信息认证技术
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第三章 信息认证技术
3.1 Hash函数和消息完整性 3.2 数字签名技术 3.3 身份识别技术 3.4 认证的具体实现
认证的目的
认证的目的有两个方面： 一是验证信息的发送者是合法的，而不是冒充
的，即实体认证，包括信源、信宿的认证和识 别； 二是验证消息的完整性，验证数据在传输和存 储过程中是否被篡改、重放或延迟等。
MD-4算法设计目标
安全性。找到两个具有相同散列值的消息在计算上不可 行，不存在比穷举攻击更有 效的攻击。
直接安全性。MD-4的安全性不基于任何假设，如因子 分解的难度。
速度。MD-4适用于软件实现，基于32位操作数的一些 简单位操作。
简单性和紧凑性。MD-4尽可能简单，没有大的数据结 构和复杂的程序。
基本概念（续）
Hash函数一般满足以下几个基本需求： （1）输入x可以为任意长度； （2）输出数据长度固定； （3）容易计算，给定任何x，容易计算出x的 Hash值H(x)； （4）单向函数：即给出一个Hash值，很难反 向计算出原始输入； （5）唯一性：即难以找到两个不同的输入会得 到相同的Hash输出值（在计算上是不可行的）。
F(X ,Y, Z) (X Y ) ((X ) Z) G(X ,Y, Z) (X Z) (Y (Z))
H(X,Y,Z) X Y Z I (X ,Y, Z) Y (X (Z))
( 是异或，是与， 是或， 是反。)
MD-5的基本运算（续）
CLSs是32bit的移位寄存器，存数循环左移位。 第一轮={7，12，17，22} 第二轮={5，9，14，20} 第三轮={4，11，16，23} 第四轮={6，10，15，21}
有利的Little-Endian结构。MD-4最适合微处理器结构， 更大型、速度更快的计算机要作必要的转化。
MD-5算法（一个512bit分组的处理示意图 ）
MD-5算法的步骤
（1）首先填充消息使长度恰好为一个比512bit的倍数 仅少64bit的数。填充的方法是附一个1在消息的后面， 后接所要求的多个0，然后在其后附上64位的填充前的 消息长度。这样可对明文输入按512bit分组， 得bit的Y0 ,字Y1。,YL1 。其中，每个为512bit，即16个长为32
3.1 Hash函数和消息完整性
本节提示： 3.1.1基本概念 3.1.2常见的Hash函数 3.1.3消息认证码
3.1.1 基本概念
Hash函数也称为杂凑函数或散列函数，其输 入为一可变长度x，返回一固定长度串，该串被 称为输入x的Hash值（消息摘要），还有形象 的说法是数字指纹。
因为Hash函数是多对一的函数，所以一定将某 些不同的输入变化成相同的输出。这就要求给 定一个Hash值，求其逆是比较难的，但给定的 输入计算Hash值必须是很容易的，因此也称 Hash函数为单向Hash函数。
Xk为消息的第 q（512bit）组中的第 k 个字
（32bit）。 每次将A,B,C,D分别加上a,b,c,d，然后用下一分组数
据继续运行算法，最后输出是A,B,C,D的级联。
பைடு நூலகம்
其他算法
SHA(Security Hash Algorithm)算法是美国 的NIST和NSA设计的一种标准Hash算法， SHA用于数字签名的标准算法DSS中，也是安 全性较高的一个Hash算法。该算法的输入消息 长度小于bit，最终的输出结果值为160bit。 SHA与MD-4相比较而言，主要是增加了扩展 变换，将前一轮的输出加到下一轮的，这样增 加了雪崩效应。而且由于其160 bit的输出，对 穷举攻击更有抵抗力。
GOST算法，SNEFRU算法等。另外可将标准 分组算法通过级连、迭代也能构造出优秀的 Hash算法。
关于Hash函数的安全性设计的理论主要有两点： 一个是函数的单向性，二是函数影射的随机性。
攻击Hash函数的典型方法
