大学信息安全原理及应用第2讲密码学理论基础
网络信息安全中的密码学原理与应用
网络信息安全中的密码学原理与应用密码学是研究如何保护信息安全的学科，在网络信息安全领域起着至关重要的作用。
本文将深入探讨网络信息安全中的密码学原理与应用，旨在帮助读者全面了解密码学对网络安全的重要性及其具体运用。
一、密码学基础概述密码学是一门古老而且复杂的学科，它的核心目标是保护信息的机密性、完整性和可用性。
密码学的基础可以追溯到古代时期，但随着现代计算机技术的发展，密码学的应用范围也逐渐扩大，成为网络安全的重要组成部分。
密码学的基本原理包括对称密码和非对称密码。
对称密码使用相同的密钥加密和解密信息，常见的对称密码算法有DES、3DES和AES 等；而非对称密码则使用公钥和私钥进行加密和解密，公钥用于加密，私钥用于解密，著名的非对称密码算法有RSA。
二、密码学在网络通信中的应用1. 数据加密保密性网络通信中，特别是在互联网上，数据传输的安全性是至关重要的。
通过使用密码学原理中的对称和非对称密码算法，可以对敏感数据进行加密，保护其机密性。
加密后的数据只能通过正确的密钥进行解密，对于未授权的用户来说，这些数据将是完全无法理解和读取的。
2. 身份认证与数字签名密码学可用于实现身份认证和数字签名机制。
通过非对称密码算法，可以为用户生成一对公钥和私钥，公钥可以在网络上公开，用于加密数据，而私钥则只有用户本人拥有。
当其他用户收到通过公钥加密的数据时，可以通过使用私钥解密数据来验证发送者的真实身份。
数字签名则可以用于验证电子文档的真实性和完整性，一旦文档被篡改，数字签名将会失效。
三、密码学在网络应用中的具体案例1. 虚拟私人网络（VPN）虚拟私人网络是一种通过公共网络建立加密通信的技术，可以保证数据在传输过程中的机密性和完整性。
密码学在VPN中发挥着重要作用，通过使用对称密码算法对数据进行加密，确保只有合法用户才能解密和读取数据。
2. 安全电子邮件通信在电子邮件通信中，保护电子邮件的机密性和完整性是非常重要的。
[课件]第2讲 密码学的基本概念和理论基础PPT
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20
（3）公元前50年，著名的恺撒大帝发明了一种密码叫做恺 撒密码。在恺撒密码中，每个字母都与其后第三位的字母 对应，然后进行替换。如果到了字母表的末尾，就回到开 始，如此形成一个循环。当时罗马的军队就用恺撒密码进 行通信。 恺撒密码明文字母表：A B C D E F G … X Y Z 恺撒密码密文字母表：D E F G H I J …A BC 26个字符代表字母表的26个字母，从一般意义上说，也可 以使用其它字符表，一一对应的数字也不一定要是3，可 以选其它数字。
3. 密码系统
一个好的密码系统应满足： 系统理论上安全，或计算上安全（从截获的密文或已知 的明文-密文对，要确定密钥或任意明文在计算上不可行 ）； 系统的保密性是依赖于密钥的，而不是依赖于对加密体 制或算法的保密； 加密和解密算法适用于密钥空间中的所有元素； 系统既易于实现又便于使用。
第2阶段：常规现代密码学,从1949年到1975年。
标志：1949年Shannon发表的《保密系统的信
息理论》一文。信息论为对称密码系统建立了理 论基础，从此密码学成为一门科学。
以及《破译者》的出版和美国数据加密标准DES
的实施，标志着密码学的理论与技术的划时代的 革命性变革，宣布了近代密码学的开始。
明文X 加密机 密文Y
原来的明文X
解密机
单钥密码的加密、解密过程
8
双密钥系统又称为非对称密码系统或公开密钥系统。双密钥 系统有两个密钥，一个是公开的，用K1表示，谁都可以使 用；另一个是私人密钥，用K2表示。
K1 明文X 加密算法 密文Y K2 解密算法
原来的明文X
双钥密码的加密、解密过程
双密钥系统的主要特点是将加密和解密密钥分开。即用公 开的密钥K1加密消息，发送给持有相应私人密钥K2的人， 只有持私人密钥K2的人才能解密；而用私人密钥K2加密的 消息，任何人都可以用公开的密钥K1解密，此时说明消息 来自持有私人密钥的人。前者可以实现公共网络的保密通 信，后者则可以实现对消息进行数字签名。
密码学的基本原理和应用
密码学的基本原理和应用密码学（Cryptology）是研究如何保护信息的学科，它主要涉及到两个方面：加密（Encryption）和解密（Decryption）技术。
加密技术是将明文（Plaintext）转化为密文（Ciphertext），以便在传输时保护信息不被窃取或篡改；解密技术是将密文转化为明文，以便信息接收方能正常理解。
密码学已经成为当今信息时代的重要支撑之一，它的应用范围广泛，从普通的数据传输到电子商务、金融、军事等领域。
本文将介绍密码学的基本原理和应用。
一、密码学的基本原理密码学的基本原理是基于数学的算法来实现加密和解密。
1. 对称加密算法（Symmetric Cryptography）对称加密算法采用同一密钥对明文进行加密和密文进行解密，即接收方和发送方都拥有同样的密钥。
在对称加密算法中，最常见的是DES（Data Encryption Standard）算法。
DES算法是一种基于置换和代换的密码算法，它将64位明文分为两个32位的半块，然后进行16轮的加密和解密，使用密钥可以在加密和解密中完成。
