密码学分类
密码学及信息安全基础
密码学及信息安全基础密码学是研究信息安全的一门学科，主要涉及信息传输、信息存储和计算机网络中安全问题的研究。
密码学的主要目标是保护信息的机密性、完整性和可用性。
在信息技术高速发展的今天，信息安全显得尤为重要，密码学逐渐成为了保护信息安全的重要工具。
密码学有多种分类方法，常见的分类方法包括：对称加密和非对称加密、单向函数和哈希函数、数字签名和公钥基础设施等。
对称加密是密码学中最基础的加密方法之一。
对称加密算法使用相同的密钥加密和解密信息。
在对称加密中，相同的密钥需要在发送方和接收方之间共享，因此密钥的传输和存储都是非常关键的问题。
比较常见的对称加密算法有DES、3DES、AES等。
与对称加密不同，非对称加密使用公钥和私钥进行加密。
公钥可以任意分发，而私钥则需要保密。
非对称加密算法具有很高的安全性，因为私钥只有所有者知道，信息只有使用私钥才能解密。
RSA算法是非对称加密算法中最常见的算法之一。
单向函数和哈希函数也是密码学中常见的概念。
单向函数是可以很容易地将明文转换为密文，但不能通过密文恢复回来的函数，因此单向函数也被称为“不可逆函数”。
哈希函数是一种非常常见的单向函数，可以将任意长度的输入数据转换为固定长度的输出数据，称为哈希值。
哈希函数的重要作用是保证数据的完整性，通过比较两个数据的哈希值可以快速确定两个数据是否一致。
数字签名是一种用于验证信息来源和保证信息完整性的技术，相当于一种电子签名。
数字签名可以防止信息被篡改、伪造或否认，因为只有私钥持有者才能完成数字签名。
公钥基础设施（PKI）则是数字证书的管理和分发方案，是保证数字签名安全性的重要工具之一。
总之，密码学是一门非常重要的学科，它通过加密、解密、数字签名等多种技术手段来保障信息安全。
随着信息技术的迅速发展，密码学在保障信息安全方面具有越来越重要的作用，因此在数字世界中，信息安全及密码学的研究和应用是不可忽视的重要领域。
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。
密码学学习总结
密码学学习总结⼀、密码学基础密码学要解决信息的机密性、完整性和不可否认性。
其中：机密性：对传递的信息进⾏加密就可以实现机密性，保证信息不泄漏给未经授权的⼈。
（对称、⾮对称加密）完整性：防⽌信息被未经授权的⼈篡改，保证信息不被篡改。
（单向散列、消息认证码、数字签名）不可否认性：能够保证信息⾏为⼈不能否认其信息⾏为。
（对应的技术数字签名）⾝份认证：也能实现⾝份认证。
（对应技术有消息认证、数字签名）1.1、密码学基本元素明⽂（plain text）：希望得到保密的原始信息密⽂（cipher text）:明⽂经过密码变换后的消息加密（encryption）：由明⽂变换为密⽂的过程解密（decryption）:由密⽂恢复出明⽂的过程加密算法（encryption algorithm）:对明⽂进⾏加密时采⽤的⼀组规则解密算法（decryption algorithm）:对密⽂进⾏解密时采⽤的⼀组规则秘钥（key）:控制加密和解密算法操作的信息1.2、密码学的分类密码学的密码算法可以分为：对称加密(Sysmmetric Cryptography)和⾮对称加密（Asymmetric Cryptography）以及⽤于确认数据完整性的单向散列（One-Way Hash Funcrion）⼜称密码校验(Cryptographic Checksum)、指纹(Fingerprint)、消息摘要（Message Digest）。
1.2.1 对称加密特点：在加密和解密使⽤同⼀秘钥。
优点：加密或解密运算速度块，加密强度⾼，算法公开。
缺点：秘钥分发难，更新周期长，不便于管理。
对称密码算法有AES算法（Advanced Encryption Standard）⼜称⾼级加密标准Rijndael加密发，属于⾮保密、公开披露的，在各种平台上易于实现、速度快，设计简单，密⽂和明⽂长度⼀致，硬件⽀持、加密芯⽚。
DES也是对称密码算法，就是⽼了。
现代密码的主要分类
现代密码的主要分类
现代密码学作为信息安全的核心学科，主要关注信息传输和存储的安全保护。
其分类方式多种多样，以下是几种常见的分类方式：
1.对称密码与非对称密码：这是根据加密过程中是否使用相同的密钥进行加密和解密来划分的。
对称密码也称为传统密码，其加密和解密使用相同的密钥，如AES（高级加密标准）和DES（数据加密标准）。
非对称密码使用两个密钥：公钥用于加密，私钥用于解密，最著名的例子是RSA算法。
2.基于数学结构的分类：根据密码算法所依赖的数学结构，现代密码可以分为基于数学的密码和基于物理的密码。
基于数学的密码依赖于数学工具进行加密和破解，而基于物理的密码则利用物理系统的不稳定性或量子效应进行加密和破解。
3.基于应用场景的分类：根据应用场景的不同，现代密码可以分为通用密码、专用密码和匿名密码。
