分组密码 4.3 穷举攻击
密码学分组密码
5. 数据扩展。一般无数据扩展，在采用同态置换和随机化 加密技术时可引进数据扩展。
6. 差错传播尽可能小。
设计分组密码常用的一些方法介绍 1. 代换
将n长的明文分组变换为唯一n长密文分组， 这样的变换是可逆的，称明文分组到密文 分组的可逆变换为代换。
D1（28 位）
8 2 16 1
（56 位） 置换选择 2
k1
(48 位)
循环左移
循环左移
Ci（28 位）
Di（28 位）
置换选择 2 ki
（56 位）
（48 位）
置换选择1和置换选择2
DES解密
和Feistel密码一样，DES的解密和加密使 用同一算法，只是子密钥的使用顺序相 反。
子密钥是独立产生的，可以独立存储。
DES加解密过程
令i表示迭代次数，表示逐位模2求和，f为加密函
数。DES的加密和解密过程表示如下。
加密过程：
L0R0 IP( 64bit输入码 )
பைடு நூலகம்
Li Ri1
i 1,2,,16
Ri Li1 f (Ri1, ki ) i 1,2,,16
64bit密文 IP1(R16L16 )
解密过程：
20 21 22 23 24 25
24 25 26 27 28 29
28 29 30 31 32 1
E的作用：
将32比特 的输入膨 胀为48比 特。
则输出为：B = t32 t1 t2 …… t32 t1
选择扩展运算：
12 34 56 78 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
第四章 密码学基础1
混乱：
指明文、密钥和密文之间的统计关系尽可能
复杂，使得攻击者无法理出三者的相互依赖 关系。
s-p网络的轮函数包括3个变换：代换、 置换、密钥混合。
4.3.2 DES数据加密标准
1 算法简介
数据加密标准(Data Encryption Standard,DES) 是使用 最广泛的密码系统。1973年美国国家标准局征求国家 密码标准文字，IBM公司于1974年提交，于1977年被 采纳为DES。 DES出现后20年间，在数据加密方面发挥了不可替代的 作用。20世纪90年代后，随着技术的发展，密钥长度 偏短，DES不断传出被破译的进展情况。1998年12月 美国国家标准局不再用DES作为官方机密，推荐为一般 商业应用，于2001年11月发布了高级加密标准 （AES）。
字母表是循环的，Z后面的是A，能定义替换
表，即密钥。 明文：a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t uvwxyz 密文: D E F G H I J K L M N O P Q R S T U VWXYZABC
Caesar算法能用如下公式表示： C=E(3,m)=(m+3) mod 26 如果对字母表中的每个字母用它之后的第k个 字母来代换，而不是固定其后面第3个字母， 则得到了一般的Caesar算法： C=E(k,m)=(m+k) mod 26
如果加密、解密用不同的密钥，是非对 称加密。图解
Ek1(P)=C
Dk2(C)=P Dk2(Ek1(P))=P
4.1.3密码的分类 1按应用技术分：
手工密码 机械密码 电子机内乱密码
通过电子电线，程序进行逻辑运算，以少量制乱
分组密码
密码类型
01 研究历史
03 设计分析
目录
02 研究内容 04 设计原则
05 AES征集
07 技术总结
目录
06 算法要求
分组密码(block cipher)的数学模型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变换成等长的输出数字（简称密文数字）序列。
研究历史
现代分组密码的研究始于 丰硕的研究成果。
对于分组密码，在早期的研究，基本上是围绕DES进行的，推出了一些类似的算法，例如：LOKI，FEAL， GOST等。进入20世纪90年代，人们对DES算法研究更加深入，特别是差分密码分析（differential cryptanalysis）和线性密码分析（linear cryptanalysis）的提出，迫使人们不得不研究新的密码结构。 IDEA密码打破了DES类密码的垄断局面，随后出现了SQUARE、SHARK、SAFER-64等采用了结构非常清晰的代替— 置换（SP）网络，每一轮由混淆层和扩散层组成，从理论上给出了最大差分特征概率和最佳线性逼近优势的界， 证明了密码对差分密码分析和线性密码分析的安全性。
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1997年-2000年，AES的征集掀起了分组密码研究的新高潮，15个AES候选算法反映了当前分组密码设计的水 平，也可以说是近几年研究成果的一个汇总。
目前分组密码所采用的整体结构可分为Feistel结构（例如CAST—256、DEAL、DFC、E2等）、SP网络（例如 Safer+、Serpent等）及其他密码结构（例如Frog和HPC）。加解密相似是Feistel型密码的一个实现优点，但它 在密码的扩散似乎有些慢，例如需要两轮才能改变输入的每一个比特。SP的网络结构非常清晰，S被称为混淆层 （非线性层），主要起混淆作用。P被称为扩散层，主要起扩散作用。
密码学课程设计
初始状态为(a_1,a_2,a_3)＝(1,0,1)，输出可由上表求出，其输出序列为10111011101…，周期为4 如果反馈函数f(a_1, a_2, …, a_n)是a_1, a_2, …, a_n的线性函数，则称为线性反馈移位寄存器（LFSR） f(a_1,a_2...a_n)=c_na_1⊕c_{n-1}a_2⊕...⊕c_2a_{n-1}⊕c_1a_n