2. 非对称加密算法（Asymmetric Cryptography）非对称加密算法采用两个密钥，一个是公钥（Public Key），一个是私钥（Private Key）。
公钥可以公开，任何人都可以得到，用于加密明文；而私钥是保密的，只有一个人能得到，用于解密密文。
当接收方收到密文时，只有他知道解密的私钥，才可以解密密文。
RSA（Rivest-Shamir-Adleman）算法是一种典型的非对称加密算法，它可以使用1024位或更长的密钥来保证安全性。
3. 哈希算法（Hash Algorithm）哈希算法是一种将任意长度的输入“压缩”为固定长度输出的算法，通常输出长度为128位、160位、256位等。
哈希算法能对任意长度的数据进行不可逆加密，其输出值称为哈希值（Hash Value）。
哈希算法在数字签名、消息鉴别码、密码验证等领域广泛应用，SHA（Secure Hash Algorithm）算法是其中一种。
信息安全与密码学基础知识
信息安全与密码学基础知识在当今数字化时代，信息安全变得愈发重要。
无论是个人隐私还是公司商业机密，都需要得到保护以防止被非法获取。
在保护信息安全的领域中，密码学是一项关键的技术。
密码学是研究如何隐藏信息和验证身份的学科。
它可以追溯到古代，但是在现代科技的发展下，其应用变得更加广泛和复杂。
密码学的基础知识包括对称密码和非对称密码。
对称密码是最早应用于信息安全的方法之一。
它使用相同的密钥对信息进行加密和解密。
发送方将信息使用密钥加密，接收方使用相同的密钥解密。
这种方法的优点是简单和高效，但缺点是密钥的安全性容易被破解。
为了解决对称密码的安全性问题，非对称密码被引入。
非对称密码使用一对密钥：公钥和私钥。
公钥用于加密信息，私钥用于解密信息。
发送方通过接收方的公钥加密信息，只有拥有私钥的接收方才能解密信息。
这种方法的优点是密钥的安全性更高，缺点是加密和解密的过程比对称密码慢。
除了对称密码和非对称密码，哈希函数也是信息安全中常见的工具。
哈希函数将输入数据（例如一串文字）转换为一串固定长度的输出，这个输出称为哈希值。
通过对比哈希值，我们可以验证数据的完整性和一致性。
哈希函数的一个重要特点是，不同的输入会产生不同的哈希值，即使输入只有微小的变化。
这使得哈希函数在密码存储和数字签名等方面得到广泛应用。
在信息安全中，一些关键的概念需要被注意。
其中之一是身份验证。
身份验证是确认一个实体真实性的过程。
常见的身份验证方式包括用户名和密码、生物特征识别等。
另一个重要的概念是访问控制。
访问控制是控制和管理谁可以访问特定信息的过程。
在访问控制中，授权和身份验证是两个关键步骤。
信息安全与密码学还涉及到一些攻击和防御的概念。
黑客是指试图未经授权地获取或破坏信息系统的人。
黑客可以使用各种技术和方法，例如密码破解、网络钓鱼、恶意软件等。
为了保护信息安全，防御措施也越来越多样化和复杂化。
例如，防火墙可以帮助阻止未经授权的访问，加密技术可以保护数据传输的机密性，安全漏洞扫描可以检测系统中的弱点。
了解密码学的基本原理与应用
了解密码学的基本原理与应用密码学是一门研究如何保护信息安全的学科，它涉及到加密、解密、认证和防伪等方面的技术。
随着互联网的发展和信息交流的普及，保护个人隐私和商业机密的需求越来越重要。
密码学的基本原理和应用已成为我们日常生活和社会发展中不可或缺的一部分。
在本文中，我们将了解密码学的基本原理和应用，以及其在现实生活中的重要性。
第一部分：密码学的基本原理密码学的基本原理可以归结为两个主要功能：加密和解密。
加密是将原始信息转化为密文，使其对未经授权的人员不可读；而解密则是将密文还原为原始信息。
在实现这两个功能的基础上，密码学还包括了一系列的技术和算法，以保证信息安全性。
1. 对称加密算法对称加密算法是一种使用相同密钥进行加密和解密的算法。
在发送者和接收者之间共享密钥的前提下，发送者使用密钥将原始信息加密成密文，接收者再使用相同的密钥将密文解密还原为原始信息。
常见的对称加密算法包括DES、AES等。
2. 非对称加密算法非对称加密算法使用一对密钥，即公钥和私钥。
发送者使用接收者的公钥对原始信息进行加密，而接收者则使用自己的私钥对密文进行解密。
公钥可公开传播，而私钥必须保密。
非对称加密算法广泛应用于数字签名、密钥交换等场景中，如RSA算法。
3. 哈希函数哈希函数是一种将任意长度的输入值映射为固定长度输出的函数。
它主要用于验证数据的完整性和一致性。
哈希函数的核心特性是不可逆性，即无法从哈希值还原原始输入。
常见的哈希函数有MD5、SHA-1、SHA-256等。
第二部分：密码学的应用密码学的应用广泛涉及到信息安全的各个领域，包括但不限于以下几个方面：1. 网络通信安全在网络通信中，密码学被广泛应用于保护数据的机密性和完整性。
通过加密通信内容，使得未经授权的人无法获取和篡改通信内容。
比如，SSL/TLS协议使用非对称加密算法实现握手过程中的密钥交换，从而保证通信双方的身份验证和加密通信过程的安全性。
2. 数据存储和传输安全在数据存储和传输过程中，密码学确保数据的机密性和完整性。
学习密码学的基本原理与应用
学习密码学的基本原理与应用第一章：密码学的概述密码学是研究如何保护信息安全的学科。
它涉及到加密、解密、认证和数据隐私等多个方面。
密码学的基本原理是通过使用特定算法将信息转换为密文，只有拥有正确密钥的人才能解密并获得原始信息。
密码学在现代社会中广泛应用于电子商务、网络安全、金融交易等领域。
