《密码学引论》第二版重点 武汉大学
信息安全课程表(武大)
武大信息安全专业课程简介(一)课程名称（中、英文）计算机导论Introduction to Computer1、课程简介主要讲授计算机科学与技术学科体系、课程体系、知识结构（包括计算机软件与理论、计算机硬件与网络、计算机应用与信息技术等）、计算机法律、法规和知识产权，计算机学生的择业与职业道德等内容。
使学生对所学专业及后续课程的学习有一个整体性、概括性的了解，树立专业学习的信心和自豪感，为今后的学习打下良好的基础。
2、参考书1）Roberta Baber, Marilyn Meyer,《计算机导论》，汪嘉Min译，清华大学出版社，2000。
2 ) Tony Greening 主编，《21世纪计算机科学教育》，麦中凡等译，高等教育出版社，2001。
3）姚爱国等，《计算机导论》，武汉大学出版社，20034) 黄国兴，陶树平，丁岳伟，《计算机导论》，清华大学出版社，2004。
计算机应用基础An Introduction to Computer1、课程简介本课程是计算机科学与技术、信息安全专业的专业基础必修课。
目的是使学生掌握必须的计算机基础知识与基本技能，为后续专业基础和专业课程的学习打下良好的基础。
2、指定教材《计算机导论》，姚爱国、杜瑞颖、谭成予等编著，武汉大学出版社，2003年。
电路与电子技术Circuit and Electrical Technology1、课程简介本课程是计算机科学与技术、信息安全专业的专业基础必修课，是学生学习专业知识和从事工程技术工作的理论基础。
通过对该课程的学习，让学生掌握各种电路尤其是电路的组成及基本分析方法，为系统学习专业基础和专业知识打下坚实的基础。
2、参考书目《电路原理》，江缉光主编，清华大学出版社。
《电路原理》，范承志等编，机械工业出版社。
《模拟电子技术基础》，童诗白等主编，清华大学出版社。
《电子技术基础》，康华光主编，高等教育出版社。
数字逻辑Digital Logic1、课程简介本课程是计算机科学与技术、信息安全专业的专业基础必修课。
[整理版]武汉大学密码学课件-张焕国传授
![[整理版]武汉大学密码学课件-张焕国传授](https://img.taocdn.com/s3/m/d9b142c732d4b14e852458fb770bf78a65293a1f.png)
密码学（第八讲）复习对称密码学张焕国武汉大学计算机学院目录2密码3）4、高级）5）67、8、习题课：复习对称密码91）目录1010、11、1）122）13、函数13、、认证1414、15、15、、PKI技术16、161718/综合实验要求②偶数号的题目中的一部分由辅导老师在作业课上讲解，一部分点学生上台解答。
③第一讲复习题②密码的基本思想是什么？③密码分析有哪些类型？④什么是密码分析？什么是密码分析？密码分析有哪些类型？⑤⑥计算机的程序文件和数据库文件加密容易受到什么攻击？为什么？第二讲复习题①214365 ，k1 2 3 4 5 63 5 1 64 2P =第二讲复习题对明文④以英文为例，用加法密码，取密钥常数k= 7,k= 7,对明文INFORMATION SECURITY，进行加密，求出密文。
⑤p的i和，若p(i)=j，p(j)=i 。
⑥⑦第三讲复习题统：•具有文件加密和解密功能；••采用密文反馈链接和密文挪用短块处理技术；•具有较好的人机界面。
第三讲复习题①分析DES的弱密钥和半弱密钥。
②分析DES的互补对称性。
③证明DES的可逆性。
④证明DES的对合性。
⑤画出3密钥3DES第四讲复习题AES作为加密算法开发出文件加密软件系统：•具有文件加密和解密功能；••采用密文反馈链接和密文挪用短块处理技术；•具有较好的人机界面第四讲复习题1、对比、对比AES AES和和DES DES有什么不同？有什么不同？2、AES AES的解密算法与加密算法有什么不同？的解密算法与加密算法有什么不同？3、在、在GF GF（（28）中，中，0101的逆元素是什么？的逆元素是什么？4、对于字节、对于字节““0000””和“0101””计算计算S S 盒的输出。
5、证明、证明c(x)c(x)与与d(x)d(x)互逆，模互逆，模x x 4+1+1。
6、证明证明::x i mod (x 4+1)=x i mod 4第四讲复习题①复习有限域理论②证明：C(x)=03x3+01x2+01x+02D(x)=0Bx3+0Dx2+09x+0E互逆。
密码学引论第二版教学设计
密码学引论第二版教学设计一、教学目标•了解密码学的基本概念及其应用•掌握对称密码学和非对称密码学的原理与算法•学会使用加密技术保护网络通信和数据传输二、教学内容1. 密码学基础•密码学概述•密码学基本概念•密码学分类•密码学应用2. 对称密码学•对称密码学基础知识•对称密码学的常用算法：DES、AES•对称密码学应用案例3. 非对称密码学•非对称密码学基础知识•非对称密码学的常用算法：RSA、ECC•非对称密码学应用案例4. 数字签名和证书•数字签名基础知识•数字证书基础知识•数字签名和证书的应用5. 网络安全和加密通信•网络安全基础知识•网络攻击和防御•加密通信协议：SSL/TLS三、教学方法•理论讲解：通过多媒体课件和演示文稿，对每个章节的内容进行详细讲解，并提供案例和实例进行说明。
•实验实现：通过使用密码学算法库，设计并实现对称密码学、非对称密码学、数字签名等应用程序，让学生掌握加密技术的实用方法。
•课外作业：布置以阅读论文或相关文献为主的课外作业，加深学生对密码学应用和实践的认识。
四、教学考核•期中考试：60%•期末考试：40%五、教学资源•讲稿和课件：教师讲稿和多媒体课件。
•作业和实验：教师提供作业和实验任务。
•参考资料：教师提供课程相关的文献和论文。
六、教学评估•每节课后进行小结和回顾。
•课后可利用网络、微信群等形式与学生进行交流和互动。
•每周进行一次讨论，讨论课上的问题和任务。
七、教学进度教学内容课时数密码学基础 2对称密码学 6非对称密码学8数字签名和证书 4网络安全和加密通信 4八、总结本次教学设计主要介绍了密码学的基础概念和应用，包括对称密码学、非对称密码学、数字签名和证书、网络安全和加密通信等方面的内容。
