密码学概论精选 课件

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数学分析法

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2.2.3 密码分析的攻击类型

惟密文攻击(Cipher text-only attack)


在惟密文攻击中，密码分析者知道密码算法，但仅 能根据截获的密文进行分析，以得出明文或密钥。 由于密码分析者所能利用的数据资源仅为密文，这 是对密码分析者最不利的情况。

密码学中亘古不变的真理

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2.2.3 密码分析的攻击方法

穷举攻击法（强力攻击）


对截获到的密文尝试遍历所有可能的密钥，直到获得了 一种从密文到明文的可理解的转换； 使用不变的密钥对所有可能的明文加密，直到得到与截 获到的密文一致为止。

统计分析法

指密码分析者根据明文、密文和密钥的统计规律来破译 密码的方法。 指密码分析者针对加解密算法的数学基础和某些密码学 特性，通过数学求解的方法来破译密码。
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密码算法的保密性


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2.2.3 密码分析

密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学


密码编码学:研究如何对消息进行变换，防止明文 被窃取，进而被解读和利用。 密码分析学:研究在不知道密钥的情况下，如何尽 快恢复出明文或密钥。密码分析也可以发现密码体 制的弱点。 只有密码分析家才能评判密码体制的安全性！
2.2.2 密码系统模型

加密算法通常采用的两个基本方法


替换法(Substitution)：将明文消息的每个字母（单 词）替换为其它字母（单词）。 变换法(Transposition)：将明文消息的字母重新排 列组合而得到密文。 必须是基于保持密钥的秘密，而不是基于加解密算 法的秘密。（现代密码vs古典密码）。 若是基于加解密算法的秘密，则成为受限制的算法 ，如换位密码。
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2.1.1 密码学与数学的联系

近代数学对现代密码学的影响




近代数学在现代密码研究中的应用比比皆是 ，如群论 在分组密码中的应用，利用置换概念实现轮函数的扩散 性等。（对称密码体制） 有限域上椭圆曲线理论，多项式理论和陷门单向函数等 使密码学与数学的关系越来越紧密。 （非对称密码体 制） 在生成密钥序列的对象中，布尔函数的一些特殊结构起 到了很大的作用。 就数理逻辑来说，BAN逻辑已延伸到网络协议的逻辑认 证等方面，如网络安全协议以及电子交易的防抵赖协议 的形式化分析。
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网络计算时代


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2.2 密码学的基本概念

2.2.1 基本术语 2.2.2 密码系统模型 2.2.3 密码分析攻击 2.2.5 密码系统的安全性
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2.2.1 基本术语

明文与明文空间

需要加密的信息称为明文。明文的取值范围称为明文空 间。 明文经过隐藏（加密）形成密文。密文的取值范围称为 密文空间。 在明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的 参数。密钥的取值范围称为密钥空间。
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2.1.1 密码学与数学的联系

基础数论在密码学中的作用



基础数论作为一门古老的数学学科，在整个数学学科中 占有非常重要的地位。古典密码机制，如加法、乘法密 码，实质上就用到了数论中同余的概念。 数论理论在近代密码学的研究中发挥了前所未有的生命 力。最典型的是影响广泛的RSA公钥密码体制，它的基 础是数论的欧拉定理，其安全性依赖于大数的因素分解 的困难性。 数论中的许多基本内容，如同余理论、中国剩余定理、 高次剩余理论等，在新型密码体制、密钥分配与管理、 数字签名、身份认证等方面有直接的应用。
密码算法、明文空间、密文空间以及密钥空间。

密码系统

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2.2.2 密码系统模型

加密：C=E(K1,M) 解密：M=D(K2,C) 密码等式：M=D(K2, E(K1,M)) 加密密钥K1和解密密钥K2是否相同是密码算法的分 类依据之一。
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密文与密文空间


密钥与密钥空间


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2.2.1 基本术语

加密和解密（算法）


为了隐藏明文，对明文实施的一系列变换过程，称为加 密（算法），所使用的密钥称为加密密钥。 反之，为还原明文对密文施加的一系列逆变换，称为解 密（算法），所使用的密称钥为解密密钥。

密码算法

加密算法和解密算法统称为密码算法。
信息安全概论
电子科技大学出版社 2007年8月
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第2章 密码学概述

2.1 密码学简介 2.2 密码学基本概念 2.3 古典密码
2.4 基础数论
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2.1 密码学概述

2.1.1 密码学与数学的联系 2.1.2 密码学的发展历史
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Hale Waihona Puke 已知明文攻击 (Known-plain text attack)


已知明文攻击是指密码分析者除了有截获的密文外 ，还有一些已知的“明文—密文对”来破译密码。 密码分析者的任务目标是推出用来加密的密钥或某 种算法，这种算法可以对用该密钥加密的任何新的 消息进行解密。
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2.1.2 密码学的发展历史

朴素密码时代

密码学的渊源可追溯到古代社会中的行帮暗语、黑帮 行话和隐写术等。 随着战争的出现，通信的保密性成为必然的需求。 古典密码采用手工或机械变换的方式实现。 古典密码体制可分为单表替代密码和多表替代密码。 单表替代密码： Caesar密码（据传为凯撒使用）。 多表替代密码： Engima密码（二战时德国使用）。

古典密码时代

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2.1.2 密码学的发展历史

电子计算时代



1949年Shannon发表《保密系统的通信理论》，为密 码学奠定了理论基础。 1976年Diffe和Hellman发表了《密码学的新方向》， 提出了一种崭新的密码设计思想——公钥加密体制。 1977年美国国家标准局正式公布了《数据加密标准 (DES)》。 随着网络技术的迅速发展和高性能计算机的问世，密 码学重新引起了人们的极大关注。 1997年美国开始征集新一代数据加密标准AES。