第二章：对称加密与非对称加密对称加密和非对称加密是密码学中常用的两种加密方式。
对称加密使用相同的秘钥进行加密和解密，加密和解密速度较快，但需要确保秘钥的安全性。
非对称加密使用公钥和私钥配对进行加密和解密，加密速度较慢，但更加安全。
这两种加密方式在实际应用中往往结合使用，提供更高的安全性。
第三章：哈希算法与数字签名哈希算法是密码学中常用的一种算法，它将任意长度的输入转换为固定长度的输出。
哈希算法具有不可逆性和唯一性，即无法从哈希值还原出原始数据，并且不同的输入对应不同的哈希值。
哈希算法在数字签名中扮演重要角色，通过对原始数据进行哈希运算，并使用私钥对哈希值进行加密，生成数字签名。
其他人可以使用公钥验证数字签名的合法性，确保数据的完整性和真实性。
第四章：密码学的应用密码学在现代社会中具有广泛的应用。
在电子商务中，密码学可以确保用户的支付信息和个人信息不被泄露。
在金融交易中，密码学可以保护交易的机密性和完整性，防止欺诈行为。
在网络安全领域，密码学可以加密通信数据，防止被黑客窃取或篡改。
此外，密码学还应用于身份验证、数字证书、数字货币等领域，保障信息的安全性和可信度。
第五章：密码学的发展趋势随着技术的不断演进，密码学也在不断发展。
传统的密码学算法逐渐暴露出一些弱点，比如计算机的高运算能力可能破解某些加密算法。
因此，人们正在研究和设计更加安全和可靠的密码学算法。
量子密码学作为一种新兴的密码学技术，利用量子力学的原理来保护信息的安全性，具有抗量子计算攻击的特点。
未来，密码学将继续发展，为信息安全提供更好的保护。
第六章：结语密码学是保障信息安全的重要工具，它的基本原理和应用涵盖了对称加密、非对称加密、哈希算法和数字签名等多个方面。
信息安全中的密码学基础及应用案例分析
信息安全中的密码学基础及应用案例分析密码学是保护信息安全的重要分支，广泛应用于网络通信、电子商务、银行系统等领域。
本文将介绍密码学的基本概念和原理，并分析几个密码学在实际应用中的案例。
一、密码学基础概念1. 加密算法：加密算法是密码学的核心，用于将原始数据转换为密文。
常见的加密算法包括对称加密算法和非对称加密算法。
对称加密算法使用相同的密钥进行加密和解密，加解密速度快，但密钥管理较困难。
非对称加密算法使用公钥和私钥进行加密和解密，安全性较高，但加解密速度较慢。
2. 散列函数：散列函数是将任意长度的数据映射为固定长度的输出。
常用的散列函数有MD5、SHA-1、SHA-256等。
散列函数具有不可逆性和唯一性，用于校验数据的完整性。
3. 数字签名：数字签名是验证数据真实性和完整性的一种方式。
数字签名使用私钥对数据进行加密，然后用公钥进行验证。
只有私钥持有者才能生成数字签名，而任何人都可以用公钥进行验证。
二、对称加密算法的应用案例1. DES算法：DES（Data Encryption Standard）算法是一种对称加密算法，在数据加密和解密过程中使用相同的密钥。
DES算法常用于保护敏感数据的传输和存储，如银行卡号、密码等。
然而，由于DES 算法的密钥长度较短（56位），容易受到暴力破解攻击，因此现已逐渐被AES算法取代。
2. AES算法：AES（Advanced Encryption Standard）算法是一种对称加密算法，已成为目前加密芯片、安全协议和网络通信中最常见的加密方式之一。
AES算法采用128位、192位或256位的密钥长度，安全性更高，被广泛应用于网络通信、金融和电子商务等领域。
三、非对称加密算法的应用案例1. RSA算法：RSA算法是一种非对称加密算法，常用于数字签名、数据加密和密钥交换。
RSA算法使用一个公钥和一个私钥，公钥用于加密，私钥用于解密。
RSA算法的安全性基于大数的分解，目前仍被广泛应用于TLS协议、SSH等安全通信中。
密码学的基础知识与应用
密码学的基础知识与应用密码学是一门研究如何保护信息安全的学科，是信息安全领域中重要的一环。
本文将从密码学的基础知识和应用两个方面来探讨这门学科。
一、密码学的基础知识密码学的基础知识包括加密算法、解密算法和密钥管理。
1.加密算法加密算法是将明文变为密文的过程。
常见的加密算法有对称加密算法和非对称加密算法两种。
对称加密算法是指加密和解密使用相同密钥的算法。
例如，DES （Data Encryption Standard）、AES（Advanced Encryption Standard）等都属于对称加密算法。
对称加密算法的优点是加密解密速度快，密文加密难度大，缺点是密钥管理问题，如果密钥泄露则很容易被破解。
非对称加密算法是指加密和解密使用不同密钥的算法。
例如，RSA、DSA等都属于非对称加密算法。
非对称加密算法的优点是密钥管理便利，密钥可以公开，缺点是加解密速度较慢。
2.解密算法解密算法是将密文还原为明文的过程。
解密算法通常是对称加密算法的逆运算或非对称加密算法的配对算法。
例如，RSA的解密算法是通过对公钥和密文进行运算得出明文，而对称加密算法的解密算法则是通过使用加密时所用的密钥对密文进行运算。
3.密钥管理密钥管理是指对加密算法中的密钥进行管理的过程。
密钥管理包括密钥的生成、存储、传递、更新和撤销等一系列操作。
密钥的管理工作直接影响加密算法的安全性。
二、密码学的应用密码学的应用非常广泛，包括网络安全、数据传输、数字签名、身份验证等方面。
1.网络安全网络安全是密码学应用的重要领域之一。
网络安全的主要目的是保护计算机网络中的数据免受未经授权的访问、窃取、破坏和攻击。