二、序列密码
2.1原 理
2.1.1 LSFR
①密钥流的要求： 极大的周期：随机序列是非周期的，而按任何算法产生的序列都是周期的，因此应要求密钥流具有尽可能大的周期 良好的统计特性：随机序列有均匀的游程分布 游程：指序列中相同符号的连续段，其前后均为异种符号。 例如：……0 111 0000 10…… 注意：计算游程的时候要首尾相连计算，头和尾的两个0合在一起构成长度为2的0游程。 有长为3的1游程、长为4的0游程、长为1的1游程，长为2的0游程。一般要求其在周期内满足：同样长度的0游程和1游程的个数相等，或近似相等。 很高的线性复杂度：不能用级数较小的线性移位寄存器LFSR近似代替 用统计方法由密钥序列k_0k_1k_2…ki…提取密钥生成器结构或种子密钥在计算上不可行
1.3 安 全 性 分 析
① 穷举分析
移位密码穷举只需要n-1次。
乘数密码只需要 \varphi(n)-1 次。
放射密码只需要n\varphi(n)-1次。
② 统计特性分析
英语或者说任何自然语言都有固有的统计特性。可以根据字母频率进行破译。
同样，字母组合也有其统计特性。
可以根据其统计特性猜测置换的密文对应的明文。
序列\{a_i\}满足线性递推关系： a_{h+n}=c_ia_{h+n-1}⊕c_2a_{h+n-2}⊕...⊕c_na_h
密码算法是分组密码算法
密码算法是分组密码算法一、协议方信息1、提供方：＿___________________________2、使用方：＿___________________________二、协议背景分组密码算法是将明文数据分成固定长度的组（称为分组），然后对每个分组应用相同的加密或解密操作。
这种算法在现代密码学中具有重要地位，广泛应用于数据加密、身份验证、数字签名等领域。
三、分组密码算法的定义与特点11 定义分组密码算法是一种对称密钥密码算法，它将明文分成固定长度的分组，并对每个分组进行独立的加密或解密操作。
111 分组长度分组的长度通常为 64 位、128 位或 256 位等。
112 密钥长度密钥的长度也有多种选择，常见的有 128 位、192 位和 256 位等。
12 特点分组密码算法具有加密速度快、易于实现硬件加密、安全性高等优点。
121 加密确定性对于相同的明文分组和密钥，加密结果是唯一确定的。
122 扩散与混淆通过扩散和混淆操作，使明文和密文之间的统计关系变得复杂，增加密码分析的难度。
四、常见的分组密码算法21 DES（Data Encryption Standard）是一种早期的分组密码算法，分组长度为 64 位，密钥长度为 56 位。
211 算法原理基于置换和替换操作。
212 安全性分析由于密钥长度较短，安全性相对较低，已逐渐被更安全的算法取代。
22 AES（Advanced Encryption Standard）是目前广泛使用的分组密码算法，分组长度为 128 位，密钥长度可选择 128 位、192 位或 256 位。
221 算法优势具有高效性、安全性和灵活性。
222 应用场景在网络通信、存储加密等领域广泛应用。
五、分组密码算法的工作模式31 电子密码本模式（ECB）将每个明文分组独立加密，相同的明文分组得到相同的密文分组。
311 优点简单、易于实现。
312 缺点可能暴露明文的模式，安全性较低。
应用密码学第三章分组密码体制习题参考答案道
第三章习题1简述分组密码算法的基本工作原理。
答分组密码在加密过程中不是将明文按字符逐位加密而是首先要将待加密的明文进行分组每组的长度相同然后对每组明文分别加密得到密文。
分组密码系统采用相同的加密密钥和解密密钥这是对称密码系统的显著特点。
例如将明文分为m块0121mPPPP每个块在密钥作用下执行相同的变换生成m个密文块0121mCCCC每块的大小可以任意长度但通常是每块的大小大于等于64位块大小为1比特位时分组密码就变为序列密码如图是通信双方最常用的分组密码基本通信模型。
加密算法解码算法明文x密文y明文x密钥k密钥kkExykDyxAliceBob不安全信道安全信道密钥k攻击者图分组密码基本通信模型图在图中参与通信的实体有发送方Alice、接收方Bob。
而攻击者是在双方通信中试图攻击发方或者收方信息服务的实体攻击者经常也称为敌人、对手、搭线者、窃听者、入侵者等并且攻击者通常企图扮演合法的发送方或者接收方。
2为了保证分组密码算法的安全对分组密码算法的要求有哪些答为了保证分组密码的安全强度设计分组密码时应遵循如下的基本原则1分组长度足够长防止明文穷举攻击例如DESData Encryption Standard、IDEAInternational Data Encryption Algorithm等分组密码算法分组块大小为64比特在生日攻击下用322组密文破解成功概率为0.5同时要求32152642bitsMB大小的存储空间故在目前环境下采用穷举攻击DES、IDEA等密码算法是不可能而AES明文分组为128比特同样在生日攻击下用642组密文破解成功概率为0.5同时要求存储空间大小为644821282bitsMB采用穷举攻击AES算法在计算上就更不可行。
2 密钥量足够大同时需要尽可能消除弱密钥的使用防止密钥穷举攻击但是由于对称密码体制存在密钥管理问题密钥也不能过大。
