对称密码体制
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 mechanisms BobAlice ？？？ 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。
计算机网络-7-2-两种密码体制
计算机⽹络-7-2-两种密码体制两种密码学体制对称秘钥密码体制所谓对称秘钥密码体制，即加密秘钥与解密秘钥是使⽤相同的密码体制。
D K (Y )=D K (E K (X )X数据加密标准DES 属于对称秘钥密码体制，DES 是⼀种分组密码。
在加密前，先对整个明⽂进⾏分组。
每⼀组为64位长的⼆进制数据，然后对每⼀个64位的数据进⾏加密处理，产⽣⼀组64位密⽂数据、最后将各组密⽂串接起来，即得出整个的密⽂，使⽤的秘钥占64位（实际秘钥长度为56位，加上8位⽤于奇偶校验）。
DES 的保密性仅取决于对秘钥的保密，⽽算法是公开的。
但是随着技术的发展，56位的DES 已不再被认为是安全的。
对于56位的DES 秘钥问题，学者们提出了三重DES(3DES)⽅案：把⼀个64位明⽂⽤⼀个秘钥加密，然后再⽤另⼀个秘钥解密，再使⽤第⼀个秘钥加密：在这⾥X 是明⽂，⾸先使⽤K1进⾏加密，然后使⽤K2进⾏解密，再使⽤K1进⾏加密。
Y =DES K 1(DES −1K 2(DES K 1(X )))三重DES ⼴泛应⽤于⽹络、⾦融、信⽤卡信息等。
公钥密码体制公钥密码体制(⼜称之为公开密钥密码体制) 使⽤不同的加密秘钥和解密秘钥。
公钥秘钥产⽣的两个⽅⾯由于对称秘钥密码体制的秘钥分配问题。
对数字签名的需求。
在对称秘钥体制中，加解密双⽅使⽤的都是相同的秘钥，但是这种情况下⽆论是事先约定好使⽤什么密⽂还是使⽤信使派送，都不妥当。
在公钥密码体制提出后不久，⼈们就找到了三种公钥密码体制：最著名的就是RSA 体制。
在公开密码体制中，加密秘钥PK （public key ）即公钥是向公众公开的，⽽解密秘钥SK （secret key ）即私钥或密钥是需要保密的，加密算法E 和解密算法D 也都是公开的。
公钥密码体系的加密和解密过程有如下特点秘钥对产⽣器产⽣出接收者B 的⼀对秘钥：加密秘钥PK B 和解密秘钥SK B 。
发送者A 所⽤的加密秘钥PK B 就是接收者B 的公钥，它向公众公开，⽽B 使⽤的解密秘钥SK B 就是接收者B 的私钥，对其他⼈都要保密。
02-对称密码体系
南京邮电大学
Feistel 解密 解密
将密文c作为输入，以逆序（即 K16,K15,„,K1）使用密钥方案，输出明文 m。
2013-8-1
14
南京邮电大学
Feistel Network
Structured to enable use of same S-box and P-box for encryption and decryption
19
本讲内容
1 2 3 4
对称密码体系的原理
Fiestel结构
DES AES
2013-8-1
20
南京邮电大学
3. DES
DES是16轮的Feistel结构密码 DES的分组长度是64位 DES使用56位的密钥 DES的每一轮使用48位的子密钥
每个子密钥是56位密钥的子集构成
2013-8-1
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南京邮电大学
DES : The Big Picture
Parity bits dropped (1 per byte)
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DES的总体流程
步骤： （1）64位明文经过初始置换 IP而被重新排列 T0=IP(T)； （2）T0经过16轮相同函数的 作用，每轮作用都有置换和代 换。 （3）最后通过逆置换IP-1得到 64位二进制密文输出。
分组密码的优缺点：
优点：可以重复使用密钥； 缺点：代码更为复杂，计算速度相对较慢。 RC4是应用最为广泛的流密码，它 被用于SSL/TLS标准，该标准为网 应用场合： 络浏览器和服务器间通信而制定。 流密码适合于对于数据流进行加密解密的应用，比如通过一个数据通 信信道或者网页浏览器连接。 分组密码适合于处理成块的数据，比如文件传输、电子邮件和数据库。
密码技术基础知识ppt课件
公钥基础设施
PKI系统组成
证书发布系统 证书发布系统负责证书的发放，如可以通过用户自己
，或是通过目录服务器发放。目录服务器可以是一个组织中现 存的，也可以是PKI方案中提供的。
20
公钥基础设施
PKI的应用
PKI的应用非常广泛，包括应用在web服务器和浏览器 之间的通信、电子邮件、电子数据交换(EDI)、在Intenet上的 信用卡交易和虚拟私有网(VPN)等。
对称加密算法相比非对称加密算法来说，加解密的效率要高得 多。但是缺陷在于对于秘钥的管理上，以及在非安全信道中通讯时， 密钥交换的安全性不能保障。所以在实际的网络环境中，会将两者混 合使用。
12