密码学在网络安全中的应用主要包括数据加密、数字签名和身份认证等方面。
数据加密是保护网上通讯中数据的安全的重要手段。
在网上通讯的过程中，如果数据不加密，那么黑客可以窃取数据并进行恶意攻击。
因此，需要使用对称加密算法或非对称加密算法对数据进行加密，以保证数据安全。
密码学的理论基础
RSA算法介绍:
设p、q为两个大素数，n=pq
令φ(n)=(p-1)(q-1) 寻找一对e,d，使ed≡1 mod φ(n) 加密：E(X)=xemod n, x∈Zn 解密：E(y)=ydmod n, X∈Zn
• 非对称密码体（Asymmetric Encryption）
– 非对称密码体制也叫公开密钥密码体制、双密钥密码体制。其原 理是加密密钥与解密密钥不同，形成一个密钥对，用其中一个密 钥加密的结果，可以用另一个密钥来解密 。 – 目前普遍使用的对称加密算法主要有RSA、Elgamal（离散对数） 、ECC（椭圆曲线）等。
明文（64bits）
DES
IP置换（64bits）
算 法
L0(32bits)
R0(32bits)
+
f
ki
结
构
L1=R0
R1=L0 + f(R0,k1) 16轮同样运算…
L16
R16=L15 + f(R15,ki)
IP-1置换（64bits）
DES：IP置换
IP置换表
58 60
50 52
42 44
• 密码学的理论基础
– 密码学的理论基础之一是1949年Claude Shannon发表 的“保密系统的通信理论”（The Communication Theory of Secrecy Systems），这篇文章发表了30年 后才显示出它的价值。1976年W.Diffie和M.Hellman发 表了“密码学的新方向”（New Directions in Cryptography）一文，提出了适应网络上保密通信的公 钥密码思想，开辟了公开密钥密码学的新领域，掀起 了公钥密码研究的序幕。受他们的思想启迪，各种公 钥密码体制被提出，特别是1978年RSA公钥密码体制 的出现，成为公钥密码的杰出代表，并成为事实标准 ，在密码学史上是一个里程碑。
保密安全与密码技术-2密码学资料
异或运算（不带进位加法）：
明文: 0 0 1 1
加密：
密钥: 0 1 0 1
密文： 0 1 1 0
C=P K
解密：
密文： 0 1 1 0 密钥： 0 1 0 1 明文： 0 0 1 1
P=C K
已知明文、密文，怎样求得密钥？ K=C P 只知道密文，如何求得密文和密钥？
古典密码学－隐写术
定义：将秘密信息隐藏在其余信息中 举例
保密安全与密码技术
第二讲 密码学基础
密码学基础
密码学概论 古典密码学 现代密码学
对称密码学 非对称密码学 单向散列 数字签名 数字信封
电子商务 安全Email
电子政务 信息安全应用
电子支付 安全Web
访问控制 身份认证 入侵检测 PKI/PMI 防病毒 VPN 操作系统安全 数据库安全 黑客入侵与防范 防火墙
第一次作业
分组学习现代密码学的各种密码算法 内容：
对称密码学：IDEA、SDBI、AES、RC5、 CAST-256
非对称：DSA、ECC、D-H 单向散列：SHA1、RIPE-MD
要求：PPT报告，代表讲解，3-5分钟
古典密码学
古典密码学的起源 早期的密码：隐写术 代换密码术 置换密码术 古典密码学的优缺点
对称密码和非对称密码
非对称密码，又称公开密钥密码算法
加开密，和解解密密密使钥用保不密同：的c=密E钥Kp（(mK)p,,
Ks)，把加密密钥公 m=DKs (c)
常用算法：RSA, DSA, 背包算法，ElGamal , 椭圆曲线等Fra bibliotek 优点：
密钥分配：不必保持信道的保密性
[计算机]信息安全原理与技术_第2章_密码学基础
![[计算机]信息安全原理与技术_第2章_密码学基础](https://img.taocdn.com/s3/m/89b2d8e152d380eb63946dce.png)
2021/8/26
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• 作Zn中的指数运算，将明文以指数形式xb表示出来，即以指数形式将明 文隐藏起来。即使知道一个明、密文对(x,y)，y=xb mod n, 要得到密钥b， 必须求解离散对数问题： b=logxy，在Zn中这也是一个困难问题。可见 这种加密思想是简单、明确的。
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2021/8/26
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• 基本算法： ①生成两个大素数p和q（保密）； ②计算这两个素数的乘积n=pq（公开）； ③计算小于n并且与n互素的整数的个数，即欧拉函数(n)=(p–1)(q–1) （保密）； ④选取一个随机整数e满足1<e< (n)，并且e和(n)互素，即gcd (e, (n))=1（公开）； ⑤计算d，满足de=1 mod (n)（保密）；
对方收到消息后，为了确定信源的真实性，用对方的 解密密钥解密签名消息──称为（签名）验证，如 果解密后的消息与原消息一致，则说明信源是真实 的，可以接受，否则，拒绝接受。
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2.4.3 基本数学概念