3密钥变换足够复杂能抵抗各种已知攻击如差分攻击、线性攻击、边信道攻击等即使得攻击者除了穷举攻击外找不到其它有效攻击方法。
分组密码的攻击方法与实例分析
分组密码的攻击方法与实例分析快速发展的网络技术和普及了计算机的应用，已经成为现代社会的重要组成部分。
作为一种必要的措施，用信息安全技术来保护数据和系统安全受到了广泛重视。
其中，分组密码技术作为最常用的信息安全技术，被广泛地应用于网络安全、电子商务安全等领域，已经发展成为重要的数据保密手段和密码技术理论。
但是，无论是在实践中还是在理论中，由于其本身特点，分组密码技术面临着攻击方法，被攻破也是不可避免的。
首先，从定义来看，分组密码技术是通过将明文映射成一组加密码，使攻击者无法推测出原始信息，从而保证信息安全。
分组密码技术也是一种非对称加密，具有无法破解、保护信息安全等特点，可用于文本、图像、视频等的加密。
但由于其易受到统计攻击、差分攻击、伪造攻击等攻击，也严重影响了它的安全性。
首先，统计攻击是一种常见的攻击方法，可以破解分组密码技术。
统计攻击主要是通过分析给定的加密信息，从而推断出明文信息的过程。
统计攻击的执行者可以分析出加密信息中的特征，并与明文信息的特征做比较，从而推测出明文信息，实现对分组密码的破解。
其次，差分攻击也是分组密码的一种常见的攻击方法，原理是分析两个相邻密文的差分，以便破解给定的分组密码。
基本原理是：分析两个相邻的分组密文差分，推断出加密时所用的密钥流，从而实现对分组密码的破解。
此外，伪造攻击也是一种令人担忧的攻击方式，采用伪造攻击可以对分组密码产生威胁。
原理是：它可以将一个未经授权的加密信息伪装成一个由攻击者自己授权的消息，从而冒充有权用户拥有一个非法的加密信息。
伪造攻击可用于破解分组密码，实现对分组密码的攻击。
最后，编码攻击是指破解分组密码的攻击方式，它是通过攻破分组密码算法所实现的。
它在给定密钥的情况下，可以解密出明文信息，也可以破解出密钥结构，从而破解出分组密码。
以上三种攻击方式都可以对分组密码技术实施攻击，从而使信息安全受到威胁。
由此可见，尽管分组密码技术在信息安全方面有许多优势，但也必须对其进行有效的防范和攻击，才能使其真正成为信息安全的一大助力。
现代密码学知识点整理：
第一章 基本概念1. 密钥体制组成部分：明文空间，密文空间，密钥空间，加密算法，解密算法2、一个好密钥体制至少应满足的两个条件：（1）已知明文和加密密钥计算密文容易；在已知密文和解密密钥计算明文容易；（2）在不知解密密钥的情况下，不可能由密文c 推知明文3、密码分析者攻击密码体制的主要方法：（1）穷举攻击（解决方法:增大密钥量）（2）统计分析攻击（解决方法：使明文的统计特性与密文的统计特性不一样）（3）解密变换攻击（解决方法：选用足够复杂的加密算法）4、四种常见攻击（1）唯密文攻击：仅知道一些密文（2）已知明文攻击：知道一些密文和相应的明文（3）选择明文攻击：密码分析者可以选择一些明文并得到相应的密文（4）选择密文攻击：密码分析者可以选择一些密文，并得到相应的明文【注：✍以上攻击都建立在已知算法的基础之上；✍以上攻击器攻击强度依次增加；✍密码体制的安全性取决于选用的密钥的安全性】第二章 古典密码（一）单表古典密码1、定义：明文字母对应的密文字母在密文中保持不变2、基本加密运算设q 是一个正整数，}1),gcd(|{};1,...,2,1,0{*=∈=-=q k Z k Z q Z q q q（1）加法密码✍加密算法：κκ∈∈===k X m Z Z Y X q q ;,;对任意，密文为：q k m m E c k m od )()(+== ✍密钥量：q（2）乘法密码✍加密算法：κκ∈∈===k X m Z Z Y X q q ;,;*对任意，密文为：q km m E c k m od )(==✍解密算法：q c k c D m k mod )(1-==✍密钥量：)(q ϕ（3）仿射密码✍加密算法：κκ∈=∈∈∈===),(;},,|),{(;21*2121k k k X m Z k Z k k k Z Y X q q q 对任意；密文✍解密算法：q k c k c D m k mod )()(112-==- ✍密钥量：)(q q ϕ（4）置换密码✍加密算法：κσκ∈=∈==k X m Z Z Y X q q ;,;对任意上的全体置换的集合为，密文✍密钥量：!q ✍仿射密码是置换密码的特例3.几种典型的单表古典密码体制（1）Caeser 体制：密钥k=3（2）标准字头密码体制：4.单表古典密码的统计分析（1）26个英文字母出现的频率如下：频率 约为0.12 0.06到0.09之间 约为0.04 约0.015到0.028之间小于0.01 字母 e t,a,o,i.n,s,h,r d,l c,u,m,w,f,g,y,p,b v,k,j,x,q ,z【注：出现频率最高的双字母：th ；出现频率最高的三字母：the 】（二）多表古典密码1.定义：明文中不同位置的同一明文字母在密文中对应的密文字母不同2.基本加密运算（1）简单加法密码✍加密算法:κκ∈=∈====),...,(,),...,(,,11n n n n q n q n n k k k X m m m Z Z Y X 对任意设,密文：✍密钥量：n q（2）简单乘法密码✍密钥量：n q )(ϕ1.简单仿射密码✍密钥量：n n q q )(ϕ2.简单置换密码✍密钥量：n q )!(（3）换位密码✍密钥量：!n（4）广义置换密码✍密钥量：)!(n q（5）广义仿射密码✍密钥量：n n r q3.几种典型的多表古典密码体制（1）Playfair 体制：✍密钥为一个5X5的矩阵✍加密步骤：a.在适当位置闯入一些特定字母，譬如q,使得明文字母串的长度为偶数，并且将明文字母串按两个字母一组进行分组，每组中的两个字母不同。