通过课堂理论讲解、实验实现和课外作业，能够让学生更深入的了解密码学这个领域。
现代密码学（第二版）重点概念整理
现代密码学（第⼆版）重点概念整理第⼀章1.被动攻击获取消息的真实内容进⾏业务流分析2.主动攻击中断、篡改、伪造3.安全业务1、保密业务：保护数据以防被动攻击。
2、认证业务：⽤于保证通信的真实性。
3、完整性业务：防⽌对消息流的篡改和业务拒绝。
4、不可否认业务：⽤于防⽌通信双⽅中的某⼀⽅对所传输消息的否认。
5、访问控制：访问控制的⽬的是防⽌对⽹络资源的⾮授权访问，控制的实现⽅式是认证，即检查欲访问某⼀资源的⽤户是否具有访问权。
4.安全通信需考虑加密算法⽤于加密的秘密信息秘密信息的分布与共享安全服务所需的协议5.信息安全可分为系统安全、数据安全、内容安全，密码技术是保障数据安全的关键技术。
6.密码体制从原理上分为单钥体制和双钥体制，单钥体制包括对明⽂消息按字符逐位加密的流密码和将明⽂消息分组加密的分组密码。
双钥特点是将加密和解密能⼒分开。
7.密码攻击类型唯密⽂攻击、已知明⽂攻击、选择明⽂攻击、选择密⽂攻击8.加密算法是⽆条件安全的，仅当密钥⾄少和明⽂⼀样长时，才能达到⽆条件安全9.多表代换密码的计算问题，课后习题3、4第⼆章1.流密码的概念：利⽤密钥k产⽣⼀个密钥流z=z0z1…，并使⽤如下规则对明⽂串x=x0x1x2…加密：y=y0y1y2…=Ez0(x0)Ez1(x1)Ez2(x2)…。
密钥流由密钥流发⽣器f产⽣：zi=f(k,σi)，σi:加密器中的记忆元件(存储器)在时刻i的状态，f:由密钥k和σi产⽣的函数。
2.分组密码与流密码的区别: 有⽆记忆性3.密码设计者的最⼤愿望是设计出⼀个滚动密钥⽣成器，使得密钥经其扩展成的密钥流序列具有如下性质：极⼤的周期、良好的统计特性、抗线性分析、抗统计分析4.同步流密码的关键是密钥流产⽣器。
5.如果移位寄存器的反馈函数f(a1,a2,…,an)是a1，a2，…，an的线性函数，则称之为线性反馈移位寄存器LFSR（linear feedback shift register）。
密码学引论 (上)教学大纲
密码学引论（上）教学大纲通过本课程的学习，学生能够阐述各类典型密码方案及其安全性功能，解释典型密码设计技术与分析技术的基本原理；能够对密码方案的安全性隐患进行初步分析与评估；能够综合运用各类基础密码算法根据安全性功能需求提出合理的密码学解决方案。
课程概述《密码学引论》关注信息安全的两个重要方面——保密性与认证性，介绍相关密码算法与协议的设计原理与安全性分析技术。
《密码学引论》（上）围绕对称密码技术，重点介绍古典密码、密码学信息理论基础，以及经典对称密码算法，包括流密码、分组密码、杂凑函数和消息认证码等，研究各类对称密码算法的主要结构和设计原理，分析典型算法设计技术细节，并对对称密码主流安全性分析技术，如差分分析、线性分析等分析原理和概率模型进行初步探讨。
《密码学引论》（下）围绕非对称密码技术，介绍密码学复杂性理论基础、公钥加密、数字签名、密钥分发、零知识证明理论和电子货币等，研究非对称密码的设计原理、相关数学困难问题的困难性、安全性分析与证明的基本思想、以及各类密码算法在密码协议中的综合运用。
课程大纲01引论课时1.1 密码学发展史1.2 基本概念与基本观点1.3 古典密码1.4 破解维吉尼亚密码02密码学信息理论基础课时2.1 Shannon保密系统的信息理论——熵2.2 Shannon保密系统的信息理论——完美保密性03分组密码课时3.1 分组密码算法介绍3.2 分组密码安全性分析3.3 其他分组密码算法3.4 分组密码工作模式04流密码课时4.1 流密码的基本概念4.2 线性反馈移位寄存器4.3 流密码典型算法05Hash函数课时5.1 Hash函数的基本概念5.2 Hash函数的安全属性5.3 Hash函数的常见结构5.4 Hash函数典型算法06消息认证码课时6.1 消息认证码及其安全性6.2 消息认证码构造方法参考资料1、密码学原理与实践（第三版），Douglas R. Stinson 著，冯登国等译，电子工业出版社，2016.012、密码编码学与网络安全：原理与实践（第五版），William Stallings 著，王张宜、杨敏、杜瑞颖等译，电子工业出版社，2014.013、密码学导引，冯登国、裴定一，科学出版社，1999.04。
武汉大学《密码学》课件第十四讲 认证
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四、报文认证
3、报文内容的认证
z 报文内容认证使接收方能够确认报文内容的真实 性，这可以通过验证消息认证码 的正确性来实现。
z 消息认证码MAC（Message Authentication Code） 是消息内容和密钥的公开函数，其输出是固定长度 的短数据块：
MAC＝C(M，K)
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四、报文认证
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二、身份认证
1. 口令
z 利用数字签名方法验证口令 ： ④ 份当有且效仅。当IDi= IDi*, Ni*=Ti+1时系统才确认用户身 ⑤ 它安不全存性储分于析系：统口中令，是所用以户任的何保人密都的不解可密能密得钥K到d；i ，
由虽于然K从e终i存端储到于系系统统的中通，道但上是传由输K的ei不是能签推名出数K据di ；而 播K不Tid，攻是i；且K击由d仅。i本于当但身系N必，统i*须=所为T对以每i+T1攻用i是实击户才施者设接保也置收护不了访。能已问通访，过问所截次以取数可获标以得志抗重
2
内容简介
第十讲 公钥密码（2） 第十一讲 数字签名（1） 第十二讲 数字签名（2） 第十三讲 HASH函数 第十四讲 认证 第十五讲 密码协议 第十六讲 密钥管理（1） 第十七讲 密钥管理（2） 第十八讲 复习
3
教材与主要参考书
教材
参考书
4
一、认证的概念
z 认证（Authentication）又称鉴别，确认，它是证实 某人某事是否名符其实或是否有效的一个过程。
① 采用传统密码 z 设A为发送方，B为接收方。A和B共享保密的密