目录
公钥基础设施
简介 PKI系统组成 PKI的应用
13
公钥基础设施
简介
PKI是“Public Key Infrastructure”的缩写，意为“公钥基础 设施”。简单地说，PKI技术就是利用公钥理论和技术建立的提供信息 安全服务的基础设施。公钥体制是目前应用最广泛的一种加密体制， 在这一体制中，加密密钥与解密密钥各不相同，发送信息的人利用接 收者的公钥发送加密信息，接收者再利用自己专有的私钥进行解密。 这种方式既保证了信息的机密性，又能保证信息具有不可抵赖性。
26
数字摘要技术
数字摘要的常用技术
4、Base64 Base64是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法 ，由于2的6次方等于64，所以每6位为一个单元，对应摸个可打印字 符，三个娭毑有24位，，对应4个Base64单元，即三个字节需要用4个 打印字符来表示。
27
数字摘要技术
数字摘要的应用
40
密钥管理技术
密钥的分配
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
9
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：
02-对称密码体系
王志伟 博士 计算机学院 信息安全系 zhwwang@
南京邮电大学
本讲内容
1 2 3 4
对称密码体系的原理
Fiestel结构
DES AES
2015/8/21
2
南京邮电大学
1. 对称密码原理
对称密码技术也叫做单钥或传统密码技术 特点：加密和解密时所用的密钥是相同的或者类 似的，即由加密密钥可以很容易推导出解密密钥
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Feistel Network Structure
CIPHERTEXT
Kn
K n 1
K0
Encrypt
PLAINTEXT
Decrypt
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Avalanche Effect
Key desirable property of an encryption algorithm Where a change of one input or key bit results in changing approx half of the output bits If the change were small, this might provide a way to reduce the size of the key space to be searched DES exhibits strong avalanche
R(i) = L(i-1) xor F(K(i), R(i-1))
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Mathematical Description
Let Li and Ri denote the output half-blocks of the ith round. So Li 1 and Ri 1 are the input of the ith round. We have Li Ri 1 Ri Li 1 F ( Ri 1 , K i ) Or, (Li , Ri ) = i ( Li 1 , Ri 1 ), where
描述对称密码体制与公钥密码体制的认识
对称密码体制与公钥密码体制是现代密码学中两种基本的密码体制，它们在保护信息安全，防止信息被未经授权者获取和篡改方面发挥着重要的作用。
下面将从定义、特点、优缺点、应用领域等方面来详细描述对称密码体制与公钥密码体制。
一、对称密码体制1. 定义：对称密码体制是指加密和解密使用同一个密钥的密码系统，也就是通信双方需要共享同一个密钥来进行加解密操作。
2. 特点：对称密码体制具有以下特点：1) 加密速度快：因为加密和解密使用同一个密钥，所以运算速度快。
2) 安全性依赖于密钥的安全性：只要密钥泄露，整个系统的安全就会受到威胁。
3) 密钥管理困难：通信双方需要事先共享密钥，密钥的分发和管理是一个很复杂的问题。
3. 优缺点：对称密码体制的优缺点如下：1) 优点：加密速度快，适合对大数据进行加密；算法简单，易于实现和设计。
2) 缺点：密钥管理困难，安全性依赖于密钥的安全性。
4. 应用领域：对称密码体制主要应用于一些对加密速度要求较高，密钥管理相对容易的场景中，比如网络通信、数据库加密等领域。
二、公钥密码体制1. 定义：公钥密码体制是指加密和解密使用不同密钥的密码系统，也就是通信双方分别有公钥和私钥，公钥用于加密，私钥用于解密。
2. 特点：公钥密码体制具有以下特点：1) 加密和解密使用不同的密钥，安全性更高。
2) 密钥管理相对容易：每个用户都拥有自己的一对密钥，不需要事先共享密钥。
3) 加密速度较慢：因为加密和解密使用不同的密钥，计算复杂度较高。