通用密码适用于所有类型的通信，如电子邮件和互联网浏览；专用密码专为特定应用设计，如电子银行和电子政务；匿名密码主要用于保护用户的匿名性，如在在线投票和数字货币交易中。
4.基于密钥的分类：根据密钥是否需要保密，现代密码可以分为公钥密码和私钥密码。
公钥密码使用两个密钥：一
个用于加密，另一个用于解密，这两个密钥都可以公开。
私钥密码只使用一个密钥进行加密和解密，该密钥需要保密。
以上分类方式有助于理解现代密码的基本概念和工作原理，但随着技术的进步，新的密码技术和应用场景不断涌现，现代密码的分类也在不断演变。
什么是密码学？
什么是密码学？密码学是一门研究密码学理论与密码技术的学科，是信息安全领域不可或缺的一部分。
它涉及的范围广泛，包括数据加密、数字签名、身份认证等。
随着信息安全技术的逐步发展，密码学也愈加重要和广泛应用。
1. 密码学的起源密码学的历史可追溯到古代。
最早有关密码学的文献记载可追溯至公元前400年左右。
在历史上，密码学曾发挥过重要作用，如在二战中的阿兰·图灵破解纳粹德国的恩格玛密码机等事件中。
2. 密码学的分类（1）对称密钥密码学：在加密和解密过程中使用相同的密钥。
通常使用的加密算法有DES、AES等。
（2）非对称密钥密码学：在加密和解密过程中使用不同的密钥。
常用的算法有RSA、DSA等。
（3）哈希函数密码学：“哈希”把任意长度的输入（又叫做预映射，pre-image）“压缩”到某一固定长度的输出上（称为哈希值），且输入的数据量越大，输出值的信息量越小，也就是说不同的输入可能相同的输出。
常用的哈希函数有MD5、SHA-1等。
3. 密码学的应用（1）数据加密：数据加/解密可防止机密数据泄露，确保数据传输的完整性。
（2）数字签名：数字签名可以验证文档在传递过程中是否被篡改，确认文档的完整性，具有很高的安全性。
（3）身份认证：基于密码学的身份认证技术可以确保只有被授权的用户能够访问特定系统或应用程序，确保系统和数据的安全性和完整性。
4. 密码学的未来随着信息安全和隐私保护的日益重要，密码学的发展也愈加迅速。
未来，密码学将会在云计算、大数据、物联网等领域更加广泛地应用，需要不断创新和进一步研究加强相应领域的安全保护。
总结：密码学涉及领域广泛，适用于数据加密、数字签名、身份认证等场景。
在信息安全领域中起到至关重要的作用，对云计算、大数据、物联网等领域的发展起到积极促进作用。
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。
密码学重要知识点
密码学重要知识点0x01 密码学定义密码学（Cryptograghy）是研究编制密码和破译密码的技术科学，是研究如何隐密地传递信息的学科。
研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信秘密的，称为编码学；应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译学，总称密码学。
在现代特别指对信息以及其传输的数学性研究，常被认为是数学和计算机科学的分支，和信息论也密切相关。
著名的密码学者 Ron Rivest 解释道：“密码学是关于如何在敌人存在的环境中通讯”，自工程学的角度，这相当于密码学与纯数学的异同。
密码是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。
依照这些法则，变明文为密文，称为加密变换；变密文为明文，称为脱密变换。
密码在早期仅对文字或数码进行加、脱密变换，随着通信技术的发展，对语音、图像、数据等都可实施加、脱密变换。
现代密码学所涉及的学科包括：信息论、概率论、数论、计算复杂性理论、近世代数、离散数学、代数几何学和数字逻辑等。
0x02 密码发展史根据国家密码管理局给出的全面文件指出古典密码在古代很多国都有所使用。
古代中国：从古到今，军队历来是使用密码最频繁的地方，因为保护己方秘密并洞悉敌方秘密是克敌制胜的重要条件。
中国古代有着丰富的军事实践和发达的军事理论，其中不乏巧妙、规范和系统的保密通信和身份认证方法。
中国古代兵书《六韬》中的阴符和阴书：《六韬》又称《太公六韬》或《太公兵法》，据说是由西周的开国功臣太公望(又名吕尚或姜子牙，约公元前1128—公元前1015)所著。
书中以周文王和周武王与太公问答的形式阐述军事理论，其中《龙韬•阴符》篇和《龙韬•阴书》篇，讲述了君主如何在战争中与在外的将领进行保密通信。
以下是关于“阴符”使用方法对话的译文。
武王问太公说：领兵深入敌国境内，军队突然遇到紧急情况，战事或有利，或失利。
我要与各军远近相通，内外相应，保持密切的联系，以便及时应对战场上军队的需求，应该怎么办呢?太公回答说：国君与主将之间用阴符秘密联络。
简述密码学的分类
简述密码学的分类.