钥KS。A的标识为IDA，报文为M，在报文中增加 标识IDA ,那么B认证A的过程如下：
A→B：< IDA ，E(IDA||M ，KS) > z B收到报文后用KS解密，若解密所得的发送方标
《密码学》课程教学大纲
《密码学》课程教学大纲Cryprtography课程代码：课程性质：专业方向理论课/必修适用专业：信息安全开课学期：5总学时数：56总学分数：3.5编写年月：2006年6月修订年月：2007年7月执笔：李锋一、课程的性质和目的本课程是信息与计算科学专业信息安全方向的主要专业方向课。
其主要目的研究实现是让学生学习和了解密码学的一些基本概念，理解和掌握一些常用密码算法的加密和解密原理，认证理论的概念以及几种常见数字签名算法和安全性分析。
本课程涉及分组加密、流加密、公钥加密、数字签名、哈希函数、密钥建立与管理、身份识别、认证理论与技术、PKI技术等内容。
要求学生掌握密码学的基本概念、基本原理和基本方法。
在牢固掌握密码学基本理论的基础上，初步具备使用C或C++语言编写基本密码算法（SHA-1、DES、A ES、RC5等）的能力，要求学生通过学习该课程初步掌握密码学的理论和实现技术，使当代大学生适应社会信息化的要求，能利用密码技术服务于社会。
二、课程教学内容及学时分配第1章密码学概论(2学时)要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1.信息安全的基本概念，2. 密码学的基本概念，3.与密码学有关的难解数学问题。
要求一般理解与掌握的内容有：信息安全的基本内容、密码体制分类、密码学的发展历史。
重点：密码体制的分类。
难点：密码体制的攻击类型理解。
第2章古典密码体制（2学时）本章主要了解1949年之前的古典密码体制，掌握不同类型的加密方式，并了解和认识无条件安全及古典密码的破译。
本章知识点：代换密码（分类和举例）、置换密码（列置换密码、周期置换密码）、古典密码的破译、无条件安全的一次一密体制。
要求学生能够使用C、C++编写Caesar 密码算法，练习最基本或最简单的加密模式。
为进一步加强对加密算法的理解，课堂上演示实现的Caesar密码。
第3章现代分组密码（10学时）要求掌握分组密码概述，主要使用的结构及模式，详细学习DES、IDEA、RC5、AES算法的流程，特别是如何实现这些算法，并了解每个算法的安全性及其效率。
密码学1-1 密码学引论
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引例2---卡丹网格式密码
王先生： 来信收悉，你的盛情真是难以报答。我已在 昨天抵达广州。秋雨连绵，每天需备伞一把方 能上街，苦矣。大约本月中旬我才能返回，届 时再见。
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置换密码 古典密码学
密 码 学
现代密码学
代替密码
序列密码 对称密码 分组密码 非对称密码 公钥密码 哈希密码
1.3 密码学概述
密码学(Cryptology)：把来自信源的可理解的 消息变成不可理解的消息，同时又可以恢复到 原消息的一门学科。 它包含两个分支: 密码编码学(Cryptography)，对信息进行编码 实现隐蔽信息的一门学问。 密码分析学(Cryptanalytics)，研究分析破译 密码的学问。 密码编制学和密码分析学共同组成密码学 （Cryptology）。
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(3) 选择明文攻击（Chosen Plaintext） 密码分析者不仅可得到一些“明文密文对”，还可以选择对攻 击有利的被加密的明文，并获得相应的密文。
(4) 选择密文攻击（Chosen Ciphertext） 分析者可以选择一些它认为对攻击有利的特定的密文，并获得 相应的明文。 这四种攻击的强度是依次递增的。如果一个密码系统能够 抵抗选择密文攻击，那么它就能抵抗其余三种攻击。
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5 密码攻击类型
根据密码分析者破译时已具备的条件，把对密码系统的常见攻 击分为四种主要类型：
(1) 唯密文攻击（Ciphertext Only） 在这种攻击中，密码分析者仅有一些截获的密文。
(2) 已知明文攻击（Known Plaintext） 在这种攻击中，分析者除拥有一定数量的密文外，还有一些已 知的“明文密文对”来破译密码。
密码学知识点总结
密码学知识点总结密码学的发展可以追溯到古代，古希腊和罗马就有使用密码进行通信的记录。
而现代密码学的起源可以追溯到二战期间，当时的盟军和轴心国都使用密码学来保护其通信内容。
随着计算机技术的发展，密码学变得更加重要和复杂，研究和应用领域也日益广泛。
在密码学中，有许多重要的概念和技术，下面我们将简要介绍一些主要的知识点。
1. 对称加密和非对称加密对称加密是指加密和解密使用相同的密钥的加密方式。
例如，最简单的对称加密算法是凯撒密码，使用一个固定的偏移量将字母替换成其他字母来加密。
而非对称加密则使用不同的密钥进行加密和解密，公钥用于加密，私钥用于解密。
非对称加密算法有RSA、椭圆曲线加密等。
对称加密的速度通常更快，而非对称加密更安全，因为加密和解密的密钥是分离的。
2. 数字签名数字签名是一种确保信息完整性和真实性的技术，它用于验证信息的发送者是合法的。
数字签名通过使用发送者的私钥对信息进行签名，接收者通过使用发送者的公钥来验证签名的有效性。
数字签名在电子支付、电子合同和网上交易中发挥了重要作用。
3. 哈希函数哈希函数是将任意长度的输入数据转换成固定长度的输出数据的一种函数。
哈希函数具有单向性和抗碰撞的特性，即不能通过哈希值还原出原始数据，且不同的输入数据产生相同的哈希值的可能性极小。
哈希函数在密码学中用于密码存储、数字签名、消息摘要等方面。
4. 加密协议加密协议是一种用于保护通信数据安全的协议。
例如，SSL/TLS协议用于在互联网上安全地传输数据，IPsec协议用于在网络层保护通信数据。
加密协议通常包括密钥交换、加密算法和认证机制。