3. 优缺点：公钥密码体制的优缺点如下：1) 优点：安全性更高，密钥管理相对容易。
2) 缺点：加密速度较慢，算法复杂，设计和实现难度大。
4. 应用领域：公钥密码体制主要应用于对安全性要求较高，加密速度要求相对较低的场景中，比如数字签名、安全传输等领域。
三、对称密码体制与公钥密码体制的比较根据对称密码体制与公钥密码体制的特点、优缺点和应用领域，下面对它们进行比较：1. 安全性：公钥密码体制的安全性更高，因为加密和解密使用不同的密钥，不容易受到攻击；而对称密码体制的安全性依赖于密钥的安全性，一旦密钥泄露，整个系统的安全将受到威胁。
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
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。
Lecture05_对称密码体制
20
输出反馈（OFB）模式
加密 IV 移位寄存器 64-j 密钥 j 移位寄存器 64-j j 移位寄存器 64-j j
m (m0, m , m2, mL1) , 1
明文分组
k (k0 , k1, k2 ,, kt 1)
k (k0 , k1, k2 ,, kt 1)
图5-1 分组密码原理框图
2
对分组密码算法的要求
分组长度足够大
密钥量足够大 密码变换足够复杂
3
分组密码原理
扩散
就是将每一位明文的影响尽可能迅速地作用到较多的输 出密文位中去，以便隐藏明文的统计特性。
加密 选择丢弃处理 j P1 64-j P2
加密 选择丢弃处理 j 64-j PN
加密 选择丢弃处理 j 64-j
⊕
⊕
⊕
密文分组C1
密文分组C2
密文分组CN
密文分组C1 P1
密文分组C2 P2 64-j
密文分组CN PN 64-j
⊕
j 选择丢弃处理 加密
⊕
j 选择丢弃处理 加密
⊕
j 64-j 选择丢弃处理 加密
A
解密D
B
加密E
C
（2）DES－EDE3模式 K1 K2 K1
P
加密E
A
加密E
B
加密E
C
（3）DES－EEE2模式 K1 K2 K1
P
加密E
A
2对称密码体制
2011-12-10
15
1997 年 DESCHALL 小 组 经 过 近 4 个 月 的 努 力 ， 通 过 Internet搜索了 × 1016 个密钥，找出了DES的密钥， 恢 搜索了3× 个密钥， 找出了 的密钥， 搜索了 的密钥 复出了明文。 复出了明文。 1998年5月美国 年 月美国 月美国EFF(electronics frontier foundation) 宣布，他们以一台价值20万美元的计算机改装成的专用解 宣布，他们以一台价值 万美元的计算机改装成的专用解 密机， 小时破译了56 比特密钥的 比特密钥的DES。 密机，用56小时破译了 小时破译了 。
2011-12-10
14
DES首次被批准使用五年，并规定每隔五年由美国国 首次被批准使用五年， 首次被批准使用五年 家保密局作出评估， 家保密局作出评估，并重新批准它是否继续作为联邦加密 标准。最近的一次评估是在1994年1月，美国已决定 标准。最近的一次评估是在 年 月 美国已决定1998年 年 12月以后将不再使用 月以后将不再使用DES。因为按照现有的技术水平，采 月以后将不再使用 。因为按照现有的技术水平， 用不到几十万美元的设备，就可破开 密码体制。 用不到几十万美元的设备，就可破开DES密码体制。目前 密码体制 的新标准是AES，它是由比利时的密码学家Joan Daemen和 ，它是由比利时的密码学家 的新标准是 和 Vincent Rijmen设计的分组密码 设计的分组密码—Rijndael（荣代尔）。 设计的分组密码 （荣代尔）。
置换选择pc1循环移位置换选择pc2置换选择pc2置换选择164比特201492731子密钥产生器?给出每次迭代加密用的子密钥ki子密钥产生器框图密钥64bit置换选择1pc1除去第816?64位8个校验位201492732置换选择2pc2ci28bitdi28bit循环左移ti1bit循环左移ti1bitki57494133251791585042342618102595143352719113605044366355473931231576254463830221466153453729211352820124置换选择1pc1迭代次数12345678循环左移位位数11222222左循环移位位数2014927331417112415328156211023191242681672720132415231374755304051453348444939563453464250362932置换选择2pc2迭代次数910111213141516循环左移位数12222221201492734des的安全性?穷举攻击分析穷举攻击就是对所有可能的密钥逐个进行脱密测试直到找到正确密钥为止的一种攻击方法方法
对称密码体制
对称密码体制对称密码体制是一种有效的信息加密算法，它尝试在满足基本安全约束的同时提供最大的加密强度和性能。
