密码学英文课件
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密码学sec-chap02
2020/3/7
常规加密
18
Hill密码
m个连续明文字母被m个密文字母代替 由m个线性方程决定替代方法 m=3时的系统描述：
编码（a=0,b=1,…z=25)
C1 (k11 p1 k12 p2 k13 p3 ) mod 26 C2 (k21 p1 k22 p2 k23 p3) mod 26 C3 (k31 p1 k32 p2 k33 p3 ) mod 26
扩散和扰乱
目的：挫败基于统计分析的密码分析方法 扩散：明文的统计结构扩散到密文中 扰乱：密文的统计特性与密钥的取值之间的关系尽
可能复杂
2020/3/7
常规加密
27
Feistel密码
Feistel加密
2020/3/7
常规加密
28
Feistel密码
变换可以用下列函数表示:
L(i) = R(i-1) R(i) = L(i-1) XOR g(K(i), R(i-1))
2020/3/7
常规加密
8
信息隐藏的例子
藏头诗： 神箭一飞入蓝天， 舟中载人国力显。 五岳三山河九曲， 号子响彻长江边。 扬眉吐气歌且舞， 我握巨笔作诗篇。 国运昌盛民安乐， 威龙狂舞万万年。
2020/3/7
常规加密
9
替代和置换
替代技术 明文字母由其他字母或数字或符号所代替 置换技术 对明文字母的某种置换取得一种类型完全 不同的映射
2020/3/7
常规加密
13
英文字母使用频率
2020/3/7
常规加密
14
英文字母中常见的组合
2020/3/7
常规加密
15
恺撒密码的分析方法
密码编码学和网络安全(4e,英文版)ppt
StallingsFigure10.3 “Public-KeyAuthority”illustratesa typicalprotocolinteraction. See text for details ofsteps inprotocol.
Public-Key Authority
Anfurtherimprovementis to use certificates, whichcanbe used to exchangekeys withoutcontactinga public-keyauthority, ina waythat is as reliableas ifthe keys were obtaineddirectlyfroma public-keyauthority. Acertificate bindsanidentity to publickey, withallcontentssigned bya trusted Public-Keyor CertificateAuthority(CA). Thiscanbe verified byanyonewho knowsthe public-keyauthorities public-key.
• c e r t i f i c a t e s allow key exchange without r e a l - time access t o public-key authority
• a c e r t i f i c a t e binds i d e n t i t y t o public key
Public-Key Certificates
Once publickeys have beendistributedor have become accessible, secure communicationthat thwarts eavesdropping, tampering, or both, is possible. However, fewusers willwishto make exclusive use ofpublic-keyencryptionfor communicationbecause ofthe relativelyslowdata
密码学理论基础25页PPT文档
Classic : information theory based Modern : complexity theory based
Classic
Classic : information theory based
目標 : perfect security, 使竊聽者絕對無法猜到 plain text, 其描述為 : eavesdropper所能猜到的最 好情況, 使 eavesdropper竊聽到 ciphertext之前和 之後皆是相同情況.
Illustration
Alice要送一封信給Bob,但是Carol想要偷看, 如何防止被偷看或偷聽則是1970年代之前, 密碼學的重要課題.
Sender : Alice
Receiver : Bob
Key (K)
Key (K)
Ciphertext (M*)
Plain
Plain
text (M)
Encryption
還要強
Fault-tolerant protocol
Fault-tolerant protocol有三個問題可以討論
Coin toss over phone (兩人在電話中,如何丟一公 正錢幣)
Simultaneous exchange of secrets (兩人如何能同時 交換所持有的秘密,當一方反悔時,雙方皆無法成 功取得對方的資料)
Example : RSA, base on 因數分解是很難的
Part III : Three basic tools
Basic tools
Three basic tools :
One way function (OWF) –chapter 2 Pseudorandom generator (PRG) –chapter 3 Zero knowledge proof –chapter 4
Classic
Classic : information theory based
目標 : perfect security, 使竊聽者絕對無法猜到 plain text, 其描述為 : eavesdropper所能猜到的最 好情況, 使 eavesdropper竊聽到 ciphertext之前和 之後皆是相同情況.