5. 公钥基础设施（PKI）公钥基础设施是一种用于管理公钥和数字证书的框架。
PKI包括数字证书颁发机构（CA）、注册机构（RA）和证书库。
数字证书是用于验证公钥和身份的一种凭证，它通常包括了公钥、持有者的身份信息和数字签名。
密码学是一门广泛的学科，涉及到数学、计算机科学、信息安全等多个领域。
密码学重要知识点
密码学重要知识点0x01 密码学定义密码学（Cryptograghy）是研究编制密码和破译密码的技术科学，是研究如何隐密地传递信息的学科。
研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信秘密的，称为编码学；应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译学，总称密码学。
在现代特别指对信息以及其传输的数学性研究，常被认为是数学和计算机科学的分支，和信息论也密切相关。
著名的密码学者 Ron Rivest 解释道：“密码学是关于如何在敌人存在的环境中通讯”，自工程学的角度，这相当于密码学与纯数学的异同。
密码是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。
依照这些法则，变明文为密文，称为加密变换；变密文为明文，称为脱密变换。
密码在早期仅对文字或数码进行加、脱密变换，随着通信技术的发展，对语音、图像、数据等都可实施加、脱密变换。
现代密码学所涉及的学科包括：信息论、概率论、数论、计算复杂性理论、近世代数、离散数学、代数几何学和数字逻辑等。
0x02 密码发展史根据国家密码管理局给出的全面文件指出古典密码在古代很多国都有所使用。
古代中国：从古到今，军队历来是使用密码最频繁的地方，因为保护己方秘密并洞悉敌方秘密是克敌制胜的重要条件。
中国古代有着丰富的军事实践和发达的军事理论，其中不乏巧妙、规范和系统的保密通信和身份认证方法。
中国古代兵书《六韬》中的阴符和阴书：《六韬》又称《太公六韬》或《太公兵法》，据说是由西周的开国功臣太公望(又名吕尚或姜子牙，约公元前1128—公元前1015)所著。
书中以周文王和周武王与太公问答的形式阐述军事理论，其中《龙韬•阴符》篇和《龙韬•阴书》篇，讲述了君主如何在战争中与在外的将领进行保密通信。
以下是关于“阴符”使用方法对话的译文。
武王问太公说：领兵深入敌国境内，军队突然遇到紧急情况，战事或有利，或失利。
我要与各军远近相通，内外相应，保持密切的联系，以便及时应对战场上军队的需求，应该怎么办呢?太公回答说：国君与主将之间用阴符秘密联络。
武汉大学《密码学》课件第三讲 DES
两位发生变化（这里x是一个长度为6的比特串）； P4：对任何S盒和任一输入x，以及e,f∈{0,1},有
S(x)≠S(x⊕11ef00)，其中x是一个长度为6的比特串； P5：对任何S盒，当它的任一输入比特位保持不变，其它5
1 58 50 42 34 26 18 7 62 54 46 38 30 22
10 2 59 51 43 35 27 14 6 61 53 45 37 29
19 11 3 60 52 44 36 21 13 5 28 20 12 4
③说明：矩阵中第一个数字47，表明原密钥中的第47位移到C0 中的第一位。
1 15 23 26 5 18 31 10
2 8 24 14 32 27 3 9
19 13 30 6 22 11 4 25
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八、DES的解密过程
DES的加密算法是对合运算，因此解密和加密可共 用同一个算法。
不同点：子密钥使用的顺序不同。 第一次解密迭代使用子密钥 K16 ，第二次解密迭代
密码学
第三讲 数据加密标准(DES)
张焕国 武汉大学计算机学院 空天信息安全与可信计算教育部重点实验室
内容简介
第一讲 信息安全概论 第二讲 密码学的基本概念 第三讲 数据加密标准（DES） 第四讲 高级数据加密标准（AES） 第五讲 中国商用密码（SMS4） 第六讲 分组密码的应用技术 第七讲 序列密码 第八讲 复习 第九讲 公钥密码（1）
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七、加密函数 f
④代替函数组S（S盒） zＳ盒的一般性质
S盒是DES中唯一的非线性变换，是DES安全的关键。 在保密性方面，起混淆作用。 共有8个S盒，并行作用。 每个S盒有6个输入，4个输出，是非线性压缩变换。 设输入为b1b2b3b4b5b6 ,则以b1b6组成的二进制数为行
武汉大学《密码学》课件第二讲 密码学的基本概论
z 迭代：设计一个轮函数，然后迭代。 z 乘积：将几种密码联合应用。
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三、古典密码
虽然用近代密码学的观点来看，许多古 典密码是很不安全的。但是我们不能忘记古 典密码在历史上发挥的巨大作用。
另外，编制古典密码的基本方法对于编制 近代密码仍然有效。 z 古典密码编码方法：
置换，代替，加法
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！
6
一、我国的密码政策
我国商用密码政策：
①统一领导：
国家密码管理局统一领导。
②集中管理：
国家密码管理局办公室集中管理。
③定点研制：
只允许定点单位进行研制。
④专控经营：
经许可的单位才能经营。
显然，理论上，对于任何可实用密码只要有足够 的资源，都可以用穷举攻击将其改破。
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二、密码学的基本概念
5、密码分析 z穷举攻击 实例
1997年美国一个密码分析小组宣布：1万多人参 加，通过INTERNET网络，利用数万台微机，历 时4个多月，通过穷举攻破了DES的一个密文。
美国现在已有DES穷举机，多CPU并行处理，24 小时穷举出一个密钥。
性传输密钥，利用模2加进行加密，而且按一次一密方式 工作
16
二、密码学的基本概念
3、密码体制的分类
z 从是否基于数学划分 ⑵基于非数学的密码 ②DNA密码