•群 • 模逆元 • 费尔马小定理 • Euler函数 • 生成元
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• 对称密钥密码系统具有下列缺点： 收发双方如何获得其加密密钥及解密密钥？ 密钥的数目太大 无法达到不可否认服务
2021/8/26
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• 现代密码学修正了密钥的对称性，1976年， Diffie，Hellmann提出了公开密钥密码体制（简
称公钥体制），它的加密、解密密钥是不同的， 也是不能（在有效的时间内）相互推导。所以， 它可称为双钥密码体制。它的产生，是密码学 革命性的发展，它一方面，为数据的保密性、 完整性、真实性提供了有效方便的技术。另一 方面，科学地解决了密码技术的瓶颈──密钥 的分配问题。
信息安全原理和应用第二章 密码学基础
并构造出相应的明文x。
这一切的目的在于破译出密钥或密文
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
内容提要
• 基本概念和术语 • 密码学的历史 • 古典密码
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
密码学的起源和发展-i
模运算-ii
• 类似普通的加法，在模运算中的每个数也存在加法逆 元，或者称为相反数。
• 一个数x的加法逆元y是满足x+y 0 mod q的数。 • 对每一个 wZq ，存在z，使得w+z 0 mod q。 • 在通常的乘法中，每个数存在乘法逆元，或称为倒数。
在模q的运算中，一个数x的乘法逆元y是满足x y 1 mod q 的数。但是并不是所有的数在模q下都存在乘法 逆元。 • 如果(ab)mod q=(ac) mod q， b c mod q， 如果a与q 互素。 • 如果q是一个素数，对每一个 wZq ,都存在z，使得w z 1 mod q，z称作w的乘法逆元w-1。
密码学的目的：A和B两个人在不安全的信道上进行 通信，而攻击者O不能理解他们通信的内容。
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
密码体制
• 密码体制：它是一个五元组（P,C,K,E,D)满足条件：
（1）P是可能明文的有限集；（明文空间）
（2）C是可能密文的有限集；（密文空间）
（3）K是一切可能密钥构成的有限集；（密钥空间）
Twofish, Serpent等出现 2019年Rijndael成为DES的替代者
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
内容提要
信息安全期末复习题及相关解析
第一章信息安全概述1，信息安全信息安全是指防止信息资源被故意的或偶然的非授权泄露、更改和破坏，或者信息被非法系统辨认、控制和否认。
即确保信息发完整性、秘密性、可用性和不可否认性。
信息安全就是指实体安全、运行安全、数据安全和管理安全四个方面。
2.信息系统安全四个层面：设备安全、设备稳定性、可靠性、可用性数据安全、防止数据免受未授权的泄露去、纂改和毁坏内容安全、信息内容符合法律、政治、道德等层面的要求行为安全、行为的秘密性、行为的完整性和行为的可控性3.信息安全主要目标，相互关系①机密性：通常通过访问控制阻止非授权用户获得机密信息，通过加密变换阻止非授权用户获知信息内容。
②完整性：一般通过访问控制来阻止纂改行为，同时通过消息摘要算法来检验信息是否被纂改。
③抗否认性：一般通过数字签名来提供抗否认服务。
④可用性：可用性是信息资源服务功能和性能可靠性的度量。
4.安全威胁1）中断、窃听、纂改、伪造、病毒、木马等2）被动攻击①获取消息的内容；②进行业务流分析主动攻击①假冒②重放③消息的纂改④业务拒绝3）安全业务保密业务、认证业务、完整性业务、不可否认业务、访问控制5.信息安全研究基础理论研究、密码研究，密码应用研究应用技术研究、安全实现研究，安全平台技术研究安全管理研究、安全标准、安全策略、安全测评等6.信息安全模型PD2R保护（Protect）采用可能采取的手段保障信息的保密性、完整性、可用性、可控性和不可否认性。
检测（Detect）利用高级术提供的工具检查系统存在的可能提供黑客攻击、白领犯罪、病毒泛滥脆弱性。
反应（React）对危及安全的事件、行为、过程及时作出响应处理，杜绝危害的进一步蔓延扩大，力求系统尚能提供正常服务。
恢复（Restore）一旦系统遭到破坏，尽快恢复系统功能，尽早提供正常的服务。
第二章密码学基础第一节密码学概述保密学：密码学+密码分析学（唯密文攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、选择密文攻击）加密（Encryption）：对明文进行编码生成密文的过程，加密的规则称为加密算法。
信息安全原理与应用课件(PPT 54页)
绪论
▪ 什么是信息安全? ▪ 信息为什么不安全？ ▪ 安全服务与网络安全模型 ▪ 信息安全的标准化机构
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信息为什么不安全
信息需要存储... 信息需要共享... 信息需要使用... 信息需要交换... 信息需要传输...