Illustration
Alice要送一封信給Bob,但是Carol想要偷看, 如何防止被偷看或偷聽則是1970年代之前, 密碼學的重要課題.
Sender : Alice
Receiver : Bob
Key (K)
Key (K)
Ciphertext (M*)
Plain
Plain
text (M)
Encryption
還要強
Fault-tolerant protocol
Fault-tolerant protocol有三個問題可以討論
Coin toss over phone (兩人在電話中,如何丟一公 正錢幣)
Simultaneous exchange of secrets (兩人如何能同時 交換所持有的秘密,當一方反悔時,雙方皆無法成 功取得對方的資料)
Example : RSA, base on 因數分解是很難的
Part III : Three basic tools
Basic tools
Three basic tools :
One way function (OWF) –chapter 2 Pseudorandom generator (PRG) –chapter 3 Zero knowledge proof –chapter 4
密码的加密、演示课件.ppt
为了便于解码，以及解码的唯一性，这种单表加密 方法，一般要求明文字母和密文字母之间是一一对应的。 所以，总共可以有 26！~1026种不同的加密方法。 主要缺陷：字母出现频率不变
英文字母在文章中出现的概率是不同的。甚至是 非常悬殊的。
同一个字母在每一篇文章的出现频率当然不会完全 相同，但是还是相对比较稳定的。
第二个字母是o，从a到z要移动14位．明文的第二个字母用密钥14 的加法密码加密。
依次类推，密钥字codebreaking表示将明文中的前12个字母分别用 密钥为2、14、3、4 、 1 、 17 、 4 、 0、 10 、 8 、 13 、 6的加法 密码加密．
然后又重复使用密钥字．将以下的12个字母再依次用这些密码加 密．
如此反复使用．直到整篇文章被全部加密．
精品
维吉尼亚密码的破译1
采用多表密码之后，各个字母出现频率的差别被抹杀了。 但是，由于不同的密码表的更换是周期性的，仍然给破泽者留
下了可乘之机。 比如，上面的密钥字长度是12，密码表更换的周期是12如果知
道了这个周期。即使不知道密钥字，也能用破泽单表密码的方 法来破译它。 方法是：将密文的前12个宇母排为第一行，以下12个字母排成 第二行，在下面12个字母排成第三行，……，这样每一列上的 密码都是由同一个密钥加密的，每一列就变成了一个单表加法 密码
精品
维吉尼亚密码
自己想好一个英文单词作为密钥，比如，用codebreaking作密钥．
单词中的每个字母代表一个单表密码。比如，
第一个字母c，表示明文的a在密文中要变成c，向后移动了两位， 这就代表以2为密钥的加法密码。明文中的第一个字母要用这个加 法密码加密，用它向后移动2位后的字母代替。
信息安全ppt 2 Cryptography2
Disadvantages of Conventional Cipher
- hard to distribute & manage key, realize digital signature
Advantages of Public Key Cipher
- easy to distribute & manage key, realize digital signature
Stream Ciphers
1 Overview of Cryptography
1.1 History of Cryptography
1.2 Cryptosystem
1.3 Cryptanalysis 1.4 Cryptography
1.1 History of Cryptography密码学历史 Before 1949
cryptanalyst Plaintext M love Ciphertext C xlcm Ciphertext C xlcm Plaintext M
Source
Encryption
channel
Decryption
Destination
love
Ke
encryption key
secure channel Key
Brute Force Attack 暴力破解攻击(穷举攻击) Statistics Analyse Attack 统计分析攻击 Mathematics Analyse Attack 数学分析攻击
Brute Force Attack
Decrypt ciphertext by trying every possible key according to the length of key space, until getting possible right plaintext
《密码学基本概念》PPT课件
19
精选PPT
六、密码学的理论基础
⑴ 商农信息论
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 等概念。
⑵ 计算复杂性理论
①密码的安全性以计算复杂度来度量；
②现代密码往往建立在一个数学难题之上，而难是计 算复杂度的概念；
③商用密码： 用于保护国家和事企业单位的非机密的敏感信息。
④个人密码： 用于保护个人的隐私信息。
前三种密码均由国家密码管理局统一管理！
3
精选PPT
二、密码的基本思想
伪装信息，使未授权者不能理解它的真实含义。