它是最常用的信息加密类型之一，甚至在金融机构、政府机构、企业以及个人之间都被广泛使用。
对称密码体制通过使用单个密钥（称为“秘密密钥”）来确保信息的安全传输和接收，而无需在发送方和接收方之间共享保密信息。
这一密钥的特点在于，既可以用来加密信息，也可以用于解密信息。
由于秘密密钥是由发送方和接收方共同拥有，因此不需要额外的通信，也无需额外的身份验证。
在使用对称密码体制时，发送方必须在发送数据之前将其加密，而接收方则必须使用相同的密钥对数据进行解密，以此来识别发送方。
然而，有一种特殊情况除外，即发送方可以使用密钥来加密消息，而接收方可以使用相同的密钥来解密消息，而无需在发送方和接收方之间共享信息。
在实际使用中，对称密码体制有三种形式：数据加密标准（DES）、高级加密标准（AES）和哈希密码（HMAC）。
其中，DES是一种最常用的对称密码体制，它采用了比较古老的56位密钥来加密数据，并且它的加密强度受到比较严格的限制。
而AES是一种更新的，比DES更安全的对称加密算法，它使用128位或256位密钥，并且可以提供更强的安全性和性能。
最后，HMAC是一种哈希加密算法，它使用128位或256位密钥来确保信息的完整性和真实性，同时也可以使用相同的密钥来加密和解密数据。
对称密码体制是一种有效的信息加密算法，它在满足基本安全约束的同时还能提供最大的加密强度和最高的性能。
它是最常用的信息加密类型之一，甚至在金融机构、政府机构、企业以及个人之间都被广泛使用，并且有三种形式：数据加密标准（DES）、高级加密标准（AES）和哈希密码（HMAC），可以满足各种要求。
其中，AES可以提供更高的安全性和性能，而HMAC可以确保信息的完整性和真实性，因此在实际应用中，对称密码体制也被广泛应用。
对称密码体制在许多领域都有着广泛的应用，尤其是在安全传输方面。
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。
对称密码体制
t位密钥分组
k (k0,k1,k2,,kt1)
解密算法
c (c0, c1, c2,, cL1)
L位密文分组
c (c0, c1, c2,, cL1)
L位密文分组
c Fk (m)
对分组密码算法的要求
分组长度足够大 密钥量足够大 密码变换足够复杂
分组密码原理
扩散
– 就是将每一位明文的影响尽可能迅速地作用到较 多的输出密文位中去，以便隐藏明文的统计特性。
密钥（48位）
图5-25 置换选择2
循环左移位
轮 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
序 移 位 1122222212222221 数
K1
K2
K3
P
A
B
加密E
加密E
加密E
C
（1）DES－EEE3模式
K1
K2
K3
P
A
B
加密E
解密D
加密E
C
（2）DES－EDE3模式
Ri Li1 F (Ri1, Ki )(i 1, 2, , n)
Feistel结构的实现依赖于参数：
分组长度 密钥长度 迭代轮数 子密钥生成算法 轮函数
分组密码的操作模式
电子密码本（ECB）模式 密码分组链接（CBC）模式 计数器（CRT）模式 输出反馈（OFB）模式 密码反馈（CFB）模式
Ci-1（28位）
循环左移
Di-1（28位）
循环左移
57 49 41 33 25 17 9 1 58 50 42 34 26 18
10 2 59 51 43 35 27 19 11 3 60 52 44 36
63 55 47 39 31 33 15 7 62 54 46 38 30 22
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。
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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明文M
密文C
密文C
明文M
信源
加密密钥 k1
解密密钥 k2
信宿
图3-1 加解密过程 图3-1为信息的加解密过程，从明文到密文转换的算 法称为密码(Cipher) 。
2
一个加密系统采用的基本工作方式叫做密码体制 (Cryptosystem) 。 在 密 码 学 中 见 到 “ 系 统 或 体 制 ” (System) 、 “ 方 案 ” (Scheme) 和 “ 算 法”(Algorithm)等术语本质上是一回事。 加密和解密算法通常是在一组密钥（Key）控制下 进行的，分别称为加密密钥k1和解密密钥k2。 在传统密码体制中，k1=k2，因此又称为对称密 码体制（Symmetric Cryptosystem） ； 在现代公开密钥密码体制中，k1≠k2，因此又称 为非对称密码体制（Asymmetric Cryptosystem） ； 将分别在第三章和第四章介绍两种密码体制。
3.1密码学的基本概念 3.1.1 引言