密码学是研究如何保护信息安全和数据隐私的学科。
密码学根据不同的目标和方法可以分为以下几个分类：
1. 传统密码学：也称为古典密码学，是密码学的起源，主要研究传统的手工密码系统，如凯撒密码、替代密码和置换密码等。
传统密码学主要侧重于对消息的加密和解密技术。
2. 现代密码学：现代密码学是密码学的发展阶段，通过使用更强大和更复杂的数学算法来进行加密。
现代密码学主要包括对称加密算法和非对称加密算法。
a. 对称加密算法：又称为共享密钥加密算法，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。
对称加密算法适用于对大量数据进行高速加密。
b. 非对称加密算法：又称为公钥加密算法，使用一对不同的密钥，即公钥和私钥，来进行加密和解密。
常见的非对称加密算法有RSA、DSA等。
非对称加密算法适用于安全通信和数
字签名等场景。
3. 散列函数：散列函数是一种将任意长度的数据映射为固定长度散列值的算法，它主要用于数据完整性验证和数字签名等应用。
常见的散列函数有MD5、SHA1、SHA256等。
4. 密码协议：密码协议是一种基于密码学原理和算法的通信协议，用于在不安全的通信环境中实现安全的数据传输。
常见的
密码协议有SSL/TLS、SSH、IPSec等。
5. 认证和身份验证：密码学也被广泛应用于用户身份验证和访问控制等领域。
这包括使用密码、密码哈希、双因素认证、数字证书和生物识别等技术来确认用户身份。
综上所述，密码学根据不同的应用和算法可以进行分类和细分，但这些分类都是为了保护信息安全和数据隐私而进行研究和应用的。
密码学知识点整理
密码学（cryptology）是研究密码编制、密码破译和密钥管理的一门综合性应用科学。
一个密码体制由五部分组成：明文空间（M）；密文空间（C）；密钥空间（K）；加密变换:E; 脱密变换D。
密码学的三个分支:密码编码学，密码分析学，密钥管理学对密码体制的基本要求:(1) 即使达不到理论上是不可破的，也应当是实际上不可破的。
（2）保密性不依赖于对加密体制或算法的保密,而依赖于密钥。
(Kerckhoff 假设)（3）加密算法和脱密算法适用于密钥空间中的所有元素。
弱密钥除外!（4）易于实现和使用。
按敌手可利用的知识的类别的多少,攻击方法可分为:（1）唯密文攻击（2）已知明文攻击（3）选择明文攻击（4）选择密文攻击分析方法有：穷举攻击、统计攻击、解析攻击、代数攻击等移位密码的特点优点：明文字符的位置发生变化。
移位密码打乱了明文字符之间的跟随关系，使得明文自身具有的结构规律得到了破坏。
缺点：明文字符的形态不变；一个密文子符的出现次数也是该子符在明文中的出现次数。
单表代替的特点：优点：隐蔽了明文字符的原形！缺点：明文字符相同，则密文字符相同。
即一个密文字符的频次就是它对应的明文字符的频次，明文字符之间的跟随关系直接反映在密文之中。
多表代替密码的特点优点：特殊的多表代替密码可以做到完全保密。
缺点：大量通信时不实用；分配密钥和存储密钥时安全隐患大；密钥序列可能重复使用。
熵表示集X中事件出现的平均不确定性，或为确定集X中出现一个事件平均所需的信息量，或集X中出现一个事件平均给出的信息量。
条件熵定义为：表示观察到事件集Y后，集X还保留的不确定度。
集X和集Y的互信息表示由于一个事件集的发生，造成的另一个事件集的信息量的减少程度，或者说从一个事件集提取的关于另一个事件集的信息量。
分析密码方案实际保密性的两个重要因素（1）计算能力－－通常假定密码分析者拥有最好的设备。
（2）密码分析算法－－安全的密码算法必须能够对抗所有可能的攻击方法。
简述密码学的分类
简述密码学的分类
密码学可以分为以下几个主要分类：
1. 对称加密（Symmetric Encryption）：也称为共享密钥加密，使用相同的密钥用于加密和解密信息。
常见的对称加密算法包括DES、AES和IDEA等。
2. 非对称加密（Asymmetric Encryption）：也称为公钥加密，
使用一对非对称密钥，即公钥和私钥，其中公钥用于加密信息，私钥用于解密信息。
常见的非对称加密算法包括RSA和ECC 等。
3. 哈希函数（Hash Function）：哈希函数将输入数据映射为固
定长度的输出值，常用于验证数据完整性。
常见的哈希函数包括MD5、SHA-1和SHA-256等。
