而来 • 本质上看，DES基本运 算也是替代和移位
Li-1（32比特） Ri-1（32比特） 扩展运算E 48比特寄存器 子密钥Ki （48比特） 48比特寄存器 压缩运算S 32比特寄存器
现代常规分组密码
• Rijndael算法基本结构
现代常规分组密码
• 小结
– 现在常规分组密码呈现出百家争鸣百花齐放的状况
• • • • • DES使用广 IDEA抗差分 RC5快 AES安全 ……
– 使用分组密码注意其专利和许可证版权声明
分组密码的工作模式
• 密码模式是在通信加密过程中运用密码 算法的具体方式 • 密码模式通常由基本密码、一些反馈和 一些简单运算组合而成。
– – – – – – – 算法必须提供高度的安全性 算法必须有详细的说明,并易于理解 算法的安全性取决于密钥,不依赖于算法 算法适用于所有用户和不同应用场合 算法必须高效、经济 算法必须能被证实有效 算法必须是可出口的
DES算法的产生
• 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指派了两个小组进行评价 • 1976年11月23日，采纳为联邦标准，批准用于非军 事场合的各种政府机构 • 1977年1月15日,―数据加密标准”FIPS PUB 46发布
Байду номын сангаас
分组密码的工作模式
• 每个密码标准在描述密码算法的同时都 定义了相关的工作模式
– – – – 电子密码本ECB (electronic codebook mode) 密码分组链接CBC (cipher block chaining) 密码反馈CFB (cipher feedback) 输出反馈OFB (output feedback)
DES算法的设计原理和方法
• 分组加密
– 将明文消息编码表示后的数字序列，划分成长度为n的组，每组分别 在密钥的控制下变换成等长的输出数字密文序列 – DES是一个分组加密算法，它以64位为分组对数据加密，密钥的长 度是56位
• 扩散（Diffusion)
– 明文的统计结构被扩散,使得明文和密文之间的统计关系尽量复杂 – 明文的微小改变会导致密文的巨大变化
置换运算P
Li（32比特） Li=Ri-1
Ri（32比特）
其他现代常规分组密码
• • • • DES的变形 IDEA（国际数据加密算法） RC5 AES
现代常规分组密码
• DES的变形
– – – – 1994年1月，DES的最后一次评估 56位密钥的DES算法越来越不安全 DES已经被大量、广泛使用 考虑如何利用短密钥算法达到长密钥强度
• 明文按4个w长度分组，子密钥2r＋4个 • 采用了减法
–几乎没有弱密钥 –被称为“21世纪加密标准算法”
现代常规分组密码
• • • • DES的变形 IDEA （国际数据加密算法） RC5 AES
现代常规分组密码
• 1997年4月15日，（美国）国家标准技术研究所 （NIST）发起征集高级加密标准（Advanced Encryption Standard）AES的活动，活动目的是确定 一个非保密的、可以公开技术细节的、全球免费使 用的分组密码算法，作为新的数据加密标准。 • 1997年9月12日，美国联邦登记处公布了正式征集 AES候选算法的通告。作为进入AES候选过程的一 个条件，开发者承诺放弃被选中算法的知识产权。
• 密码分组链接(CBC)模式
分组密码的工作模式
• CBC模式特点
–将消息分为等长的分组，对每一个分组：
• 加密：Ci = EK(Ci－1⊕Pi) • 解密：Pi = DK(Ci)⊕Ci－1
–分组之间相互影响
• 信息块不容易被替换、重排、删除、重放 • 安全性好于ECB • 适合于传输长度大于64位的报文 • 是大多系统的标准模式（如SSL、IPSec等）