第4讲 分组密码
1 替代 置换网格 (SPN) 替代-置换网格
整个加密函数如下： 整个加密函数如下：
w
0
← x
w1 ← g ( w 0 , k 1 )
w 2 ← g ( w1 , k 2 )
………
w ← g(wNr−2 , k Nr )
Nr
y ←w
Nr
1 替代 置换网格 (SPN) 替代-置换网格
解密函数如下： 解密函数如下：
与
πp：{1，2，…,lm}l→{1， ， ， ， 2，…, lm} ，
都是置换。 都是置换。
1 替代 置换网格 (SPN) 替代-置换网格
替代-置换网络（ 替代 置换网络（SPN）： 置换网络 ） 置换π 叫做 叫做S盒 字母 字母“ 置换πS叫做 盒(字母“S” 表示“ 表示“Substitution”（替代） （替代） 的第一个字母)它用一个 它用一个l比特 的第一个字母 它用一个 比特 的字符序列替代另一个l比特的 的字符序列替代另一个 比特的 字符序列；置换π 用来置换lm 字符序列；置换πP用来置换 个比特，称为P-置换 置换。 个比特，称为 置换。
3 数据加密标准 数据加密标准DES
4.3.1 DES算法描述 算法描述 4.3.2 DES安全分析 安全分析
3 数据加密标准 数据加密标准DES
DES 是 一 个 16 轮 的 Feistel 型结构密码。其中包括： 型结构密码。其中包括： 分组长度为64比特 分组长度为 比特 密钥长度为64比特 其中， 比特， 密钥长度为 比特，其中，使 用密钥为64比特 实用56比特 比特， 比特， 用密钥为 比特，实用 比特， 另8位用作奇偶校验 位用作奇偶校验 密文分组长度也为64比特 比特。 密文分组长度也为 比特。
分组密码——精选推荐
分组密码分组密码概述所谓分组密码，简单地说就是对明⽂进⾏分组，每组的长度都相同，然后对每组明⽂使⽤密钥进⾏加密得密⽂，解密即对每组明⽂使⽤密钥进⾏解密得到明⽂。
通常情况是明⽂、密⽂等长。
(好处是处理速度快，节约了存储，避免了浪费带宽.)1. 定义分组密码包含5个部分{M,C,K,E,D},M=F(2,n)明⽂空间K=F(2,k)密钥空间C=F(2,n)密⽂空间E加密变换；D解密变换明⽂m1m2……mn通过密钥k加密算法得到密⽂c1c2……cn分组密码是⼀种映射：E：M*K->CD：C*K->M注：分组密码实际上是{0,1,2,……,2^n-1}到其⾃⾝的⼀⼀映射，密钥k不同映射不同。
2. 基本要求分组长度⾜够长(防⽌明⽂穷举攻击)密钥长度⾜够长(防⽌密钥穷举攻击)加解密算法要⾜够复杂(能抗击各种已知攻击)3. 分组密码的原则为有效抵抗对密码体质的通知分析，⾹农提出了两个原则：扩展原则和混乱原则。
扩散：指每1bit明⽂的变化尽可能多地影响密⽂序列的bit，以隐蔽明⽂的统计特性，防⽌对密钥进⾏逐段攻击破译；混乱：指加密变换过程中明⽂、密钥以及密⽂之间的关系尽可能的复杂，以防⽌破译者采⽤统计分析⽅法进⾏攻击。
4. 分组密码的结构（SP⽹络）需求分析：⼀个分组密码既要难于分析(复杂)，⼜要易于实现(简单),迭代密码可克服这⼀对⽭盾。
其加密变换⼀般采取如下结构：由⼀个简单的函数F（易于实现）迭代若⼲次⽽形成。
其中Yi-1是第i轮迭代的输⼊，Yi是第i轮的输出，Zi由密钥k导出，这类密码即迭代密码。
如DES是16轮迭代密码，多次迭代可实现必要的混乱与扩散。
F函数采⽤代换置换结构，置换由P盒实现，起扩散作⽤，代换可提供混淆作⽤，其中代换被精⼼设计且起关键作⽤，⼈们常称其为“⿊盒⼦”。
SP结构具有雪崩效应，雪崩效应指输⼊（明⽂或密钥）即使只有很⼩的变化，也会导致输出（密⽂）产⽣巨⼤的变化。
第3章-分组密码体制(new)
图3.1 分组密码框图
分组密码实质上是字长为n的数字序列的代换密码。
与流密码比较：
与一组长为n的明文数字有关。
在相同密钥下，对长为n的输入明文组所实施的变换是 等同的，所以只需研究对任一组明文数字的变换规则。 用途： 易于构造伪随机数生成器、流密码、消息认证码 （MAC）和杂凑函数等， 消息认证技术、数据完整性机制、实体认证协议以及
价值20万美元的计算机改装成的专用解密机，用56小时破译了56 比特密钥
的DES。 美国国家标准和技术协会(NIST)已征集并进行了几轮评估、筛选，产
生了称之为AES(advanced encryption standard) 的新加密标准。
尽管如此，DES对于推动密码理论的发展和应用毕竟起了重大作用， 对于掌握分组密码的基本理论、设计思想和实际应用仍然有着重要的参考
单钥数字签字体制的核心组成部分。
对分组密码的要求：
安全性、运行速度、存储量（程序的长度、数据分组
长度、高速缓存大小）、实现平台（硬件、软件、芯片）、
运行模式等。 需要与安全性要求之间进行适当的折中选择。
通常取m=n。
若m>n，则为有数据扩展的分组密码； 若m<n，则为有数据压缩的分组密码。 在二元情况下，x和y均为二元数字序列，它们的每个分量 xi，yi∈GF(2)。
采用DES，于是便使用Feistel 网络作为DES 的要素之一。
思想：利用乘积密码可获得简单的代换密码，乘积密 码指顺序地执行两个或多个基本密码系统，使得最后结果 的密码强度高于每个基本密码系统。 Shannon提出的利用乘积密码实现混淆和扩散思想的 具体应用
