数据加密基本概念
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IBM研制，ISO将DES作为数据加密标准。 DES属于分组加密算法，每次利用56位密钥对64位明文加密。 DES属于对称加密 • 现代与古典密码学采用的基本思想相同：替换与变位。 • 古典：算法简单，长密钥。 • 现代：算法复杂。
2015-2-4
第九章 系统安全性
14 14
传统密码体制的缺陷
• 密钥管理的麻烦：n个用户保存n*(n-1)/2个密钥。 • 不能提供法律证据 :不仅要保密还要解决证实问题。 • 1976年，美国学者Diffie和Hellman发表了著名论文《密码学 的新方向》，提出了建立“公开密钥密码体制”：若用户A 有加密密钥ka（公开），不同于解秘密钥ka’（保密），要 求ka的公开不影响ka’的安全。若B要向A保密送去明文m,可 查A的公开密钥ka，若用ka加密得密文c，A收到c后，用只有 A自己才掌握的解密密钥ka’对x进行解密得到m。
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第九章 系统安全性
6
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• 选择明文攻击（chosen plaintext attacks）。 • 已知：截获部分密文；自主选择的明文——密文对，目的 是获得密钥。 • 对加密密钥的攻击 • 对那些由加密密钥的信息容易得到解密密钥信息的非对称 加密系统而言的。目的是获得解密密钥。
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第九章 系统安全性
9
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• 将明文字符替换掉。 • 代替密码就是明文中每一个字符被替换成密文中的 另外一个字符，代替后的各字母保持原来位置。对 密文进行逆替换就可恢复出明文。有四种类型的代 替密码： • （1）单表（简单）代替密码：就是明文的一个字符 用相应的一个密文字符代替。加密过程中是从明文 字母表到密文字母表的一一映射。例：恺撒 （Caesar)密码。 • （2）同音代替密码：它与简单代替密码系统相似， 唯一的不同是单个字符明文可以映射成密文的几个 字符之一，同音代替的密文并不唯一。 2015-2-4 10 第九章 系统安全性
第九章 系统安全性
7
7
古典密码学
• 易位法
• 将明文字母互相换位，明文的字母不变，但顺序被打乱了。 例如：线路加密法 • 明文以固定的宽度水平写出，密文按垂直方向读出。
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第九章 系统安全性
8
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• • • • • • •
明文：COMPUTERSYSTEMSECURITY COMPU TERSY STEMS ECURI TY 密文：CTSETOETCYMREUPSMRUYSI
• 令26个字母分别对应于0～25，a=1，b=2……y=25， z=0。 • 凯撒加密变换实际上是c≡ (m + k) mod 26 • 其中m是明文对应的数据，c是与明文对应的密文数 据，k是加密用的参数，叫密钥。比如明文：data security 对应数据序列：4，1，20，1，19，5，3， 21，18，9，20，25 • k=5时，得密文序列 • 9，6，25，6，24，10，8，0，23，14，25，4 • 密文：ifyxjhzwnyd •2015-2-4 缺点：容易破解密码。 12 第九章 系统安全性
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第九章 系统安全性
15 15
公开密钥法 非对称密码体系，要点如下： （1）设加密算法为E，加密密钥为Ke，对明文P加密 得到Eke(P)密文。设解密算法为D 解密密钥为Kd， 则Dkd(Eke(P))=P （2）要保证从Ke推出Kd极为困难（不可能）。 （3）在计算机上很容易产生成对的Ke和Kd。 （4）加密和解密运算可以对调，即： Eke (Dkd (P))=P 在这种情况下，将加密算法和加密密钥公开也无妨， 因而称为公开密钥法，最著名的是RSA体系，已被 ISO推荐为公开密钥加密标准
第九章 系统安全性 2 2
第四章 传统密码学
密钥K 明文M
密钥K
加密
密文C
解密
原始明文M
EK（M）=C
DK（C）=M.