基于生物学中的困难问题 由于不基于计算，所以无论计算机的计算能力多么强大，
与DNA密码都是无关的 尚不成熟
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二、密码学的基本概念
E0
E1
密码学重要知识点总结
密码学重要知识点总结一、密码学的基本概念1.1 密码学的定义密码学是一门研究如何保护信息安全的学科，它主要包括密码算法、密钥管理、密码协议、密码分析和攻击等内容。
密码学通过利用数学、计算机科学和工程学的方法，设计和分析各种密码技术，以确保信息在存储和传输过程中不被未经授权的人所获得。
1.2 密码学的基本原理密码学的基本原理主要包括保密原则、完整性原则和身份认证原则。
保密原则要求信息在传输和存储过程中只能被授权的人所获得，而完整性原则要求信息在传输和存储过程中不被篡改，身份认证原则要求确认信息发送者或接收者的身份。
1.3 密码学的分类根据密码的使用方式，密码学可以分为对称密码和非对称密码两种。
对称密码是指加密和解密使用相同的密钥，而非对称密码是指加密和解密使用不同的密钥。
1.4 密码学的应用密码学广泛应用于电子商务、金融交易、通信、军事、政府和企业等领域。
通过使用密码学技术，可以保护重要信息的安全，确保数据传输和存储的完整性，以及验证用户的身份。
二、密码算法2.1 对称密码对称密码是指加密和解密使用相同的密钥。
对称密码算法主要包括DES、3DES、AES 等，它们在实际应用中通常用于加密数据、保护通信等方面。
对称密码算法的优点是加解密速度快，但密钥管理较为困难。
2.2 非对称密码非对称密码是指加密和解密使用不同的密钥。
非对称密码算法主要包括RSA、DSA、ECC等，它们在实际应用中通常用于数字签名、密钥交换、身份认证等方面。
非对称密码算法的优点是密钥管理较为方便，但加解密速度较慢。
2.3 哈希函数哈希函数是一种能够将任意长度的输入数据映射为固定长度输出数据的函数。
哈希函数主要用于数据完整性验证、密码存储、消息摘要等方面。
常见的哈希函数包括MD5、SHA-1、SHA-256等。
2.4 密码算法的安全性密码算法的安全性主要由它的密钥长度、密钥空间、算法强度和密码破解难度等因素决定。
密码算法的安全性是密码学研究的核心问题，也是密码学工程应用的关键因素。
武汉大学《密码学》课件第六章 入侵检测
cshao@@g第六章入侵检测系统1入侵检测技术是继防火墙、信息加密等传统安全保护方法之后的新一代安全保障技术。
它从计算机网络和系统中的若干关键点收集信息并进行分析，检查网络中是否有违反安全策略的行为和入侵事件的发生并发出实时报警的行为和入侵事件的发生，并发出实时报警。
2•入侵检测系统中基本概念侵检•入侵检测的系统功能结构•入侵检测系统原理•入侵检测系统分类•入侵检测系统结构•入侵检测的数学模型•入侵检测的特征分析•入侵检测响应机制•入侵检测的部署常侵检系的较•常见入侵检测系统的比较•发展趋势3一入侵检测系统中基本概念•入侵行为•入侵者•滥用•网络攻击•入侵检测ID(Intrusion Detection)–入侵检测的目标就是通过检查操作系统的审计数据或网络数据包信息来检测系统中违背安全策略或危及系统安全的行数据包信息来检系统中背安全策略或危系统安全的行为或活动，从而保护信息系统的资源不受拒绝服务攻击，防止系统数据的泄漏、篡改和破坏。
•入侵检测技术–通过从计算机网络或计算机系统中的若干关键点收集信息并对其进行分析，从中发现网络或系统中是否有违反安全策略的行为和遭到袭击迹象的一种安全技术。
4•入侵检测是入侵检测系统的核心功能。
从技术上，入侵检测分为两类种基于标志g另检测分为两类：一种基于标志（signature-based），另一种基于异常情况（anomaly-based）。
•对于基于标识的检测技术来说，首先要定义违背安全策略的事件的特征，如网络数据包的某些头信息。
检测主要判别这类特征是否在所收集到的数据中出现。
此方法非常类似杀毒软件。
•而基于异常的检测技术则是先定义一组系统正常情则是先定义一组系统“正常”情况的数值，如CPU利用率、内存利用率、文件校验和等（这类数据可以人为定义，也可以通过观察系统、并用统（这类数据可以人为定义也可以通过观察系统并用统计的办法得出），然后将系统运行时的数值与所定义的“正常”情况比较得出是否有被攻击的迹象这种检测正常情况比较，得出是否有被攻击的迹象。
密码学引论
攻击类型
• • • • 唯密文攻击 一个或多个密文 已知明文攻击 一些明文和对应密文 选择明文攻击 所需要明文对应的密文 选择密文攻击 所需要密文对应的明文
Information Resource Management Information Resource Management
密码学中的格言
• 不应当低估对手的能力。 • 只有密码分析者才有资格评价一个密码体制的 安全性。 • 要假定敌人知道你所用的加密体制。 要假定敌人知道你所用的加密体制。 • 表面的复杂性可能是虚构的，可能产生安全的 错觉。
密码学密码学引论基本概念cryptology密码password明文密钥加密解密破译攻击保密系统认证系统古典密码学代换密码置换密码恺撒密码字频统计维吉尼亚密码通信模型信源信道收方保密通信模型信源加密解密敌方密钥密钥唯密文攻击一个或多个密文已知明文攻击一些明文和对应密文选择明文攻击所需要明文对应的密文选择密文攻击所需要密文对应的明文只有密码分析者才有资格评价一个密码体制的安全性
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密码学 ——密码学引论
Information Resource Management Information Resource Management
密码学ABC
• 基本概念
Information Resource Management Information Resource Management
• • • • •
群 有限群 交换群 环 整数环 剩余类环 域 有理数域 有限域 向量空间 多项式环
代数基础