生日攻击的基本观点来自于生日问题：在一个 教室里最少有多少学生时，可使得在这个教室 里至少有两个学生的生日在同一天的概率不小 于50%？这个问题的答案是23。这种攻击不涉 及Hash算法的结构，可用于攻击任何Hash算 法。目前为止，能抗击生日攻击的Hash值至少 要达到128bit。
Hash函数的其他性质
Hash值的长度由算法的类型决定，与输入的消 息大小无关，一般为128或者160位。常用的 单向Hash算法有MDS、SHA-l等。
Hash函数的一个主要功能就是为了实现数据完 整性的安全需要。
Hash函数可以按照其是否有密钥控制分为两 类：一类有密钥控制，以表示，为密码Hash函 数；另一类无密钥控制，为一般Hash函数。
是32Tbit的随机数源。
MD-5的基本运算
MD-5的基本运算（续）
MD-5是四轮运算，每轮输出为128bit，每轮又要进行 16步迭代运算，四轮共需64步完成。
a,b, c, d 即缓存中的四个字，按特定次序变化。
g 是基本逻辑函数 F,G, H , I 中之一，算法中每一轮用其
中之一。
（2）128bit的输出可用下述四个32bit字：A，B，C， D表示。其初始存数以十六进制表示为： A=01234567，B=89ABCDEF，C=FEDCBA98， D=76543210。
（3）算法的主循环次数为消息中按512bit进行分组的
分输组入数的，第每q 次组对51521b2itb数it（据1，6在-字各）轮组中进参行加运运算算，。TY1q,表,示64 为64个元素表，分四组参与不同轮的计算。T i的整数 部分是232 abssini，i 是弧度。T i 可用32bit二元数表示，
中途相遇攻击这是一种选择明文/密文的攻击， 主要是针对迭代和级连的分组密码体制设计的 Hash算法。
3.1.2常见的Hash函数
MD4算法 MD5算法 SHA算法
MD-4算法
MR-4是Ron Rivest设计的单向散列函数， MD表示消息摘要（Message Digest），对输
入消息，算法产生128-位散列值
3.1 Hash函数和消息完整性 3.2 数字签名技术 3.3 身份识别技术 3.4 认证的具体实现
认证的目的
认证的目的有两个方面： 一是验证信息的发送者是合法的，而不是冒充
的，即实体认证，包括信源、信宿的认证和识 别； 二是验证消息的完整性，验证数据在传输和存 储过程中是否被篡改、重放或延迟等。
MD-4算法设计目标
安全性。找到两个具有相同散列值的消息在计算上不可 行，不存在比穷举攻击更有 效的攻击。
直接安全性。MD-4的安全性不基于任何假设，如因子 分解的难度。
速度。MD-4适用于软件实现，基于32位操作数的一些 简单位操作。
简单性和紧凑性。MD-4尽可能简单，没有大的数据结 构和复杂的程序。
基本概念（续）
Hash函数一般满足以下几个基本需求： （1）输入x可以为任意长度； （2）输出数据长度固定； （3）容易计算，给定任何x，容易计算出x的 Hash值H(x)； （4）单向函数：即给出一个Hash值，很难反 向计算出原始输入； （5）唯一性：即难以找到两个不同的输入会得 到相同的Hash输出值（在计算上是不可行的）。
F(X ,Y, Z) (X Y ) ((X ) Z) G(X ,Y, Z) (X Z) (Y (Z))
H(X,Y,Z) X Y Z I (X ,Y, Z) Y (X (Z))
( 是异或，是与， 是或， 是反。)
MD-5的基本运算（续）
CLSs是32bit的移位寄存器，存数循环左移位。 第一轮={7，12，17，22} 第二轮={5，9，14，20} 第三轮={4，11，16，23} 第四轮={6，10，15，21}
有利的Little-Endian结构。MD-4最适合微处理器结构， 更大型、速度更快的计算机要作必要的转化。
MD-5算法（一个512bit分组的处理示意图 ）
MD-5算法的步骤