1.Feistel加密结构
输入：长为2w的明文，分成左右 两半L0和R0，一个密钥K。 在进行完n轮迭代后，左右两半 再合并到一起以产生密文分组。 第i轮迭代的输入为前一轮输出 的函数：
分组密码的攻击方法与实例分析
分组密码的攻击方法与实例分析分组密码是现代信息安全的重要实施技术，用于保证信息的安全性和被动安全性，因此，保护分组密码不受攻击，破解或偷取分组密码密钥是信息安全领域研究者最关注的热点话题之一。
本文将介绍分组密码的攻击方法和实例分析，并讨论如何实施安全的分组密码系统。
一、分组密码的攻击方法1.暴力攻击暴力攻击是最基本的攻击方法，介绍这种攻击方法，指尝试在有限时间内尝试最大次数，以便尝试破译密钥。
穷举攻击是最基本的暴力攻击方法，它尝试穷举出所有可能的密钥，以尝试破译分组密码。
但是，由于密钥空间太大，它很难被成功完成。
2.钥分析攻击密钥分析攻击是破解密码最常用的方法，攻击者尝试分析分组密码发送出的密文的特性，以便确定密钥的空间。
这类攻击的典型例子是Cascade Attack即攻击者尝试分析发送的每组密文，识别其结构和特征，计算出可能的密钥空间，然后在此空间内进行穷举搜索。
3.钥推理攻击密钥推理攻击是通过分析所发送的密文产生可能的密钥选项，而不是穷举搜索。
攻击者通过计算出可能的密钥空间并根据发送的密文，以便计算出概率最高的密钥或尝试确定最可能的密钥。
4.控攻击键控攻击是攻击者尝试利用他们获得的统计信息来攻击分组密码系统。
它利用发送的密文来推断发送者使用的密钥，并利用这些密钥来解密未来的密文。
二、实例分析1.举攻击穷举攻击是最常用的攻击方法，一种典型的穷举攻击是集群计算，在这种情况下，攻击者可以使用一个庞大的计算机集群，共同计算出可能的密钥，以进行穷举攻击。
2.钥分析攻击密钥分析攻击是一种攻击方法，其目的是根据发送的密文的特性来对密钥的空间进行分析，以尝试确定可能的密钥。
一个典型的例子是基于位统计的攻击，它使用发送的密文的位统计特性来计算出可能的密钥。
3.钥推理攻击密钥推理攻击是根据发送的密文来推断可能的密钥空间，而不是穷举搜索。
典型的实例是攻击者使用发送的密文来推断发送者使用的密钥，后者使用这些密钥来解密未来的密文。
密码学笔记
要传递的确切的消息就是明文。
被加密之后的消息就称为Байду номын сангаас文。
将明文变为密文的过程就称为加密。
将密文变成明文的过程就叫解密。
而加密或者解密的方法（算法）就称为加密算法或者解密算法。
明文 ：伪装前的原始数据
密文 ：伪装后的数据
密钥 ：参与密码变换的参数
加密 ：伪装的过程
加密算法：用于对数据加密的一组数学变换
c. 图形图像
古典密码：
-代替密码（substitution cipher)
-置换密码(permutation cipher)，又称换位密码（transposition cipher)
古典密码的破译：
单表替换密码的破译：通过字母的使用频率破译、
移位密码的破译：移位密码分析
通常明文用P表示，密文用C表示。加密函数E作用于P得到密文C，可以表示为：
（2）从密文计算出明文部分信息应该是难的。
（3）从密文探测出简单却有用的事实应该是难的，
从攻击效果看，敌手可能达到以下结果：
（1）完全攻破。敌手找到了相应的密钥，从而可以恢复任意的密文。
（2）部分攻破。敌手没有找到相应的密钥，但对于给定的密文，敌手能够获得明文的特定信息。
（3）密文识别。如对于两个给定的不同明文及其中一个明文的密文，敌手能够识别出该密文对应于哪个明文，或者能够识别出给定明文的密文和随机字符串。
对称密钥密码又可分为：
分组密码（也称块密码）（每次对一块数据加密、多数网络加密应用、DES,IDEA,RC6,Rijndael）
流密码（序列密码）（每次对一位或一字节加密）
密码学的起源：
精品课件-应用密码学-3-分组密码概述
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分组密码的发展历史 民用 不存在陷门 足够的安全强度 标准化通信需求
10
分组密码的发展历史 1973年5月美国联邦政府提出征求在传输和存储数据中保护计
算机数据的密码算法的建议； 1975年3月，美国国家标准局(NBS) 首次公布IBM公司提出的算
法Lucifer中选； 1977年1月NBS正式向社会公布，采纳IBM公司设计的方案作为
5
分组密码定义
若分组密码明文块长度为64bits
64bits 明文 students
64bits computer
64bits learning
64bits are this
加密
加密
加密
加密
密文 ×××××××× ×××××××× ×××××××× ××××××××
64bits
64bits
64bits
扩散：明文和密钥中任何一比特值得改变，都会在某种程度上影 响到密文值的变化，以防止将密钥分解成若干个孤立的小部分， 然后各个击破。（扩散函数）
17
保密系统的安全性分析 及分组密码攻击手段
攻击目的 1. 完全破译：破译使用者的密钥 例：备用钥匙 2. 部分破译：恢复某些密文对应的明文 例：猜测出某些特定格式的明文 信函开头：DEAR ***
18
保密系统的安全性分析 及分组密码攻击手段
攻击种类 被动攻击：守株待兔
1. 唯密文攻击：密码分析者有一个或更多的用同一个密钥 加密的密文，通过对这些截获的密文进行分析得出明文 或密钥.
2. 已知明文攻击：除待解的密文外，密码分析者有一些明 文和用同一个密钥加密这些明文所对应的密文.