Information Resource Management Information Resouurce Management Information Resource Management
密码学课程SPOC教学模式的实践探究
密码学课程SPOC教学模式的实践探究作者：张姗姗来源：《电脑知识与技术》2022年第32期摘要：针对密码学能够保障信息安全的专业特色及疫情期间线上教学的需求，结合SPOC 模式的专属性、重组性等特点，提出密码学课程SPOC教学模式的总体规划，首先分析了该教学模式的特色，接着阐述了具体的实施策略，并通过设计RSA加密方案的SPOC模式教学过程，体现多角度促进混合式教学的教学成效。
关键词：密码学；SPOC；教学模式；密码方案；教学成效中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：1009-3044（2022）12-0150-031 引言MOOC（Massive Open Online Courses），简称为慕课[1-2]，是具有分享协作精神的个人或组织发布在互联网上的大规模免费开放课程，倡导的是一种全新的知识传播模式和学习方式，其理念的核心在于“以学生为中心”，具有大规模、开放访问等特点。
国内外高校在2013年陆续推出自己的MOOC平台，但因其制作成本高及学习管理方面存在较大挑战，故可将MOOC优质资源与面对面的课堂教学有机结合起来，即采用SPOC （ Small Private Online Courses ）模式[3]。
針对在校注册学生，在本地自制或借助已有MOOC资源，按照课程大纲要求来重新组合设计，重组教学资源，促进混合式教学，为疫情期间的“停课不停学”保驾护航，也为后续的线下教学提供新的教学方式。
随着计算机和通信网络的迅速发展，信息的安全性已受到人们的普遍重视。
信息安全不仅仅局限于政治和军事外交等领域，已与人们的生活息息相关，没有信息安全就没有国家安全，而密码学能够为信息安全提供强有力技术保障[4-6]。
密码学作为安全类专业的基础课[7-10]，目前大多仍是传统授课模式，教学内容偏理论，缺少实践案例教学设置，没能发挥学生的专业特长；教学方法满堂灌，“PPT+粉笔”式教学缺少新意，学生主观能动性没有得以充分调动；考核形式单一化，一考定输赢已经不适合素质教育的要求，且学生自我要求有待重塑。
《密码学》复习资料
《密码学》课程第一版期末复习资料注：如学员使用其他版本教材，请参考相关知识点《密码学》课程第一版（PPT）讲稿章节目录：第1章引论1.1 密码学的发展历史；1.2 密码学的基本概念；第3章古典密码3.1置换密码；3.2代替密码；3.3单表代换密码；3.4多表代换密码；第4章流密码4.1 流密码的基本概念；4.2 序列的随机性；4.3 密钥流生成器；4.4 线性反馈移位寄存器；4.5 两个流密码算法RC4和A5；第5章分组密码5.1 分组密码的基本原理；5.2 分组密码的工作模式；5.3 数据加密标准DES；5.4 高级数据加密标准AES；5.5 SMS4；5.6 IDEA。
第6章 Hash函数6.1 Hash函数的概念；6.2 Hash函数MD5；6.3 Hash函数SHA；6.4 基于分组密码的Hash函数；6.5 Hash函数的分析方法。
第7章公钥密码7.1 公钥密码的基本概念；7.2 RSA公钥密码；7.3 ElGamal公钥密码；7.4 Rabin公钥密码；7.5 椭圆曲线公钥密码。
第8章数字签名8.1 数字签名的基本概念；8.2 RSA数字签名；8.3 ElGamal数字签名；8.4 数字签名标准DSS；8.5 其他数字签名。
（PPT讲稿文件共有8个。
）一、客观部分：（单项选择、多项选择、不定项选择、判断）（一）、单选题：★考核知识点: 机密性参见讲稿章节1.2（考核知识点解释）：网络机密性是指网上资源不泄露给非授权的用户、实体或程序，能够防止网上用户非授权获取网上资源。
例如网络系统上传递的信息有些属于重要安全信息，若一旦攻击者通过监听手段获取到，就有可能危及网络系统整体安全。
1. 会计小王误把公司业务合同资料发布在网站上，则该公司的信息（）受到损害。
A. 可用性B. 机密性C. 可控性D. 抗抵赖性★考核知识点: 公钥密码的应用参见讲稿章节7.1（考核知识点解释）本题考察的是对加密技术的理解，在保密通信过程中，利用公钥密码算法，可以有效的进行密钥交换和协商，因此利用公钥密码算法能够简化密钥管理。
第1章 密码学引论 v1-1 BF
（2）经典密码（1949 年—1976 年） 此阶段的标志性成就是 C.E.shannon 在贝尔系统技术杂志 1949 年第 4 期发表的著名论文“保密系统的信息理论” ，由此建立起单密 钥密码系统的理论基础，使密码学真正成为一门科学。
4
（3）现代密码（1976 年以后） 现代密码学源于两个重 要的成就，一是美国国家 标准局在 1975 年公开了 DES（数据加密标准）算法，并因此开创了单钥密码体制 安全性 真正 只 依 赖 于密 钥安全 的 研究， 二 是 美国科 学 家 Diffie 和 Hellman 在 IEEE 信息论汇刊 1976 年第 6 期上发表“密码学的新方 向”一文开创了公开钥密码体制的研究。 1978 年出现的 RSA 体制， 1980 年出现的椭圆曲线密码体制， 2001 年替代 DES 的 AES 算法，MAC（Message Authentication Code，消 息认证码） ， 零知识证明协议， 1989 年出 现的对单钥 体制的差分分析 以及其后的线性分析等密码分析术，上世纪七十年代 Massey 算法， 数字签名标准（DSS） ，2004 年破译 MD5 杂凑函数等等均是现代密 码发展的一些标志性成就。
ck (i ) = i + k mod 26
如果 k=3，则 ck (i ) = c3 (i) =π : 0123456 7 8 9 10111213141516171819202122232425 345678910111213141516171819202122232425 0 1 2
ek(x)=ax+b dk(y)=a−1(y−b)
mod 26 mod 26
（1-2-10） （1-2-11）
显然，仿射密码仍是替代密码的一个特例。
密码学重点全面总结复习