4. 消息认证码（Message Authentication Code，MAC）：MAC
是一种通过在信息中添加一个附加的认证标签来验证信息的完整性和真实性的技术。
常见的MAC算法包括HMAC和
CMAC等。
5. 数字签名（Digital Signature）：数字签名是利用非对称加密
算法，对文档或数据进行签名，以验证发送者的身份和确保数据的完整性和非抵赖性。
常见的数字签名算法包括RSA和
DSA等。
6. 随机数生成器（Random Number Generator，RNG）：RNG
生成随机数，常用于密码学中的密钥生成和加密算法中的初始化向量。
常见的RNG包括伪随机数生成器（PRNG）和真随机数生成器（TRNG）。
7. 公钥基础设施（Public Key Infrastructure，PKI）：PKI是建立在非对称加密基础之上的一套加密系统、解决方案和设施，用于管理公钥和数字证书等。
密码学基本概念
在密钥Ke的控制下将明文M加密成密文C：
C＝E(M, Ke ) 而解密算法D在密钥Kd的控制下将密文解出 同一明文M。
M＝D(C, Kd)= D(E(M, Ke), Kd)
攻击者
干扰 人为攻击
加
明 M 密C
文
算
法
信C 道
解
密M 明
算
文
法
Ke
Kd
密钥 空间
加密钥
统计分析攻击在历史上为破译密码作出 过极大的贡献。许多古典密码都可以通过 统计分析而破译。
3)数学分析攻击
所谓数学分析攻击是指密码分析者针对加 密算法的数学依据通过数学求解的方法来 破译密码。
为了对抗这种数学分析攻击，应当选用 具有坚实数学基础和足够复杂的加密算法。
六、密码学的理论基础
⑴ 香农信息论 ①从信息在信道传输中可能受到攻击，引入密码理论； ②提出以扩散和混淆两种基本方法设计密码； ③阐明了密码系统，完善保密，理论保密和实际保密
尽量多的密文位中；理想情况下达到完备性。 ②混淆(confusion):使明文、密钥和密文之间的关系复杂
化。 ⑶ 迭代与乘积 ①迭代：设计一个轮函数，然后迭代。 ②乘积：将几种密码联合应用。
八、Байду номын сангаас码学的一些结论
① 公开设计原则：密码的安全只依赖于密钥的保密，不 依赖于算法的保密；
② 理论上绝对安全的密码是存在的：一次一密； ③ 理论上，任何实用的密码都是可破的； ④ 我们追求的是计算上的安全。 ⑤计算上的安全：使用可利用的计算资源不能破译。
三、密码体制
1、密码体制(Cryptosystem)的构成
密码体制由以下五部分组成： ①明文空间M：全体明文的集合 ②密文空间C：全体密文的集合 ③密钥空间K：全体密钥的集合，K＝<Ke,Kd> ④加密算法E：一组由MC的加密变换 ⑤解密算法D：一组由CM的解密变换。解密变
密码学分类
CBC
• 每一个密文分组Y， 在用密钥K加密之前， 都要先跟下一个明文 分组相异或
密码学 20
使用图
密码学 21
CBC的特点
➢ 相同的明文在相同的密钥和IV作用下，产生相同的密文。 如果改变IV，或密钥，或第一个明文块，将会产生比不 同的密文
➢ 链式机制会使得密文cj与明文xj以前面所有的明文块 都有关系。这种关联表现在前面密文块的值上。因此， 密文块的重新排列会影响解密。一个密文块的正确破译 需要用到先前的密文块
钥不相同，从一个很难推出另一个。又称公开密钥算法
(public-key cipher)。公开密钥算法用一个密钥进行加密, 而
用另一个进行解密。其中的加密密钥可以公开,又称公开密
钥(public key)，简称公钥。解密密钥必须保密,又称私人密
钥(private key)。简称私钥
密码学 4
• 其中对密称密码钥算密法码又分可类分-为ii：i
• 加密映射的复杂度。算法的复杂度会影响执行时的开销， 包括硬件的和软件的(如门的数量和码或数据的长度)， 和实时性能(吞吐量)。有些算法的复杂度特别依赖于硬 件或是软件
• 数据的扩展。对明文加密不增加数据的长度通常是所希 望的，有时还是必需的。多名码置换和随机加密会引起
数据膨胀
• 错误增殖。有错误比特的解密可能会对恢复明文产生不
操作作用于全部数据
密码学 9
分组密码算法总体研究趋势
• 模型研究 • 选取适当的密码特性好的非线性模块
和线性模块，构造分组密码算法
密码学 10
Feistel 与SP相结合
密码学 11
Rijndael