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攻击分类
▪ 被动攻击，如窃听或者偷窥，非常难以被检测到， 但可以防范
▪ 密码算法是用于加密和解密的数学函数。
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密码算法分类
▪ 对称密码算法: Symmetric ➢ 古典密码 classical 代替密码 : 简单代替 、多名或同音代替、多表代替 多字母或多码代替 换位密码 : ➢ 现代对称分组密码: DES、 AES
▪ 非对称（公钥）算法 Public-key RSA、椭圆曲线密码ECC
40
抗否认
▪ 数字签名（Digital Signature） 是一种防止源点或终点抵赖的鉴别技术。
41
安全服务与TCP/IP协议层的关系
42
经典的通信安全模型
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四个基本任务
① 设计一个算法，执行安全相关的转换，算法应 具有足够的安全强度；
② 生成该算法所使用的秘密信息，也就是密钥； ③ 设计秘密信息的分布与共享的方法，也就是密
▪ ITU X.800，1991年颁布
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机密性
▪ 机密性服务是用加密的机制实现的。加密的目的有三种： ➢ 需保护的文件经过加密可以公开存放和发送. ➢ 实现多级控制需要。 ➢ 构建加密通道的需要，防止搭线窃听和冒名入侵。
▪ 保密性可以分为以下四类： ➢ 连接保密 ➢ 无连接保密 ➢ 选择字段保密 ➢ 信息流机密性
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效益安全模型
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动态模型的需求
密码学基础 ppt课件
2.1.2 密码体制
– 消息（为了沟通思想而传递的信息）在密码学中 被称为明文（Plain Text）。
– 伪装消息以隐藏它的内容的过程称为加密 (Encrypt)
– 被加密的消息称为密文(Cipher Text) – 把密密文钥转ke 变为明文的过程称为解密(De密c钥rkydpt)。
明文
加密
• 密码体制描述如下：
– M=C=Z/(26)；q=26；
– K={ k1,k2∈Z | 0< k1,k2<26，gcd(k1,26)=1}；
– Ek(m)=(k1m+k2) mod q；
– Dk(c)= k1#( c - k2) mod q，其中k1#为k1在模q 下的乘法逆元。
• 密钥范围
– K1：所有和26互素的数。K1=1？
22
S-DES
• S-DES加密算法
– S-DES是由美国圣达卡拉大学 的Edward Schaeffer教授提出 的，主要用于教学，其设计思 想和性质与DES一致，有关函 数变换相对简化，具体参数要 小得多。
– 输入为一个8位的二进制明文 组和一个10位的二进制密钥， 输出为8位二进制密文组；
– 解密与加密基本一致。
• 古典替换密码：单表代替密码，多表代替密码以及 轮换密码。
• 对称密钥密码：分组密码和流密码。 • 公开密钥密码：加密和解密使用不同的密钥。
– 密码分析也称为密码攻击，密码分析攻击主要 包括：
• 唯密文攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、自适 应选择明文攻击、选择密文攻击、选择密钥攻击。
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2.2 古典替换密码
使用频度，进行匹配分析。
• 如果密文信息足够长，很容易对单表代替密码进行破译。
信息安全基础密码学的基本概念和应用
信息安全基础密码学的基本概念和应用密码学是信息安全保障的重要组成部分，它研究如何在通信过程中保护数据的机密性、完整性和可用性。
本文将介绍密码学的基本概念以及在实际应用场景中的应用。
一、密码学的基本概念密码学是一门研究如何进行加密（encryption）和解密（decryption）的学科。
它主要包括对称加密算法和非对称加密算法。
1. 对称加密算法对称加密算法又称为密码系统，它使用同一个密钥进行加密和解密操作。
加密和解密过程是对称的，因此称为对称加密算法。
常见的对称加密算法有DES（Data Encryption Standard）、AES（Advanced Encryption Standard）等。
对称加密算法具有加密速度快、加密效率高的优点，但密钥的管理和分发存在一定的难度。
2. 非对称加密算法非对称加密算法又称为公钥密码系统，它使用一对密钥，一个是公钥用于加密，另一个是私钥用于解密。
公钥是公开的，而私钥是保密的。
常见的非对称加密算法有RSA（Rivest-Shamir-Adleman）、ECC （Elliptic Curve Cryptography）等。
非对称加密算法具有密钥的管理和分发相对简单、安全性较高的优点，但加密和解密的速度较慢。
二、密码学的应用密码学在现实中有广泛的应用场景，下面将介绍其中几个典型的应用案例。
1. 数据加密保护密码学被广泛应用于数据加密保护中，保护用户的个人隐私和敏感信息不被恶意获取。