例、 用户A发送给用户B一份密文，用户A向发送m ＝02签名保密消息。用户A知道下列三个密钥：
A
B
公开密钥(e，n) ( 7，123)
(13，51)
秘密密钥(d，n) (23，123)
（5，51）
A计算他的签名：
再次加密签名：
s = mdA mod nA = ( 02 )23(mod 123 ) = 8
再用A用户的公开密钥解密：
m = seA mod nA = 87(mod 123 ) = 2
B用户可以确认：该签名是由A发出——用A公钥可解读；
该签名是发给自己的——用了B的公钥。
密码系统应满足的要求： 1、易用 2、加密和解密算法必须对所有密钥迅速有效 3、密码体制的安全性仅仅依赖于密钥的保密性
而不依赖于加密算法和解密算法本身的保密 （Kerckhoff原则）
根据密钥特性来分：
单钥体制、双钥体制 对称密钥密码、非对称密钥密码 传统密码、公钥密码
密码攻击类型：
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 软磨硬泡攻击
Ki
Ti
＋
f
Li（32bit）
Ri（32bit）
Ri-1
32bit
E
48bit
Ki
48bit
＋
48bit
S1
S2
S3
S8
32bit
P
f (Ri-1,Ki)
32bit
DES的安全性
归纳起来，对分组密码的分析方法主要有如下几种 类型：
（1）穷尽密钥搜索（强力攻击）； （2）线性分析方法（已知明文分析）； （3）差分分析方法（选择明文分析） ； （4）相关密钥密码分析； （5）中间相遇攻击
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一、信息系统安全包括四个侧面：设备安全，数据安全，内容安全，行为安全。
设备安全：是指确保信息设备的稳定性、可靠性和可用性，这里的设备包括软件和硬件。
数据安全：包括数据的秘密性、数据的真实性和数据的完整性3个侧面。
行为安全：包括行为秘密性、行为完整性和行为可控性3个侧面。
二、密码技术的基本思想是伪装信息，伪装就是对数据施加一种可逆的数学变换。
三、密码体制，由5部分组成：①明文空间M，它是全体明文的集合。
②密文空间C，它是全体密文的集合。
③密钥空间K，它是全体密钥的集合。
其中一个密钥K均由加密密钥K e和解密密钥K d组成，即K=<K e，K d>。
④加密算法E，它是一族由M到C的加密变换。
⑤解密算法D，它是一族由C到M的解密变换。
如果一个密码体制的K d=K e，或由其中一个很难推出另外一个，则称为（单密钥密码体制）或则传统传统密码体制，否则称为（双密钥密码体制）。
如果在计算上K d不能由K e推出，这样将K e公开也不会损害K d 的安全，于是便可将K e公开，这种密码体制称为公开密钥密码体制，简称（公钥密码体制）。
四、密码体制分类：①根据明密文的划分和密钥的使用不同，可将密码体制分为分组密码和序列密码体制。
分组密码：将明文M划分为一系列的明文块M i，通常每块包含若干位或字符，所有明文块M i使用同一个密钥K e进行加密。
序列密码：将明文和密钥都划分为位或字符的序列，并对明文序列中每一位或字符都用密钥序列中对应的分量来加密。
②根据加密算法在使用过程中是否变化，将密码体制分为固定算法密码体制和演化算法密码体制。
五、密码分析：1、攻击密码的方法主要有以下三种：①穷举攻击（最基本攻击）②统计分析攻击③数学分析攻击2、根据密码分析者可利用的数据资源来分类，可将攻击密码的类型分为4种：①仅知密文攻击（对分析者最不利的情况）②已知明文攻击：已经知道某些明文----密文对来破译密码，一个密码仅当它能经得起已知明文攻击时才是可取的。
③选择明文攻击：分析者能够选择明文并获得相应的密文，这是对密码分析者十分有利的情况。
④选择密文攻击：能选择密文并获得相应的明文，这也是十分有利的情况，这种攻击主要攻击公开密钥密码体制，特别是攻击其数字签名。
六、分组密码1、数据加密标准（DES）（1977~1998年），用于加密保护静态存储和传输信道中的数据DES综合运用置换、代替、代数等多种密码技术；DES是面向二进制的密码算法，因而能够加密任何形式的计算机数据；其明文、密文。
密钥的分组长度都是64位；DES是对合运算，因而加密和解密共用同一算法，从而使工程量减半。
注：①64位密钥经子密钥产生算法产生出16个48位的子密钥供16次加密迭代使用。
②初始置换IP 是DES的第一步密码变换。
③加密函数是DES的核心部分，加密函数里有代替函数组S（其由8个代替函数也称S盒组成），S盒有6位输入，产生4位输出。
③S盒是DES保密性的关键所在，它是一种非线性变换，也是DES中唯一的非线性运算。
④可逆性是对称密码算法的基本要求，对合性可使密码算法实现的工作量减半。
DES加密L i = R i-1；R i = L i-1⊕f(R i-1,K i)； i=1,2,3, (16)DES解密R i-1= L i；L i-1=R i⊕f(L i,K i)；i=16,15,14, (1)DES的安全性：①对于其设计目标DES是安全的。
S盒和置换P互相配合，形成了很强的抗差分攻击和抗线性攻击能力，DES 作为商用密码，用于其设计目标是安全的。
②存在安全弱点：密钥较短，只有56位；存在弱密钥和半弱密钥，存在一些密钥所产生的16个子密钥不是互不相同的，而是有相重的；存在互补对称性。
2、3DES（1999年~），既可以使用3个密钥，也可以使用2个密钥三个显著优点：①密钥长度168位，完全能够抵抗穷举攻击；②相当安全，而且经过实践检验；③3DES地层加密算法与DES相同，所以现有的DES软硬件都能方便地实现3DES。
3DES根本缺点是软件实现该算法的速度比较慢。
3、密钥托管加密标准（EES）（1994年~1997年，只将其用于语音通信加密）①不公布加密算法，推出CLIPPER密码芯片，其密码算法称为SKIPJACK（属于分组密码，明文和密文长度为64位，密钥长度为80位，子密钥长32位，采用轮函数迭代结构，共迭代32圈②SKIPJACK算法不是对合算法，所以加密和解密过程不一样。
其S盒输入和输出都是8位，只有1个S 盒。