• 不属于Feistel结构 • 加密、解密相似但不对称 • 支持128/32=Nb数据块大小 • 支持128/192/256(/32=Nk)密钥长度 • 有较好的数学理论作为基础 • 结构简单、速度快
《现代密码学基础》课件
RSA算法是一种常用的公钥加密算法，基于数论的难题，广泛应用于数字签名和密钥交换 等场景。
3 椭圆曲线算法
椭圆曲线算法是一种新兴的公钥加密算法，具有更短的密钥长度和更高的安全性。
消息认证码
消息认证码用于验证消息的完整性和真实性，常用于数据完整性校验和身份认证。
1 消息认证码概述
2 常用的消息认证码
总结
通过此课件，我们回顾了现代密码学的基础知识，并推荐了后续学习的方向。
《现代密码学基础》PPT 课件
现代密码学基础课程的PPT课件，包括密码学概述、对称加密算法、公钥加密 算法、消息认证码、密码学协议、密码学安全等内容。
密码学概述
密码学是研究信息安全和通信安全的一门学科，主要包括加密与解密技术、密钥管和认证协议 等内容。
1 密码学定义
密码学是研究信息安全和通信安全的一门学科，涉及加密与解密技术、密钥管理和认证 协议等内容。
消息认证码用于验证消息的完整性和真实性， 通常包括消息摘要和密钥。
• HMAC算法 • CMAC算法 • GMAC算法
密码学协议
密码学协议用于实现安全的通信和身份认证，常用于保护网络通信和数据传输的安全性。
1 密码学协议定义
2 常用的密码学协议
密码学协议用于实现安全的通信和身份认证， 通常包括密钥协商、身份认证和数据加密等 功能。
对称加密算法使用相同的密钥对信息进行加 密和解密，加密和解密过程效率高，但密钥 管理复杂。
2 常用的对称加密算法
• DES算法 • 3DES算法 • AES算法
公钥加密算法
公钥加密算法使用不同的密钥对信息进行加密和解密，具有更高的安全性。
1 公钥加密算法概述
公钥加密算法使用不同的密钥对信息进行加密和解密，提供更高的安全性和密钥管理的 便利。
密码学重要知识点总结
密码学重要知识点总结一、密码学的基本概念1.1 密码学的定义密码学是一门研究如何保护信息安全的学科，它主要包括密码算法、密钥管理、密码协议、密码分析和攻击等内容。
密码学通过利用数学、计算机科学和工程学的方法，设计和分析各种密码技术，以确保信息在存储和传输过程中不被未经授权的人所获得。
1.2 密码学的基本原理密码学的基本原理主要包括保密原则、完整性原则和身份认证原则。
保密原则要求信息在传输和存储过程中只能被授权的人所获得，而完整性原则要求信息在传输和存储过程中不被篡改，身份认证原则要求确认信息发送者或接收者的身份。
1.3 密码学的分类根据密码的使用方式，密码学可以分为对称密码和非对称密码两种。
对称密码是指加密和解密使用相同的密钥，而非对称密码是指加密和解密使用不同的密钥。
1.4 密码学的应用密码学广泛应用于电子商务、金融交易、通信、军事、政府和企业等领域。
通过使用密码学技术，可以保护重要信息的安全，确保数据传输和存储的完整性，以及验证用户的身份。
二、密码算法2.1 对称密码对称密码是指加密和解密使用相同的密钥。
对称密码算法主要包括DES、3DES、AES 等，它们在实际应用中通常用于加密数据、保护通信等方面。
对称密码算法的优点是加解密速度快，但密钥管理较为困难。
2.2 非对称密码非对称密码是指加密和解密使用不同的密钥。
非对称密码算法主要包括RSA、DSA、ECC等，它们在实际应用中通常用于数字签名、密钥交换、身份认证等方面。
非对称密码算法的优点是密钥管理较为方便，但加解密速度较慢。
2.3 哈希函数哈希函数是一种能够将任意长度的输入数据映射为固定长度输出数据的函数。
哈希函数主要用于数据完整性验证、密码存储、消息摘要等方面。
常见的哈希函数包括MD5、SHA-1、SHA-256等。
2.4 密码算法的安全性密码算法的安全性主要由它的密钥长度、密钥空间、算法强度和密码破解难度等因素决定。
密码算法的安全性是密码学研究的核心问题，也是密码学工程应用的关键因素。
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。
密码学分类
密码学分类密码学是研究信息安全及其保障的科学。
在现代信息社会，我们的个人、商业、政治信息都被广泛地传输和存储，且被复杂的通信网络所链接管理。
我们希望这些信息能够安全地保持机密性、完整性和可靠性，这样我们才能免于个人信息泄漏、经济损失、政治危机以及其他问题的影响。