分组密码学
分组密码以及安全性研究1引言分组密码是对称密码学的一个重要分支，在信息安全领域发挥着极其重要的作用，其研究的主要内容包括分组密码的设计和分析这两个既相互对立又相互统一的方面。
一方面，针对已有的密码分析手段，密码设计者总希望设计出可以抵抗所有已知攻击的密码算法；另一方面，对已有的密码算法，密码分析者总希望可以找到算法的某些安全缺陷。
这两方面的研究共同推进了分组密码理论的发展。
2 分组密码2.1概念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变换成等长的输出数字（简称密文数字）序列。
分组密码的研究包括三方面：分组密码的设计原理，分组密码的安全性分析和分组密码的统计性能测试。
2.2内容目前对分组密码安全性的讨论主要包括差分密码分析、线性密码分析和强力攻击等。
从理论上讲，差分密码分析和线性密码分析是目前攻击分组密码的最有效的方法，而从实际上说，强力攻击是攻击分组密码最可靠的方法。
到目前为止，已有大量文献讨论各种分组密码的安全性。
与序列密码每次加密处理数据流的一位或一个字节不同，分组密码处理的单位是一组明文，即将明文消息编码后的数字序列m0,m1,m2,…,mi划分成长为L位的组m=(m0,m1,m2,…,mL-1),各个长为L的分组分别在密钥k=(k0,k1,k2,…,kt-1)（密钥长为t）的控制下变换成与明文组等长的一组密文输出数字序列c=(c0,c1,c2,…,cL-1)。
L通常为64或128。
设明文m与密文c均为二进制0、1数字序列，它们的每一个分量mi,ciεDF(2)(i=0,1,2,…,n-1),则明文空间为{0,1,…,2n-1},密文空间也为0,1,…,2n-1},分组密码是由密钥k=(k0,k1,k2,…,kt-1)确定的一个一一映射，也就是空间{0,1,…,2n-1},到自身的一个置换F，由于置换F是由密钥k所确定，一般地，我们把这个置换表示为C=Fk(m)。
信息安全技术复习资料
期末复习提纲– 信息安全技术一、概述1. 安全基本目标有哪些？其含义分别是什么？答：保密性：对信息的访问和公开进行授权限制，包括保护个人隐私和秘密信息。
保密性缺失的定义是信息的非授权泄露；（数据保密性：确保隐私或者秘密信息不向非授权者泄露，也不被非授权者使用。
隐私性：确保个人能够控制或确定与其自身相关的哪些信息是可以被收集、被保存的、这些信息可以被谁公开以及向谁公开。
）完整性：防止对信息的不恰当修改或破坏，包括信息的不可否认性和真实性。
完整性缺失的定义是对信息的非授权修改和毁坏。
（数据完整性：确保信息和程序只能以特定和授权的方式进行改变。
系统完整性：确保系统以一种正常的方式来执行预定的功能，免于有意或者无意的非授权操纵。
）可用性：确保对信息的及时和可靠的访问和使用。
可用性的缺失是对信息和信息系统访问和使用的终端确保系统能工作迅速，对授权用户不能拒绝服务。
真实性、认证/鉴别（Authentication）认证就是确认实体是它所声明的。
适用于用户、进程、系统、信息等可追溯性、审计（Accountability）确保实体的行为可以唯一追溯到该实体不可否认性（Non-repudiation ）要求无论发送方还是接收方都不能抵赖所进行的传输关键目标（CIA）：保密性、完整性、可用性。
2. OSI安全框架定义了哪三个方面？其中安全攻击被分成哪两个类别，有什么特点？分别有哪些实例？答：（1）OSI安全框架定义了：安全攻击、安全机制、安全服务三方面。
安全攻击：任何危及信息系统安全的行为安全机制：用来检测、组织攻击或者从攻击状态恢复到正常状态的过程（实现该过程的设备）安全服务：加强数据处理系统和信息传输的安全性的一种处理过程或通信服务。
其目的在于利用一种或多种安全机制进行反击。
（2）安全攻击被分为主动攻击和被动攻击。
主动攻击：包括对数据进行修改和伪造数据流。
可分为四类：伪装、重播、消息修改、拒绝服务。
（2.1）伪装：指某实体假装别的实体，伪装攻击还包含其他形式的主动攻击。
网络信息安全技术概论第三版答案
网络信息安全技术概论第三版答案第一章概论1、谈谈你对信息的理解.答：信息是事物运动的状态和状态变化的方式。
2、什么是信息技术?答：笼统地说，信息技术是能够延长或扩展人的信息能力的手段和方法。
本书中，信息技术是指在计算机和通信技术支持下，用以获取、加工、存储、变换、显示和传输文字、数值、图像、视频、音频以及语音信息，并且包括提供设备和信息服务两大方面的方法与设备的总称。
也有人认为信息技术简单地说就是3C：Computer＋Communication＋Control。
3、信息安全的基本属性主要表现在哪几个方面?答：（1）完整性（Integrity）（2）保密性（Confidentiality）（3）可用性（Availability）（4）不可否认性（Non-repudiation）（5）可控性（Controllability）4、信息安全的威胁主要有哪些?答：（1）信息泄露（2）破坏信息的完整性（3）拒绝服务（4）非法使用（非授权访问）（5）窃听（6）业务流分析（7）假冒（8）旁路控制（9）授权侵犯（10）特洛伊木马（11）陷阱门（12）抵赖（13）重放（14）计算机病毒（15）人员不慎（16）媒体废弃（17）物理侵入（18）窃取（19）业务欺骗等5、怎样实现信息安全?答：信息安全主要通过以下三个方面：A 信息安全技术：信息加密、数字签名、数据完整性、身份鉴别、访问控制、安全数据库、网络控制技术、反病毒技术、安全审计、业务填充、路由控制机制、公证机制等；B 信息安全管理：安全管理是信息安全中具有能动性的组成部分。