密钥就是一组含有参数k的变换E。设已知信息m，通 过变换E得到密文c。即c=Ek(m) 这个过程称之为加密， 参数k称为密钥。解密算法D是加密算法E的逆运算， 解密算法也是含参数k的变换。
12
一次一密密码
• 一次一密密码，由AT&T公司的Gilbert Vernam在1917年提 出。发方和收方各保存一份一次一密乱码本，它是一个大 的不重复的真随机密钥字母集。 • 每个密钥仅对一个消息使用一次。
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第九章 系统安全性
13 13
数据加密标准和数字签名
1、数据加密标准DES
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置换法
• （3）多字母组代替密码：字符块被成组加密，例如 “ABA”可能对应“RTQ”，ABB可能对应“SLL”等。 例：Playfair密码。 • （4）多表代替密码：由多个单字母密码构成，每个密钥 加密对应位置的明文。 例：维吉尼亚密码。
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第九章 系统安全性
11 11
凯撒（Caesar）密码
DK（EK（M））=M.
2015-2-4 第九章 系统安全性 3 3
加密密钥K1 明文M
解密密钥K2 密文C
加密
解密
原始明文M
EK1（M）=C
DK2（C）=M
DK2 （EK1（M））=M
双钥密码体制
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第九章 系统安全性
4
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2、加密算法类型
• 按其对称性，可把加密和解密分为对称加密和非对称加密算 法； 加密和解密使用相同密钥 ？ • 按所变换的明文单位，对加密算法进行分类：序列加密算法 和分组加密算法。 明文划分为固定长度的分组？
数据加密 基本概念
1、数据加密模型
• • • • 明文 密文 加密（解密）算法 密钥
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第九章 系统安全性
1பைடு நூலகம்
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第四章 传统密码学
明文M
加密
密文C
解密
原始明文
M
E（M）=C
D（C）=M
D（E（M））=M
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明文Plaintext 加密Encryption 密钥key
密文Cipher text 解密Decryption
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第九章 系统安全性
5
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常用的密码分析攻击
• • • • 唯密文攻击（ciphertext only attacks）： 已知：截获部分密文，不知道任何明文，也不知道密钥。 已知明文攻击（know plaintext attacks）。 已知：得到全部或部分明文，及这些明文所对应的密文，目 的是获得密钥。
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第九章 系统安全性
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传统密码体制的缺陷
• 密钥管理的麻烦：n个用户保存n*(n-1)/2个密钥。 • 不能提供法律证据 :不仅要保密还要解决证实问题。 • 1976年，美国学者Diffie和Hellman发表了著名论文《密码学 的新方向》，提出了建立“公开密钥密码体制”：若用户A 有加密密钥ka（公开），不同于解秘密钥ka’（保密），要 求ka的公开不影响ka’的安全。若B要向A保密送去明文m,可 查A的公开密钥ka，若用ka加密得密文c，A收到c后，用只有 A自己才掌握的解密密钥ka’对x进行解密得到m。
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第九章 系统安全性
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• 选择明文攻击（chosen plaintext attacks）。 • 已知：截获部分密文；自主选择的明文——密文对，目的 是获得密钥。 • 对加密密钥的攻击 • 对那些由加密密钥的信息容易得到解密密钥信息的非对称 加密系统而言的。目的是获得解密密钥。
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第九章 系统安全性
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• 将明文字符替换掉。 • 代替密码就是明文中每一个字符被替换成密文中的 另外一个字符，代替后的各字母保持原来位置。对 密文进行逆替换就可恢复出明文。有四种类型的代 替密码： • （1）单表（简单）代替密码：就是明文的一个字符 用相应的一个密文字符代替。加密过程中是从明文 字母表到密文字母表的一一映射。例：恺撒 （Caesar)密码。 • （2）同音代替密码：它与简单代替密码系统相似， 唯一的不同是单个字符明文可以映射成密文的几个 字符之一，同音代替的密文并不唯一。 2015-2-4 10 第九章 系统安全性