在使用密码学领域的研究和应用时，信息的可靠性和安全性被更好地保证。
现代密码学可分为三个基本部分：保密性密码学（或称加密学）、完整性密码学、认证与密钥管理。
保密性密码学主要研究信息保密。
完整性密码学主要研究信息的完整性与真实性。
认证与密钥管理主要研究如何维护信息的安全性以及维护机密信息的密钥的正确使用。
保密性密码学也称加密学。
它研究信息保密，是所有密码学问题中最古老、最传统以及人们熟知的一部分。
现代密码体制是基于有限域群的数学概念构建的。
加密技术按照密钥的使用划分，可分成共享密钥和公钥密码两大类。
共享密钥密码学是指发送和接收双方共享一个密码密钥，使用该密钥进行加密解密。
公钥密码学是在密钥保管方面采取了分布式的方法，发送方使用公钥进行加密，接收方使用私钥进行解密。
常用算法有DES、AES、RSA等。
完整性密码学研究信息的完整性与真实性。
也称为数字签名，能够防止信息被篡改。
数字签名在现代通信协议和系统中有着广泛的应用。
完整性密码学常用算法有哈希函数、消息认证码、数字签名等。
认证与密钥管理主要研究如何维护信息的安全性以及维护机密信息的密钥的正确使用。
认证技术能够证明用户的身份真实性，保证用户在使用系统时所获得的权利是真实的、有效的。
密钥管理则主要解决密钥的分配、储存、更新及备份等问题。
常用的认证技术有对称密钥认证技术和公钥认证技术。
对称密钥认证技术包括密码验证码、挑战响应、双因素认证等。
公钥认证技术包括数字证书、SSL协议、S\textbackslash{}TTP协议等。
常用的密钥管理技术有密钥的生成和分配、密钥的维护与更新、密钥的验证与认证等，以及安全的密钥交换机制，如Diffie-Hellman密钥交换。
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。
密码学与网络信息安全
密码学与网络信息安全1.密码学概述1.1 密码学的定义和背景1.2 密码学的基本原理1.3 密码学的分类①对称密钥密码学②公钥密码学③哈希函数和消息认证码1.4 密码学在网络信息安全中的应用2.对称密钥密码学2.1 对称密钥密码学的基本概念2.2 对称密钥密码算法①数据加密标准（DES）②高级加密标准（AES）③国际数据加密算法（IDEA）2.3 对称密钥协商与管理①密钥交换协议②密钥管理机制3.公钥密码学3.1 公钥密码学的基本概念3.2 公钥加密算法① RSA算法②椭圆曲线密码算法（ECC）3.3 数字签名算法① RSA数字签名算法②数字签名与认证机构3.4 公钥证书和证书管理① X.509证书格式②证书颁发机构（CA）和证书链4.哈希函数与消息认证码4.1 哈希函数的定义与特性①哈希函数的安全性要求②常见的哈希函数算法4.2 消息认证码的概念与应用① HMAC算法②消息认证码在网络安全中的应用5.网络信息安全5.1 网络安全基础知识①威胁与攻击类型②网络安全防护措施5.2 网络通信的安全性保障①安全传输协议（SSL/TLS）②安全套接层与传输层安全性（SSL/TLS）的比较5.3 网络安全漏洞与威胁①漏洞扫描与漏洞利用②防火墙与入侵检测系统5.4 网络安全策略与管理①网络安全政策制定与实施②安全事件响应与处置附件：1.数据加密标准（DES）算法详细说明2.高级加密标准（AES）算法详细说明3.RSA算法的原理和应用4.椭圆曲线密码算法（ECC）详解5.HMAC算法的详细说明法律名词及注释：1.数据加密标准（DES）：一种对称密钥加密算法，由美国联邦于1977年发布。
2.高级加密标准（AES）：一种对称密钥加密算法，由美国国家标准与技术研究院于2001年发布。
3.公钥密码学：一种利用公钥和私钥进行加密与解密的密码学系统。
4.RSA算法：一种常见的公钥加密算法，基于数论问题的难解性。
5.椭圆曲线密码算法（ECC）：一种基于椭圆曲线数学的公钥密码算法，具有高安全性和高效性的特点。
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主要内容
• 算法分类 • 密码算法面临的问题和发展趋势 • 算法的使用 • 操作模式
密码学 2
密码算法分类-i
按照保密的内容分： ➢受限制的(restricted)算法：算法的保密
性基于保持算法的秘密。
➢基于密钥(key-based)的算法：算法的 保密性基于对密钥的保密。
密码学 3