大多数安全事件和安全隐患的发生，并非完全是技术上的原因，而往往是由于管理不善而造成的。
安全管理包括：人事管理、设备管理、场地管理、存储媒体管理、软件管理、网络管理、密码和密钥管理等。
C 信息安全相关的法律。
法律可以使人们了解在信息安全的管理和应用中什么是违法行为，自觉遵守法律而不进行违法活动。
密码学复习资料
密码学复习资料一、DES1.穷举攻击分析（1）穷举攻击就是对所有可能的密钥逐个进行解密测试, 直到找到正确密钥为止的一种攻击方法.（2）穷举攻击判断正确密钥的方法将利用试验密钥解密得到的可能明文与已掌握的明文的信息相比较，并将最吻合的那个试验密钥作为算法输出的正确密钥。
（3）穷举攻击又称为穷尽攻击、强力攻击、蛮干攻击等。
只要明文不是随机的，就可实施穷举攻击。
2.简述DES算法中S盒的特点：答：（1）具有良好的非线性，既输出的每一个比特与全部输入比特有关；（2）每一行包括所有的16 种 4 位二进制；（3）两个输入相差 1bit 时，输出相差 2bit；（4）如果两个输入刚在中间2个比特上不同，则输出至少有两个比特不同；（5）如果两个输入前两位比特不同而最后两位相同，则输出一定不同；（6）相差 6bit 的输入共有 32 对，在这 32 对中有不超过 8 对的输出相同；（7）S 盒是 DES 中唯一非线性部分。
3.为什么二重DES 并不像人们想象的那样可以提高密钥长度到112bit，而相当于57bit？简要说明原因。
答：已知明文攻击可以成功攻击密钥长度为112位的二重DES，其计算量级位2的56次方，与攻击DES 所需的计算复杂度2的55次方相当，两者基本在同一个数量级，因此，二重DES并不能从根本上提高其安全性。
4.DES的S盒的设计标准:1.S盒的每一位输出都不是输入的线性或仿射函数。
2.S盒的输入发生1比特变化，输出至少有2比特发生变化。
3.当固定S盒的1位输入时，S盒的每一位输出中0和1的个数尽可能平衡。
5.在DES算法中，如果给定初始密钥K，经子密钥产生的各个子密钥都相同，则称该密钥K为弱密钥，DES算法弱密钥的个数为（4）6.DES算法可以划分两步：第一步是子密钥的生产，第二步是数据处理。
它的分组长度是64位，有效密钥长度56位。
3DES是DES 的一种变种，如它采用3个不同的工作密钥，使得整个密钥的长度为【168 】位。
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存储复杂性
存储复杂性为200个明密对。
四、穷举攻击实例
利用算法2进行穷举攻击
Step1：对每个可能的密钥 k (k 0,1,, 2256 1) ， 攻击者计算 E (k , m1 ) c1, E (k , m2 ) c2 , , E (k , m200 ) c200 判断下列等式是否全成立 c1 c1 , c2 c2 , ,c200 c200 当有不成立时，返回试验下一个可能密钥；当全成 立时，将 k 作为候选密钥； Step2：试验下一个可能密钥,当所有可能密 钥都检验完毕时，算法终止。
已知条件：
加密算法E，明文 m 及其对应的密文c，并已知 其它检验条件。
二、穷举攻击的基本方案
算法 1：
Step1：对每个可能的密钥 k，攻击者计算
E (k , m) c 并判断 c' c 是否成立。当它不成
立时，返回试验下一个可能密钥；当它成立时， 将 k 作为候选密钥，并执行 Step2 。
及对应的密文分组 c1 , c2 ,, c200 。 目的:求解加密密钥 kT 。
四、穷举攻击实例
利用算法1进行穷举攻击
Step1：对每个可能的密钥 k (k 0,1,, 2256 1) ， 攻击者计算 E (k , m1 ) c1 ，并判断 c1 c1 是否成立。 当它不成立时，返回试验下一个可能密钥；当它 成立时，将 k 作为候选密钥，并执行Step2 ；
三、不带校验的穷举攻击
候选密钥的个数
(1) K N
1 2K N 1
(2) K N
1 2K N 1
三、不带校验的穷举攻击
例如，对具有256比特密钥，128比特明文 分组的AES算法。
当利用1个已知的明文分组进行穷举攻击 时，由于密文比特数为128比特，候选密钥的 数量近似为 2256128 1 2128 。 当利用2个已知的明文分组进行穷举攻击 时，由于密文比特数为256比特，候选密钥的 数量近似为 2256256 1 2 。
成功率
计算复杂性
1 2
256 25600
1
1
平均计算复杂性为2255
Step2：利用其余的明密文对 k 作译报测试， 测试通过时输出k ，算法终止。否则返回Step1试 验下一个可能密钥。
四、穷举攻击实例
指标分析：
成功率
错误密钥通过的概率
( 1 200 ) 0 ， 128 2
因此通过检验的一定是正确密钥 。 算法
的成功率为1。
四、穷举攻击实例
计算复杂性
最小计算复杂性为1
四、穷举攻击实例
指标分析：
计算复杂性
计算复杂性为2256
候选密钥的个数
当利用200个已知的明文分组进行穷举攻 击时，由于密文比特数为25600比特，候选密 钥的数量近似为 225625600 1 1 。
四、穷举攻击实例
利用算法3进行穷举攻击
Step1：对每个可能的密钥 k (k 0,1,, 2256 1) ， 攻击者计算 E (k , m1 ) c1, E (k , m2 ) c2 , , E (k , m200 ) c200 判断下列等式是否全成立 c1 c1 , c2 c2 , ,c200 c200 当有不成立时，返回试验下一个可能密钥；当全成 立时，将 k 作为候选密钥，算法终止。