所谓伪装就是对信息进行一组可逆的数学变换。 伪装前的原始信息称为明文, 伪装后的信息称 为密文，伪装的过程称为加密。去掉伪装还原 明文的过程成为解密。加密在加密密钥的控制 下进行。解密在解密密钥的控制下进行。用于 加密的一组数学变换称为加密算法。用于解密 的一组数学变换称为解密算法。
②研究密码破译的科学称为密码分析学 (Cryptanalysis)，
③而密码编制学和密码分析学共同组成 密码学(Cryptology)。
14
精选PPT
密码分析
①如果能够根据密文系统地确定出明文或密钥， 或者能够根据明文-密文对系统地确定出密钥，
则我们说这个密码是可破译的。
②一个密码，如果无论密码分析者截获了多少 密文和用什么方法进行攻击都不能被攻破，则 称为是绝对不可破译的。
12
精选PPT
• DNA密码
• DNA密码基于生物学中的某种困难问题。
• 由于DNA密码的安全不依赖于计算困难问 题，所以不管未来的电子计算机、量子计 算机和DNA计算机具有多么强大的计算能 力，DNA密码对于它们的计算攻击都是免 疫的 。
密码学Chapter 2 密码学技术
59
章節總結
• 將明文訊息編碼為密文訊息的過程稱 為加密。 • 將密文訊息解碼為明文訊息的過程稱 為解密。 • 密碼學可能基於一個金鑰（對稱性金 鑰），也可能基於兩個金鑰（非對稱 性金鑰）。
60
The End
61
8
凱撒密碼破解演算法
1. 閱讀密文訊息中的每一個字母，並在圖 中第二列找到它。 2. 在找到字母後，使用圖中第一列相同欄 位的對應字母代替密文訊息中的該字母。 3. 對密文訊息中所有的字母重複這一個過 程。
9
破解凱撒密碼實例
10
凱撒密碼改進版本
• 凱撒密碼從理論上看是有效，但實際應 用效果卻不令人滿意 • 凱撒密碼改進版本
47
隱像術實例
48
金鑰範圍和金鑰大小
• 密碼分析者擁有以下資訊
– 加密／解密演算法 – 經過加密的訊息 – 金鑰大小
49
暴力攻擊法
50
理解金鑰範圍
51
破解金鑰所需要的時間
52
金鑰大小和範圍
53
512位元金鑰的安全性
• 假設宇宙的每一個原子都是一部電腦， 則世界有2300台這種電腦 • 如果這種電腦能在1秒鐘檢查個2300金鑰 • 搜尋百分之一的512位元金鑰需要2162千 年 • 根據宇宙大爆炸理論，宇宙形成後經歷 的時間不超過224千年
2
明文與密文
• 明文意味著訊息能夠為發送方、接收方 以及任何接觸過該訊息的其他人所理解。 • 使用適當方法對明文進行編譯所形成的 訊息稱為密文。
3
明文訊息實例
4
字母替代訊息編碼方法
使用後三位字母替代這一字母的訊息編碼方法
使用字母替代方法的編譯
5
明文訊息轉變為密文訊息實例
第二部分密码学基础-.ppt
密码分析员(Cryptanalyst)：从事密码分析的人。
被动攻击(Passive attack)：对一个保密系统采取截获 密文进行分析的攻击。
主动攻击(Active attack)：非法入侵者(Tamper)、攻 击者(Attcker)或黑客(Hacker)主动向系统窜扰，采用删 除、增添、重放、伪造等窜改手段向系统注入假消息， 达到利已害人的目的。
2021/1/3
2
。
几个概念（一）
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。
密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密码 变换成的一种隐蔽形式。
加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。
解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复出 原明文的过程。
双钥体制(Two key system)：
加密密钥和解密密钥不同。
2021/1/3
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密码体制分类 单钥体制
明文
加密器 EK
K
密钥产生器
密文
解密器 DK
K
明文
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12
密码体制分类 单钥体制
单钥体制主要研究问题：
密钥产生(Key generation)， 密钥管理(Key management)。
防止消息被窜改、删除、重放和伪造的一种有效方法, 使发送的消息具有被验证的能力，使接收者或第三者能够 识别和确认消息的真伪。实现这类功能的密码系统称作认 证系统
保密性
保密性是使截获者在不知密钥条件下不能解读密文的 内容。
认证性
使任何不知密钥的人不能构造一个密报，使意定的接收
者解密成一个可理解的消息(合法的消息)。
每个用户都有一对选定的密钥(公钥k1；私钥 k2)，公开的密钥k1可以像电话号码一样进行注
被动攻击(Passive attack)：对一个保密系统采取截获 密文进行分析的攻击。
主动攻击(Active attack)：非法入侵者(Tamper)、攻 击者(Attcker)或黑客(Hacker)主动向系统窜扰，采用删 除、增添、重放、伪造等窜改手段向系统注入假消息， 达到利已害人的目的。
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。
几个概念（一）
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。
密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密码 变换成的一种隐蔽形式。