密码学（Cryptology）是以研究秘密通信为目的， 对所要传送的信息采取一种秘密保护，以防止第三 者对信息窃取的一门科学。 密码学包括密码编码学（Cryptography）和密码分 析学（Cryptanalysis）：
密码编码学是研究加密原理与方法，使消息保密 的技术和科学，它的目的是伪装消息内容。
模型中，解密算法是加密算法的逆过程，加密密 钥和解密密钥相同，发送方需要通过安全通道， 将密钥发送给接收方。
7
对明文M ，使用密钥K和加密算法E进行加密， 表示为Ek(M)； 对于密文C，使用密钥K和解密算法D进行解 密，表示为Dk(C)。 即有： C＝Ek(M)
M’＝Dk(C)＝Dk(Ek(M))
密码分析学则是研究破解密文的原理与方法。
密码分析者（Cryptanalyst）是从事密码分析的专 业人员。
1
被伪装的原始的消息称为明文(Message) 将明文转换为密文过程称为加密（Encryption） 加了密的消息称为密文（Ciphertext）
把密文转变为明文的过程称为解密（Decryption）
11
穷举攻击的代价与密钥的个数成正比，穷举攻击所 花费的时间等于尝试位数或加大解密（加密）算 法的复杂性来对抗穷举攻击。
当密钥位数增大时，密钥的个数增大，尝试的次 数必然增大； 当解密（加密）算法的复杂性增大时，完成一次 解密（加密）所需要的时间增大。
3
（1）对称密码体制 在20世纪70年代以前的对称密码体制，只是使 用了代换或者置换技术。这个时期的密码体制 称为古典密码体制，加密算法是保密的； 在20世纪70年代以后出现的对称密码体制，同 时使用了代换和置换两种技术。这个时期的对 称密码体制称为现代对称密码体制，加密算法 是公开的；
（2）非对称密码体制 20世纪70年代，产生非对称密码体制。
4
3.2保密系统的Shannon理论
1949年之前的密码知识一种艺术而不是科学，那 时的密码专家常常凭直觉和经验设计与分析密码。 自 从 shannon1949 年 发 表 了 著 名 文 章 “communication theory of secrecy system” 一文，引发了一场密码学革命，使密码设计和分 析建立在严格的理论推导基础之上，从而使密码 真正成为一门科学。 下面介绍shannon的对称密码模型。
10
3.3密码攻击
对称密码体制的攻击有两种方法：穷举攻击和密码 分析。
3.3.1 穷举攻击
穷举攻击是最基本也是比较有效的一种攻击方法。 穷举攻击(Brute Force Search)是通过试遍所有可 能的密钥对所获密文进行解密，直至得到正确的明 文；或者用一个确定的密钥对所有可能的明文进行 加密，直至得到所获得的密文。
由于Ek和Dk是依赖于密钥K的一对可逆的数学变 换，因此有
M’ ＝ M
从而完成保密通信。
8
由shannon模型可见： (1) 已知明文M和加密密钥K时，计算C＝Ek(M)容易， 即加密容易； (2) 加密算法必须足够强大，使破译者不能仅根据密 文破译消息，即在不知道解密密钥K时，由密文C计 算出明文M是不可行的，即破译困难； (3) 由于对称密码系统双方使用相同的密钥，因此必 须保证能够安全地产生密钥、安全地将密钥分发给双 方； (4) 对称密码系统的安全只依赖于密钥的保密，不依 赖于加密和解密算法的保密；
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① 明文空间M ，表示全体明文的集合； ② 密文空间C ，表示全体密文的集合； ③ 密钥空间K ，表示全体密钥的集合，包括加密 密钥和解密密钥； ④ 加密算法E ，表示由明文到密文的变换； ⑤ 解密算法D ，表示由密文到明文的变换；
6
在发送方，对明文空间M的每个明文，加密算法 E在加密密钥K的控制下生成对应的密文C，经公 开传输信道传送给接收方； 在接收方，解密算法D在解密密钥K的控制下， 将收到的密文C变换成明文M。
从而使穷举攻击只是在理论上可行，在实际上无法 实现。
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表3.1是穷尽密钥空间所需的时间。
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【例】一次一密密码体制。设M=(0110010011)2， K=(0111001001)2 在A，B双方通信之前，A首先通过安全信道把密钥K 传送给B，然后A将明文M进行加密变换，再通过公 开信道传给B。加密过程： C=EK(M)=M K =(0110010011)2 (0111001001)2 =(0001011010)2 B收到密文C后，用密钥K进行解密，即： M’=DK(C)=C K =(0001011010)2 (0111001001)2 = (0110010011)2= M 从而B获得明文M，而那些没有密钥的密码分析者无 法获得正确的明文。 其中，加解密过程均受参数K的控制，且密文、加解 密算法是公开的，只需要保管好密钥K。