例如，在互联网传输过程中，可以使用SSL/TLS （Secure Sockets Layer/Transport Layer Security）协议对通信进行加密，确保数据的机密性和完整性。
此外，磁盘加密、文件加密等技术也是密码学在数据加密保护中的应用。
2. 数字签名数字签名是密码学的一项重要应用技术，用于验证数字文件的身份和完整性。
数字签名通过使用发送者的私钥对文件进行加密生成签名，接收者使用发送者的公钥进行解密验证签名。
信息安全与密码学入门指南
信息安全与密码学入门指南第一节：信息安全概述信息安全是指在信息系统中保护信息的完整性、可用性和机密性的一系列措施。
信息安全的目标是防止未经授权的访问、使用、披露、破坏、修改或中断信息流动。
信息安全领域涵盖了密码学、网络安全、物理安全等多个方面。
第二节：密码学基础密码学是研究如何保护信息安全的科学。
它主要涉及到加密算法、解密算法和密码协议。
加密算法是将原始数据转换为无法理解的密文的过程，解密算法则是将密文恢复为原始数据的过程。
密码协议则是用于在通信过程中确保数据的安全传输。
第三节：常见的加密算法3.1 对称加密算法对称加密算法是一种使用相同密钥进行加密和解密的算法。
常见的对称加密算法有DES、AES和RC4等。
对称加密算法的优点是加密速度快，但缺点是密钥传输困难，容易被中间人攻击。
3.2 非对称加密算法非对称加密算法使用一对密钥，包括公钥和私钥。
公钥用于加密数据，私钥用于解密数据。
常见的非对称加密算法有RSA和ECC等。
非对称加密算法的优点是安全性高，但缺点是加密速度较慢。
3.3 哈希算法哈希算法是将任意长度的数据转换为固定长度的数据摘要的过程。
常见的哈希算法有MD5和SHA-1等。
哈希算法的应用包括密码校验、数字签名等。
但需要注意的是，由于哈希算法是不可逆的，所以不能将其直接用于数据的加密和解密。
第四节：网络安全网络安全是保护计算机网络及其相关设备免受未经授权访问、使用、披露、破坏、修改或中断的一系列措施。
网络安全的主要威胁包括黑客攻击、病毒和恶意软件、身份伪造等。
4.1 防火墙防火墙是一种网络安全设备，用于监控和控制进出网络的数据流量。
它可以根据预先设定的规则对数据包进行过滤和阻止。
防火墙可以有效地阻挡未经授权的访问和攻击。
4.2 入侵检测系统（IDS）入侵检测系统是用于监测和识别网络中的异常行为和攻击的设备或软件。
它可以通过监视网络流量、分析日志等方式，及时发现潜在的安全威胁。
4.3 密码策略和访问控制密码策略和访问控制是一种限制用户访问和操作权限的方法。
信息安全与密码学基础
信息安全与密码学基础随着社会信息化程度的不断提高，我们的日常生活也越来越离不开互联网和数字技术。
然而，这些技术给我们带来便利的同时，也存在着诸多安全风险。
因此，保障信息安全是我们必须要面对和解决的问题之一。
而密码学作为保障信息安全的重要一环，是如何保障信息安全的呢？信息安全，是指对计算机系统或网络数据以及通信过程中的数据进行保护，防止被非法获取、窃取或破坏。
信息安全涉及到多个方面，其中保持信息的机密性、完整性和可用性是最为核心的三个要素。
机密性指的是信息的保密性，即只有授权用户才能访问到相关信息；完整性是指信息的完整、不被篡改；可用性则是指在保持信息安全的同时，能够正常地使用相关服务。
信息安全的保障主要依靠各种加密技术。
而加密技术最基础的就是密码学。
密码学近年来的发展日新月异，被广泛应用于互联网、移动通信、电子商务等领域。
密码学主要分为三种：对称加密、非对称加密和散列算法。
对称加密是最简单、最常见的加密方式。
其加密和解密都使用相同的密钥。
在对称加密中，消息发送方首先用密钥加密信息，然后将密文传送给接收方。
接收方使用同样的密钥对密文进行解密，从而获得原始信息。
常见的对称加密算法有DES、3DES和AES等。
非对称加密，也称为公钥加密，是一种使用不同的密钥进行加密和解密的算法。
它把加密密钥和解密密钥分别分配给消息发送方和接收方。
发送方使用接收方的公钥对消息进行加密，只有使用接收方的私钥才能解密。
常见的非对称加密算法有RSA、ECC等。
散列算法是将输入数据转换为固定长度的输出数据的算法，这种转换是一个不可逆的过程。
对于不同的输入数据，散列算法会生成不同的输出。
散列算法常用于数字签名、密码验证等方面。
常见的散列算法有MD5、SHA-1、SHA-2等。
除了对称加密、非对称加密和散列算法外，还有一些基于密码学的技术，如数字签名、证书、密钥交换等，也对信息安全具有重要的作用。
总之，信息安全是社会发展的必然结果，同时也是保护个人隐私和企业商业机密不可或缺的基础保障。
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取的纸条按照预先编排的顺大学序信编息安号全和原理及应4用4第22，讲密周期固定。一个由数量不等 使用，主要用于低级的军事通信。码学理论基础的齿的轮子引导密文轮不规则运动。
密码学的发展历史(4)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
转轮密码机ENIGMA，由Arthur
英国的TYPEX打字密码机，是德国3
Scherbius于1919年发明，面板前有 轮ENIGMA的改进型密码机。它在
灯泡和插接板；4轮ENIGMA在1942 英国通信中使用广泛，且在破译密
年装备德国海军，英国从194大2学年信2息月安到全原理及钥应后用第帮2助讲密破解德国信号。
12月都没能解读德国潜艇的信号。 码学理论基础