加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。
解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复出 原明文的过程。
双钥体制(Two key system)：
加密密钥和解密密钥不同。
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密码体制分类 单钥体制
明文
加密器 EK
K
密钥产生器
密文
解密器 DK
K
明文
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密码体制分类 单钥体制
单钥体制主要研究问题：
密钥产生(Key generation)， 密钥管理(Key management)。
防止消息被窜改、删除、重放和伪造的一种有效方法, 使发送的消息具有被验证的能力，使接收者或第三者能够 识别和确认消息的真伪。实现这类功能的密码系统称作认 证系统
保密性
保密性是使截获者在不知密钥条件下不能解读密文的 内容。
认证性
使任何不知密钥的人不能构造一个密报，使意定的接收
者解密成一个可理解的消息(合法的消息)。
每个用户都有一对选定的密钥(公钥k1；私钥 k2)，公开的密钥k1可以像电话号码一样进行注
密码学【英文精品】120页PPT
密码学【英文精品】
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
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Quantum Cryptography
Zelam Ngo, David McGrogan
Motivation
Age of Information
Information is valuable Protecting that Information
Quantum Security Benefits
Provably Secure Evidence of Tampering
History
Stephen Wiesner wrote “Conjugate Coding” in the late sixties
Charles H. Bennett and Gilles Brassard revived the field in 1982 by combining quantum process with public key cryptography.
Then Alice and Bob compare their measurement bases, not the results, via a public channel.
BB84
So Bob and Alice are left with 7 useable bits out of 16
Fundamentals
Measurement causes perturbation
No Cloning Theorem Thus, measuring the qubit in the wrong basis destroys the information.
BB84
Set-up
Eve is found in the errors!
BB84
Eve creates a detectable error 25% of the time
Bob Result Good bit value
Alice
Eve No measurement
No measurement
Discarded
BB84
Alice’s bits Alice’s bases States sent 0101100010101100 BAABAABAAAABBBBA +10-10+0101+--+0
Bob receives the stream of qubits and measures each one in a random basis: ABAABAAABABBBBAB
BB84
So how do we know when Eve is being nosy?
Well… Eve doesn’t know what bases to measure in, so she would have to measure randomly and 50% of the time she will be wrong…
Alice
• Has the ability to create qubits in two orthogonal bases
Bob
• Has the ability to measure qubits in those two bases.
BB84
Alice
Encodes her information randomly in one of the two bases…
BB84
Alice’s bits Alice’s bases States sent Bob’s bases Bob’s results 0101100010101100 BAABAABAAAABBBBA +10-10+0101+--+0 ABAABAAABABBBBAB 1-00-0+0+0-+--1+
_ _ 0 _ _ 0 _ 0 _ 0_ 0 1 1 _ _
These bits will be the shared key they use for encryption.