➢流密码(stream cipher)：又称序列密码。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
密码学 6
密码算法分类-v
➢公开密钥密码: ➢大部分是分组密码，只有概率密码体制属
于流密码 ➢用法：每次对一块数据加密 ➢用途：数字签名,身份认证 ➢举例：RSA, ECC, ElGamal
同的影响，包括将错误传递到后面将要解密的明文块。
不同应用中可接受的错误不同。上面提到的分块大小很
明显的会影响到错误增殖
密码学 36
密码算法的使用
• 四个基本任务
– （1）算法—密码算法设计、评估、实现 – （2）生成使用该算法的秘密信息—密钥生成 – （3）研制秘密信息的分布与共享的方法—密
钥管理
• 加密映射的复杂度。算法的复杂度会影响执行时的开销， 包括硬件的和软件的(如门的数量和码或数据的长度)， 和实时性能(吞吐量)。有些算法的复杂度特别依赖于硬 件或是软件
• 数据的扩展。对明文加密不增加数据的长度通常是所希 望的，有时还是必需的。多名码置换和随机加密会引起
数据膨胀
• 错误增殖。有错误比特的解密可能会对恢复明文产生不
网络层： 路由、转发，拥塞控制
数据链路层： 成帧，差错控制、流量控 制，物理寻址，媒体访问 物控理制层： 缆线，信号的编码，网络 接插件的电、机械接口
ISO-OSI模型
分组 帧 PDU: Protocol Data Unit 密码学协3议9 数据单元
数据的封装
应用层 表示层
Sender
AApppplilcicaattioionn PPrreesseennttaattioionn
• 吞吐量。与加密映射的复杂度有关。还与执行时的方法 和平台有关
• 分块大小。影响安全和复杂度。(越大，安全性越好， 但执行时开销也越大)。也会影响性能，因为需要填充
密码学 35
对分组加密和操作模式的评估
• 分块大小。分块大小影响安全和复杂度。(越大，安全 性越好，但执行时开销也越大)。它也会影响性能，比 如要求填充
密码学 19
CBC
• 每一个密文分组Y， 在用密钥K加密之前， 都要先跟下一个明文 分组相异或
密码学 20
使用图
密码学 21
CBC的特点
➢ 相同的明文在相同的密钥和IV作用下，产生相同的密文。 如果改变IV，或密钥，或第一个明文块，将会产生比不 同的密文
➢ 链式机制会使得密文cj与明文xj以及前面所有的明文块 都有关系。这种关联表现在前面密文块的值上。因此， 密文块的重新排列会影响解密。一个密文块的正确破译 需要用到先前的密文块
操作作用于全部数据
密码学 9
分组密码算法总体研究趋势
• 模型研究 • 选取适当的密码特性好的非线性模块
和线性模块，构造分组密码算法
密码学 10
Feistel 与SP相结合
密码学 11
Rijndael
• 不属于Feistel结构 • 加密、解密相似但不对称 • 支持128/32=Nb数据块大小 • 支持128/192/256(/32=Nk)密钥长度 • 有较好的数学理论作为基础 • 结构简单、速度快
加密解密速度慢
密码学 7
现代常规分组加密算法—发展趋 势
• 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
• 新理论、新技术：量子密码、生物密码
密码学 8
对称密码算法简介
• 可变密钥长度: RC5 • 混合运算IDEA • 数据相关的圈数RC5 • 密钥相关的圈数CAST-128 • 密钥相关的S盒: Blowfish • 冗长密钥调度算法： Blowfish • 可变的F：CAST-128 • 发展趋势： • 可变长明文/密文块长度、可变圈数、每圈
密码学 27
OFB的特点
• 将分组密码作为同步序列密码运行的一种方法， 与 CFB 模式类似，所不同的是 OFB 是将前一 个 n-位输出分组送入队列最右端的位置
• 解密是其逆过程。在加解密两端，分组算法都以 加密模式使用
• 这种方法有时也叫做内部反馈(Internal Feedback)，因为反馈机制独立于明文和密文而 存在。
密码学 12
Rijndael安全性
• 没有发现弱密钥或补密钥 • 能有效抵抗目前已知的攻击算法
线性攻击 差分攻击
密码学 13
密码算法的使用
• 标准工作模式 • 如何用到实际工程之中构建安全的信息
传递通道
密码学 14
密码工作模式的目的
• 解决密钥的产生和使用问题