（1）首先填充消息使长度恰好为一个比512bit的倍数 仅少64bit的数。填充的方法是附一个1在消息的后面， 后接所要求的多个0，然后在其后附上64位的填充前的 消息长度。这样可对明文输入按512bit分组， 得bit的Y0 ,字Y1。,YL1 。其中，每个为512bit，即16个长为32
3.1 Hash函数和消息完整性
本节提示： 3.1.1基本概念 3.1.2常见的Hash函数 3.1.3消息认证码
3.1.1 基本概念
Hash函数也称为杂凑函数或散列函数，其输 入为一可变长度x，返回一固定长度串，该串被 称为输入x的Hash值（消息摘要），还有形象 的说法是数字指纹。
因为Hash函数是多对一的函数，所以一定将某 些不同的输入变化成相同的输出。这就要求给 定一个Hash值，求其逆是比较难的，但给定的 输入计算Hash值必须是很容易的，因此也称 Hash函数为单向Hash函数。
Xk为消息的第 q（512bit）组中的第 k 个字
（32bit）。 每次将A,B,C,D分别加上a,b,c,d，然后用下一分组数
据继续运行算法，最后输出是A,B,C,D的级联。
பைடு நூலகம்
其他算法
SHA(Security Hash Algorithm)算法是美国 的NIST和NSA设计的一种标准Hash算法， SHA用于数字签名的标准算法DSS中，也是安 全性较高的一个Hash算法。该算法的输入消息 长度小于bit，最终的输出结果值为160bit。 SHA与MD-4相比较而言，主要是增加了扩展 变换，将前一轮的输出加到下一轮的，这样增 加了雪崩效应。而且由于其160 bit的输出，对 穷举攻击更有抵抗力。
GOST算法，SNEFRU算法等。另外可将标准 分组算法通过级连、迭代也能构造出优秀的 Hash算法。
关于Hash函数的安全性设计的理论主要有两点： 一个是函数的单向性，二是函数影射的随机性。
攻击Hash函数的典型方法
生日攻击的基本观点来自于生日问题：在一个 教室里最少有多少学生时，可使得在这个教室 里至少有两个学生的生日在同一天的概率不小 于50%？这个问题的答案是23。这种攻击不涉 及Hash算法的结构，可用于攻击任何Hash算 法。目前为止，能抗击生日攻击的Hash值至少 要达到128bit。
Hash函数的其他性质
Hash值的长度由算法的类型决定，与输入的消 息大小无关，一般为128或者160位。常用的 单向Hash算法有MDS、SHA-l等。
Hash函数的一个主要功能就是为了实现数据完 整性的安全需要。
Hash函数可以按照其是否有密钥控制分为两 类：一类有密钥控制，以表示，为密码Hash函 数；另一类无密钥控制，为一般Hash函数。
是32Tbit的随机数源。
MD-5的基本运算
MD-5的基本运算（续）
MD-5是四轮运算，每轮输出为128bit，每轮又要进行 16步迭代运算，四轮共需64步完成。
a,b, c, d 即缓存中的四个字，按特定次序变化。
g 是基本逻辑函数 F,G, H , I 中之一，算法中每一轮用其
中之一。
（2）128bit的输出可用下述四个32bit字：A，B，C， D表示。其初始存数以十六进制表示为： A=01234567，B=89ABCDEF，C=FEDCBA98， D=76543210。
（3）算法的主循环次数为消息中按512bit进行分组的
分输组入数的，第每q 次组对51521b2itb数it（据1，6在-字各）轮组中进参行加运运算算，。TY1q,表,示64 为64个元素表，分四组参与不同轮的计算。T i的整数 部分是232 abssini，i 是弧度。T i 可用32bit二元数表示，
中途相遇攻击这是一种选择明文/密文的攻击， 主要是针对迭代和级连的分组密码体制设计的 Hash算法。
3.1.2常见的Hash函数
MD4算法 MD5算法 SHA算法
MD-4算法
MR-4是Ron Rivest设计的单向散列函数， MD表示消息摘要（Message Digest），对输
入消息，算法产生128-位散列值