BB84
Now enter Eve… She wants to spy on Alice and Bob.
So she intercepts the bit stream from Alice, measures it, and prepares a new bit stream to Bob based on her measurements…
Good value, Eve gains information 50% chance Eve creates an error Discarded Discarded
perfect transmissions, all Bob and Alice have to do is publicly compare a few bits to determine if any error exists.
BB84
Thus, of the bits Bob measures in the correct bases, there is 50% that eve had changed the basis of the bit. And thus it is equally likely that Bob measure 0 or 1 and thus an error is detected 25% of the time.
• For example, Basis A ￜ0〉= 0 Basis B ￜ+〉= 0
ￜ1〉= 1
ￜ-〉= 1
BB84
Alice prepares 16 bits 0101100010101100 in the following bases, BAABAABAAAABBBBA
Thus the following states are sent to Bob: +10-10+0101+--+0
BB84
Alice’s bits Alice’s bases States sent Bob’s bases 0101100010101100 BAABAABAAAABBBBA +10-10+0101+--+0 ABAABAAABABBBBAB
So Bob gets 1-00-0+0+0-+--1+
Zelam Ngo, David McGrogan
Motivation
Age of Information
Information is valuable Protecting that Information
Quantum Security Benefits
Provably Secure Evidence of Tampering
History
Stephen Wiesner wrote “Conjugate Coding” in the late sixties
Charles H. Bennett and Gilles Brassard revived the field in 1982 by combining quantum process with public key cryptography.
Then Alice and Bob compare their measurement bases, not the results, via a public channel.
BB84
So Bob and Alice are left with 7 useable bits out of 16
Fundamentals
Measurement causes perturbation
No Cloning Theorem Thus, measuring the qubit in the wrong basis destroys the information.
BB84
Set-up
Eve is found in the errors!
BB84
Eve creates a detectable error 25% of the time
Bob Result Good bit value
Alice
Eve No measurement
No measurement
Discarded
BB84
Alice’s bits Alice’s bases States sent 0101100010101100 BAABAABAAAABBBBA +10-10+0101+--+0
Bob receives the stream of qubits and measures each one in a random basis: ABAABAAABABBBBAB
BB84
So how do we know when Eve is being nosy?
Well… Eve doesn’t know what bases to measure in, so she would have to measure randomly and 50% of the time she will be wrong…
Alice
• Has the ability to create qubits in two orthogonal bases
Bob
• Has the ability to measure qubits in those two bases.
BB84
Alice
Encodes her information randomly in one of the two bases…
BB84
Alice’s bits Alice’s bases States sent Bob’s bases Bob’s results 0101100010101100 BAABAABAAAABBBBA +10-10+0101+--+0 ABAABAAABABBBBAB 1-00-0+0+0-+--1+
_ _ 0 _ _ 0 _ 0 _ 0_ 0 1 1 _ _
These bits will be the shared key they use for encryption.
BB84
Now enter Eve… She wants to spy on Alice and Bob.
So she intercepts the bit stream from Alice, measures it, and prepares a new bit stream to Bob based on her measurements…
Good value, Eve gains information 50% chance Eve creates an error Discarded Discarded
perfect transmissions, all Bob and Alice have to do is publicly compare a few bits to determine if any error exists.
BB84
Thus, of the bits Bob measures in the correct bases, there is 50% that eve had changed the basis of the bit. And thus it is equally likely that Bob measure 0 or 1 and thus an error is detected 25% of the time.
• For example, Basis A ￜ0〉= 0 Basis B ￜ+〉= 0
ￜ1〉= 1
ￜ-〉= 1
BB84
Alice prepares 16 bits 0101100010101100 in the following bases, BAABAABAAAABBBBA
Thus the following states are sent to Bob: +10-10+0101+--+0
BB84
Alice’s bits Alice’s bases States sent Bob’s bases 0101100010101100 BAABAABAAAABBBBA +10-10+0101+--+0 ABAABAAABABBBBAB
So Bob gets 1-00-0+0+0-+--1+