密码学的发展历史(5)
❖ 1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES ❖ 2001年11月26日，正式颁布AES为美国国家标准。
大学信息安全原理及应用第2讲密 码学理论基础
2.2 基本概念
什么是密码学
❖ 密码学是关于加密和解密变换的一门科学，是保护数据和信 息的有力武器。
❖ 密码是什么? 密码就是变换。（信息代码变换、数据电平变 换）
② 这样片羿天使得到了第二步的答案：“G Z G T G O G X N CS”。
③ 片羿天使说“因为QWE的格式是被世人所认可的，也就有 可能成为密码的码表。码表QWE=ABC依次类推。”按照这 样的次序，上面的来自于手机键盘的字母，就转换到了第 三步答案：“O T O E O I O U Y V L”。
❖ Julius Caesar发明了凯撒密码
大学信息安全原理及应用第2讲密 码学理论基础
密码学的发展历史(2)
❖ 1834年，伦敦大学的实验物理学教授惠斯顿发明了电机，这 是通信向机械化、电气化跃进的开始，也为密码通信采用在线 加密技术提供了前提条件。
❖ 1920年，美国电报电话公司的弗纳姆发明了弗纳姆密码。其 原理是利用电传打字机的五单位码与密钥字母进行模2相加。
⑤ 第五步于 是变得最为简单起来，那便是将 “OOTUOYEVOLI”倒序排列，即“I LOVE YOU TOO”。
大学信息安全原理及应用第2讲密 码学理论基础
密码学的发展历史(1)
❖ 自人类社会出现战争便产生了密码
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm 的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公 元前17世纪。表面有明显字间空格的 字母，至今还没有破解。
❖ 变换是什么？变换是一种算法实现过程。
❖ 谁来做变换？变换可以由硬件和软件实现。（人、器件部件、
计算机）
大学信息安全原理及应用第2讲密 码学理论基础
2.2 基本概念
什么是密码学
❖ 密码学是研究密码系统或通信安全的一门学科，分为密码编 码学和密码分析学。
❖ 密码编码学是使得消息保密的学科 ❖ 密码分析学实际要研究加密消息破译的学科
大学信息安全原理及应用第2讲密 码学理论基础
Shannon模型
❖ X,明文（plain-text）： 作为加密输入的原始信息。 ❖ Y,密文（cipher-text）：对明文变换的结果。 ❖ E,加密（encrypt）：是一组含有参数的变换。 ❖ D,解密（decrypt）：加密的逆变换。
大学信息安全原理及应用第2讲密
大学信息安全原理及应用第2讲密 码学理论基础
案例：莫尔斯电码里的爱情
④ 在第四步中，片羿天使用了包括凯撒、乘法等等方法，对 第三步几乎可以看出来的答案进行了进一步的解码，最后 发现只有栅栏密码才能读得通。片羿天使将这组字母分成 了“O T O E O I”和“ O U Y V L”两排，然后对插重组得到 第四步的字母排列：“OOTUOYEVOLI”。
大学信息安全原理及应用第2讲密 码学理论基础
密码学的发展历史(3)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
二战中美国陆军和海军使用的条形密 Kryha密码机大约在1926年由
码设备M-138-T4。根据1914年
Alexander vo Kryha发明。这是
Parker Hitt的提议而设计。25个可选 一个多表加密设备，密钥长度为
❖ 1949年香农发表了一篇题为《保密系统的通信理论》的著 名论文，该文首先将信息论引入了密码，从而把已有数千年 历史的密码学推向了科学的轨道，奠定了密码学的理论基础。
❖ 1976年，美国密码学家W.Diffie和M.Hellman在一篇题为 《密码学的新方向》一文中提出了一个崭新的思想，不仅加 密算法本身可以公开，甚至加密用的密钥也可以公开。
第2讲 密码学基础
大学信息安全原理及应用第2讲密 码学理论基础
大学信息安全原理及应用第2讲密 码学理论基础
案例：莫尔斯电码里的爱情
❖ 早已被新科技所折的爱情猜谜传奇。
❖ 一男子向一女子表白，女子却给了一段莫尔斯密码，以及很少的提 示，并表示，破译这个密码，Z,密钥（key）：是参与加码密学理解论基密础变换的参数。
密码系统（Cryptosystem）
❖ 电码如下： “****-/*----/----*/****-/****-/*----/---**/*----/****-/*----/-****/***-/****-/*----/----*/**---/-****/**---/**---/***--/--***/****-/”
❖ “她唯一给我的提示就是这个是5层加密的密码，也就是说要破解5 层密码才是答案。最终语言是英语。 ”
❖ 网友贴出了莫尔斯密码对照表，然后发现相应密码对应的数字组合 和英文字母组合分别是：“4194418141634192622374”、
大学信息安全原理及应用第2讲密
“daiddahadafcdaibfbbcgd” 码学理论基础
案例：莫尔斯电码里的爱情
① 网友“片羿天使”将莫尔斯密码对应的数字“41 94 41 81 41 63 41 92 62 23 74”转换成了手机键盘字母,以41为例，它对应 的就是传统手机键盘上的“4”的第一个字母，“94”则是“9” 的第4个字母。