• 安全性依赖于基本密码，而不依赖模式。工作模 式不会损害算法的安全性
密码学 16
使用图
密码学 17
ECB的特点-1
• 相同的明文块在相同的密钥作用下产生相同的密 文(明文相同性)
• 明文块被相互独立的加密，密文块的重新排序会 引起相应明文的重新排序(前后关联性)
• 一个密文块中一位或几位比特位出现错误，它只 影响这个块本身的解密 (错误增殖)
密码学 18
• 独立地进行E加C解B密的，特因而点对-2整个明文序列的加解
密码学 31
计数模式
密码学 32
使用图
密码学 33
– 可以将分组密码计转换数为模序列式密码
– 可以并行实现 – 可以进行预处理 – 适用于高速网络 – 可以随机访问加密的数据分组 – 与CBC模式一样安全 – 可以处理任意长度的消息 – 误差传递：一个单元损坏只影响对应单元 – 对于每次加密，需要使用不同的密钥的计数器值 – 对明文的主动攻击是可能的：信息块可被替换、重放
密码学 46
软件保护
• 主要要求是防拷贝、反跟踪。 • 防拷贝：软件加密防伪，采用软件运行过
程中与定制硬件进行认证的方法，有效保 护电子产品的嵌入式软件设计，防止对产 品硬件的拷贝，保护电子产品的版权。 • 反跟踪技术
密码学 43
安全协议层
密码学 44
链路加密和端到端计原则
• 软件实现的要求：使用子块和简单的运算。密码
运算在子块上进行，要求子块的长度能自然地适 应软件编程，如8、16、32比特等 • 应尽量避免按比特置换，在子块上所进行的密码 运算尽量采用易于软件实现的运算。最好是用标 准处理器所具有的一些基本指令，如加法、乘法、 移位等
• 1980 年 12 月，FIPS81 标准化了为 DES 开发 的四种工作模式，这些工作模式可用于任何分组 密码：
电子密码本模式（ECB） 密码反馈模式（CFB） 密码分组链接模式（CBC） 输出反馈模式（OFB）
密码学 15
ECB • 一个明文分组加密成
一个密文分组，每个 明文分组都可被独立 地进行加解密，因而 对整个明文序列的加 解密可以以随机的顺 序进行
Receiver
AApppplilcicaattioionn PPrreesseennttaattioionn
SSeessssioionn TTrraannssppoorrtt
NNeettwwoorrkk DDaattaalilninkk PPhhyyssicicaall
OSI mnemonics All People Seem To Need Data Processing
密码学 28
比较
密码学 29
比较
密码学 30
• 是2001年计NIS数T公模布式的一(种C新M的) 操作模式，一般
作为分组密码到序列密码的的转换方式，可应用 于高速网络加密。除了密钥之外，还要求一个 IV(计数值) • 与OFB 类似，但是计数器值用于加密，而不是 密文反馈值 • 必须对每一个明文使用一个不同的密钥和计数值
Please Do Not Throw Sausage Pizza Away
密码学 40
加密的位置
密码学 41
各种加密位置包含的内容
密码学 42
网络各层的相关密码协议
• 链路层：链路隧道协议、加密技术 • 网络层：包过滤、IPSEC协议、VPN • 传输层/会话层 ：SSL 协议 • 应用层：SHTTP、PGP、S/MIME等
Virtual data flow
A
PA
会话层
SSeessssioionn
SPA
传输层
TTrraannssppoorrtt
TSPA
网络层
NNeettwwoorrkk
N T S PA
数据链路层 DDaattaalilninkk
DN T S PAD
物理层
PPhhyyssicicaall
Actual data flow
密码学 34
对分组加密和操作模式的评估
• 实际上有很多的标准：
• 安全等级评定。如果一种算法能经受住一段时间的分析 攻击，则其安全性会认为比没有受到这种攻击的要好。 这包括近来被提出或是获得好评的一些根据不同设计准 则而选用的一些算法。实际攻击所需要的密文数量要比 唯一解距离大的多
• 密钥的大小。密钥的有效比特长度，或者加密所用的密 钥空间，定义了密文安全的上限(考虑穷举法)。长的密 钥会要求额外的开销，如产生，传送，存储
密码学 22
CFB
• 加(解)密过程山一个 初始向量Y0 = IV开 始，通过加密前一密 文分组来产生当前分 组的密钥流元素