③子密钥生成算法，非常简单，把单元密码UK（80位）重复连接，然后依次取32位为一个子密钥，直到取出32个子密钥为止。
由于UK为80位，而子密钥32位，故取出5个子密钥后，第6个子密钥将开始重复。
④安全性：其密钥空间为280≈1.2* 1024,可以抵抗穷举攻击，其抗差分攻击线性攻击的能力也很强，但生成密钥算法过于简单，这对安全是不利的。
其算法不是对合运算，这都工程实现都是不利的。
4、国际数据加密算法（IDEA）（1990年提出）①用于Internet的E-mail加密系统PGP和许多其他加密系统中。
②分组算法，明文和密文长度为64位，密钥长度为128位；对合算法；易于实现，用软件和硬件实现都很方便。
③产生52个子密钥。
④安全性：密钥长度为128位，穷举需要试探2128≈1038个密钥；能抗差分和线性攻击；存在弱密钥；IDEA是为了方便16位CPU实现设计的，32位CPU实现不太方便。
5、高级数据加密标准（AES）（2001年~）RIJNDAEL加密算法：①数据块长度和密钥长度都可变的分组加密算法，两长度可独立地选定为大于等于128且小于等于256位的32位的任意倍数②RIJNDAEL的轮函数由三层组成：非线性层；线性混合层；密钥加层③状态：加密解密要经过多次数据变换操作，每一次变换操作产生一个中间结果，称这个中间结果叫做状态。
各种不同的密码变换都是对状态进行的。
把状态表示为二维字节数组（每个元素为一个字节），它有4行，Nb列。
Nb等于数据块长度除以32。
④算法的实现：实现容易是RIJNDAEL算法的一个优点，它可以灵活地用8位CPU，32位CPU以及专用硬件芯片实现。
⑤S盒的实现：实现S盒运算的最快方法是，直接计算出S盒的变化结果，并存储造表，使用时直接查表，因为ByteSub变换是字节函数，所以表的规模不大，只有256个字节。
6、KASUMI密码①f8用于加密，f9用于完整性验证②三条原则：安全性要有足够的数学基础；算法的软件实现要足够快；算法的硬件实现要电路简单、功耗低。
③S盒：S9是9位输入到9位输出的非线性变换，S7是7位输入到7位输出的非线性变换。
7、中国商用密码算法（SMS4）①对合运算，数据分组长度为128比特，，密钥长度为128比特。
②S盒：S盒以字节为单位的非线性替代变换，其密码学作用在于起到混淆作用。
S盒的输入输出都是8位的字节。
它本质上是8位的非线性置换。
③加密算法：采用32轮迭代结构，每轮使用一个轮密钥。
④SMS4的安全性：SMS4主要密码部件S盒设计得相当好。
在非线性度、自相关性、差分均匀性、代数免疫性等主要密码学指标方面都达到相当高的水平，与AES的S盒相当。
七、分组密钥的工作模式1、电话本模式ECB直接利用分组密码对明文进行加密。
电话本方式是分组密码的基本工作模式。
ECB的一个缺点是要求数据的长度是密码分组长度的整数倍，否则最后一个数据块是短块，这是需要特殊处理，ECB方式的另一个缺点是容易暴露明文的数据模式。
在计算机系统中，许多数据都具有某种固有的模式。
这主要是由数据冗余和数据结构引起的。
掩盖明文数据模式的有效方法有采用某种预处理技术和链接技术。
下面介绍分组密码的链接工作模式2、密文连接模式CBC明密文链接方式具有加解密错误传播无界的特征，而磁盘文件加密通常希望解密错误传播有界，这时可以采用密文链接方式。
明文不参与链接，只让密文参与链接，便成了密文链接方式。
与ECB一样，CBC的一个缺点也是要求数据长度是密码分组长度的整数倍，否则最后一个数据块将是短块，这时需要特殊处理。
3、输出反馈模式OFB输出反馈工作模式将一个分组密码转换为一个密钥序列产生器，从而实现用分组函数密码按流密码的方式进行加解密。
这种工作模式的安全性取决于分组密码本身的安全性。
这种工作模式将一个分组密码转换为一个序列密码。
它具有普通序列密码的优缺点，如没有错误传播。
设加密时m i错了一位，则只影响密文中对应的一位，不影响其他位。
同样，设解密时c i错了一位，则只影响明文中对应的一位，不影响其他位。
输出反馈工作模式适于加密冗余码较大的数据，如语音和图像数据，但因无错误传播而对密文的更改难以检测。
4、密文反馈模式CFB密文反馈工作模式的原理与输出反馈的工作原理基本相同，所不同的仅仅是反馈到移位寄存器R的不是E输出中的最右的S位，而是异或后的密文C i的S位。
密文反馈工作模式的错误传播情况与输出反馈工作模式不同。
加密时若明文m i错了一位，则影响密文C i错，这一错误反馈到移位寄存器后将影响到后续的密钥序列错，导致后续的密文都错。
同样，解密时若密文C i错了一位，则影响明文m i错，但密文的这一错误反馈到移位寄存器后将影响到后续的密钥序列错，导致后续的明文都错。
八、序列密码“一次一密”密码在理论上是不可破译的这一事实使人们感觉到，如果能以某种方式仿效“一次一密”密码，则将可以得到保密性很高的密码。
人们试图以序列密码方式效仿“一次一密”密码，从而促进序列密码的研究和发展。
序列密码应使用尽可能长的密钥，而长的密钥的存储、分配都很困难。
于是人们采用一个短的种子密钥来控制某种算法产生出长的密钥序列，供加解密使用，而短的种子密钥的存储、分配都比较容易。
序列密码加密器采用简单的模2加法器，这使得序列密码的工程实现十分方便。
于是，序列密码的关键就是产生密钥序列的算法。
密钥序列产生算法能产生随机性和不可预知性很好的密钥序列。
保持通信双方的精准同步是序列密码实际应用的关键技术。
由于通信双方必须产生相同的密钥序列，所以这种密钥序列不可能是真随机序列，而是伪随机序列，只不过具有良好的随机性和不可预知性的伪随机序列。
如果密钥序列产生算法与明文（密文）无关，则所产生的密钥序列也与明文（密文）无关，这类密码称为同步序列密码。
只要通信双方的密钥序列产生器具有相同的种子密钥和相同的初始状态，就能产生相同的密钥序列。
（优点就是没有错误传播，错误只影响相应字符的解密，不影响其他字符，输出反馈工作模式）如果密钥序列产生算法与明文（密文）相关，则所产生的密钥序列也与明文（密文）相关，这类密码称为自同步序列密码。
（密文反馈工作模式）九、线性/非线性序列密码线性移位寄存器序列密码在已知明文攻击下是可破译的，可破译的根本原因在于线性移位寄存器序列是线性的，这一事实促使人们向非线性领域探究。