• 算法的存储复杂性
• 算法的数据复杂性
• 算法的计算复杂性
二、穷举攻击的基本方案
算法1的分析：
成功率
由于算法1一定能找到正确密钥， 故其成功率为1。
二、穷举攻击的基本方案
存储复杂性
算法1只需存储一个明文和一个密文，因而
存储复杂性可以忽略不计。
数据复杂性
算法1只需一个明文和一个密文，因而数据 复杂性为一对已知明密文。
(1) K N (2) K N
成功率为： 2 K N 1
1
成功率为： 2 K N 1 11来自三、不带校验的穷举攻击
计算复杂性
算法在检测完第 i 个试验密钥终止等价于 E(ki , m) c 且 t i ，都有 E(kt , m) c
(1) K N
p{(k , m) : E(k , m) c} 2 N ， 因而此时上述事件 有
一、穷举攻击基本思想
穷举攻击的基本思想：
分析者利用假设的密钥 k 对明文进行加密： k 为正确密钥 k 为错误密钥 E(k, m) = c E(k, m) = c 以概率p成立
判决方法：
E(k, m) ≠ c E(k, m) = c k 一定不是正确密钥 k 可能是正确密钥
二、穷举攻击的基本方案
算法2：
Step1：对每个可能的密钥k ，攻击者计算
E (k , m) c 并判断 c' c 是否成立。当它不成
立时，返回试验下一个可能密钥；当它成立时， 将 k 作为候选密钥。
三、不带校验的穷举攻击
算法2：
Step2：返回Step1检验下个可能密钥。当所
有可能密钥都检验完毕时，算法终止。 注：该算法穷举了密钥空间中所有元素，找到一 个候选密钥存储一个，算法最后输出的是一个候 选密钥集，且正确密钥必在其中。
二、穷举攻击的基本方案
算法 1：
Step2：利用其它条件对 k 作进一步检验，
检验通过时输出k，算法终止。否则返回 Step1
试验下一个可能密钥。 注：该算法是找到一个候选密钥就进行检验，只 要检验通过算法就中止。因此算法一定输出一个 正确密钥，但未必将密钥空间穷举。
二、穷举攻击的基本方案
评价一个攻击算法的优劣主要有 四个密不可分的指标: • 算法的成功率
比特，且
p{E(k , m) c} 2 N
。
三、不带校验的穷举攻击
正确密钥一定是候选密钥，错误密
钥通过检验的概率为 2 N.由于共有 2K 1 个
错误密钥,因而通过检验的错误密钥的期
望个数为 (2K 1) 2 N .这说明通过检验的
候选密钥的个数近似为
1 (2K 1) 2 N 1 2K N
发生的概率为 p( i) 2 N (1 2 N )i 1 ，其期望值为 2 N 。 平均计算复杂性为 2 N 。
(2) K N
算法3的平均计算复杂性就近似为算法1
的平均计算复杂性 2K 1。
四、穷举攻击实例
以密钥规模为256比特,分组规模为128比特
的AES算法为例，介绍穷举攻击的实现方案。 条件：已知200个明文分组 m1, m2 ,, m200
1 p ( i ) K 2 • 平均计算复杂性：
1 E ( ) i p( i ) K 2 i 1
2K
i
i 1
2K
2K 1 2 K 1 2
三、不带校验的穷举攻击
已知条件：
加密算法E，明文 m 及其对应的密文c，并已知
其它检验条件。
三、不带校验的穷举攻击
三、不带校验的穷举攻击
算法2的分析：
成功率
由于上述攻击方案对所有可能的密钥都进行 了测试，且不会漏掉正确密钥，因而成功率为1。
计算复杂性
由于攻击方案对所有2K个可能的密钥都进行测 试,因而计算复杂性为2K。
三、不带校验的穷举攻击
存储复杂性
存储复杂性是候选密钥的数量。
候选密钥的个数
设密钥的规模为K比特，明文分组规模为N
密码学
第四章
分组密码
4.3
穷举攻击
一、穷举攻击基本思想
穷举攻击是最基本的密码分析方法，它是 其它攻击方法的基础，其它的密码分析方法 都是穷举攻击的变形、推广和简化。
穷举攻击是攻击者依次试用密钥空间中的 密钥逐个对截获的密文进行脱密测试，从而找 出正确密钥的一种攻击方法。
一、穷举攻击基本思想
密码分析者的已知条件 （1）所需密文 （2）明文统计特性
当利用3个已知的明文分组进行穷举攻击 时，由于密文比特数为384比特，候选密钥的 数量近似为 2256384 1 2128 1 1 。
三、不带校验的穷举攻击
算法 3：
Step1: 对每个可能的密钥 k ，攻击者计算
E (k , m) c ，并判断 c' c 是否成立。不成立时，
二、穷举攻击的基本方案
计算复杂性
以所需要检验的密钥个数来衡量计算复杂性。
设密钥的规模为K 比特，明文分组规模为N比特。
• 最小计算复杂性为 1 • 最大计算复杂性为 2 K
二、穷举攻击的基本方案 设需依次穷举的密钥为 k1 , k2 , , k K 2 并假设正确密钥 k 的出现是随机的，即
（3）密码算法
（4）密钥空间及其统计特性
对密码分析者来说，只有密钥是保密的。
一、穷举攻击基本思想
穷举攻击的基本思想：
分析者利用假设的密钥 k 对密文进行脱密： k 为正确密钥 k 为错误密钥 D(c, k) = m D(c, k) = m 以很小的概率成立
判决方法：
D(c, k) ≠ m D(c, k) = m k 一定不是正确密钥 k 可能是正确密钥
返回Step1试验下一个可能密钥，否则将k 作为候选 密钥 ，算法终止。 注：该算法只要有一个密钥通过检验，就输出该 密钥并中止算法。
三、不带校验的穷举攻击
算法3的分析：
设密钥的规模为K比特，明文分组规模为N
比特。
成功率：算法3输出的候选密钥必然属于算法2 输出的候选密钥集合，因此，算法3的成功率就 是输出的候选密钥恰是正确密钥的概率。