第九章 系统安全性
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古典密码学
• 易位法
• 将明文字母互相换位，明文的字母不变，但顺序被打乱了。 例如：线路加密法 • 明文以固定的宽度水平写出，密文按垂直方向读出。
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明文：COMPUTERSYSTEMSECURITY COMPU TERSY STEMS ECURI TY 密文：CTSETOETCYMREUPSMRUYSI
• 令26个字母分别对应于0～25，a=1，b=2……y=25， z=0。 • 凯撒加密变换实际上是c≡ (m + k) mod 26 • 其中m是明文对应的数据，c是与明文对应的密文数 据，k是加密用的参数，叫密钥。比如明文：data security 对应数据序列：4，1，20，1，19，5，3， 21，18，9，20，25 • k=5时，得密文序列 • 9，6，25，6，24，10，8，0，23，14，25，4 • 密文：ifyxjhzwnyd •2015-2-4 缺点：容易破解密码。 12 第九章 系统安全性
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第九章 系统安全性
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公开密钥法 非对称密码体系，要点如下： （1）设加密算法为E，加密密钥为Ke，对明文P加密 得到Eke(P)密文。设解密算法为D 解密密钥为Kd， 则Dkd(Eke(P))=P （2）要保证从Ke推出Kd极为困难（不可能）。 （3）在计算机上很容易产生成对的Ke和Kd。 （4）加密和解密运算可以对调，即： Eke (Dkd (P))=P 在这种情况下，将加密算法和加密密钥公开也无妨， 因而称为公开密钥法，最著名的是RSA体系，已被 ISO推荐为公开密钥加密标准
第九章 系统安全性 2 2
第四章 传统密码学
密钥K 明文M
密钥K
加密
密文C
解密
原始明文M
EK（M）=C
DK（C）=M.
密钥就是一组含有参数k的变换E。设已知信息m，通 过变换E得到密文c。即c=Ek(m) 这个过程称之为加密， 参数k称为密钥。解密算法D是加密算法E的逆运算， 解密算法也是含参数k的变换。
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一次一密密码
• 一次一密密码，由AT&T公司的Gilbert Vernam在1917年提 出。发方和收方各保存一份一次一密乱码本，它是一个大 的不重复的真随机密钥字母集。 • 每个密钥仅对一个消息使用一次。
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第九章 系统安全性
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数据加密标准和数字签名
1、数据加密标准DES
10
置换法
• （3）多字母组代替密码：字符块被成组加密，例如 “ABA”可能对应“RTQ”，ABB可能对应“SLL”等。 例：Playfair密码。 • （4）多表代替密码：由多个单字母密码构成，每个密钥 加密对应位置的明文。 例：维吉尼亚密码。
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第九章 系统安全性
11 11
凯撒（Caesar）密码
DK（EK（M））=M.
2015-2-4 第九章 系统安全性 3 3
加密密钥K1 明文M
解密密钥K2 密文C
加密
解密
原始明文M
EK1（M）=C
DK2（C）=M
DK2 （EK1（M））=M
双钥密码体制
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第九章 系统安全性
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2、加密算法类型
• 按其对称性，可把加密和解密分为对称加密和非对称加密算 法； 加密和解密使用相同密钥 ？ • 按所变换的明文单位，对加密算法进行分类：序列加密算法 和分组加密算法。 明文划分为固定长度的分组？
数据加密 基本概念
1、数据加密模型
• • • • 明文 密文 加密（解密）算法 密钥
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第九章 系统安全性
1பைடு நூலகம்
1
第四章 传统密码学
明文M
加密
密文C
解密
原始明文
M
E（M）=C
D（C）=M
D（E（M））=M
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明文Plaintext 加密Encryption 密钥key
密文Cipher text 解密Decryption
2015-2-4
第九章 系统安全性
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5
常用的密码分析攻击
• • • • 唯密文攻击（ciphertext only attacks）： 已知：截获部分密文，不知道任何明文，也不知道密钥。 已知明文攻击（know plaintext attacks）。 已知：得到全部或部分明文，及这些明文所对应的密文，目 的是获得密钥。