上海交大密码学课件--第一讲：密码学与计算机安全
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网络安全课件-密码学篇
3
区块链技术
运用区块链的去中心化和不可篡改性，增强密码学的安全性。
安全意识教育
社交工程
提高员工对社交工程攻击和 钓鱼邮件的警惕。
弱密码
教育员工创建和使用强密码 来保护个人和组织的数据。
数据备份
加强数据备份意识，及时备 份重要数据，减少数据丢失 的风险。
总结
1 密码学是网络安全的基 2 不断学习和更新知识
网络通信
保护在线传输的敏感信息，如网络银行和电 子商务。
数据存储
加密云存储和数据库，保护用户隐私。
数字货币
确保交易的安全和匿名性，如比特币和以太 坊。
身份认证
使用数字签名验证用户身份和文件完整性。
密码学的未来展望
1
Hale Waihona Puke 量子密码学利用量子力学原理设计的加密算法，抵抗量子计算机的破解。
2
多因素认证
结合密码、生物特征和硬件设备等多种因素进行身份验证。
3 密钥存储
加密保存密钥，确保只有授权用户可以访问。
4 密钥更新
定期更新密钥以提高系统安全性。
数据保护
数据加密
使用加密算法对重要数据进行 保护，确保机密性。
访问控制
限制用户对敏感数据的访问权 限，确保数据的完整性和可用 性。
备份和恢复
定期备份数据，并建立可靠的 恢复机制，以防止数据丢失。
密码学的应用领域
网络安全课件——密码学 篇
本课件将介绍密码学的基础知识，包括加密算法、密钥管理和数据保护等重 要内容。
加密算法
对称加密
使用相同密钥进行加密和解密，速度快但安全 性较低。
非对称加密
使用公钥加密，私钥解密，安全性更高但速度 较慢。
密码学与网络信息安全教程精品PPT课件
准，加密和解密可以翻译成：“Encipher （译成密码）”和“（Decipher）（解译密码）”。也可 以这样命名：“Encrypt（加密）”和“Decrypt（解 密）”。
➢ 病毒恶意软件对网络的入侵—
陷门-进入程序的秘密入口，具体的实现方法可 以是某些特定的输入口令或者用户识别码或者是 一个不可能事件系列激活的程序段
逻辑炸弹-最早出现的恶意程序之一，它通常嵌 于合法程序中并设定“触发条件”。一旦条件满 足，逻辑炸弹便被触发-激活程序变更系统状态， 修改系统数据甚至全部文件，造成终端或者服务 系统或者整个网络瘫痪。
当你看到病毒载体似乎仅仅表现在文字和图象 上时，它们可能也已毁坏了文件、再格式化了 你的硬盘驱动或引发了其它类型的灾害。
若是病毒并不寄生于一个污染程序，它仍然能 通过占据存贮空间给你带来麻烦，并降低你的 计算机的全部性能。
蠕虫病毒
与一般的计算机病毒不同，它不采用将自身拷 贝附加到其他程序中的方式来复制自己，所以 在病毒中它也算是一个“另类”。
密码学与网络安全技术基础
前言
➢ 随着计算机网络的普及，大量的电子数 据通过网络传输到世界各地成为可能。 但在具有重大经济价值或关系国家、军 队的命运等重要数据的传输过程中，任 何一点泄漏和差错都可能造成不可估量 的损失。
➢ 如何保证信息的机密性、真实性、不可 否认性是密码学研究的重要课题。密码 技术是信息安全的保障及核心技术。
即如何保证网上交易的公正性和安全性，保证 交易双方身份的真实性，保证传递信息的完整 性以及交易的不可抵赖性。
为了解决网上购物、交易和结算中的安全问题， 需要有一个权威的第三方身份认证机构或称 C(Certification Authority)中心，来证明客户身 份的真实性和合法性。
➢ 病毒恶意软件对网络的入侵—
陷门-进入程序的秘密入口，具体的实现方法可 以是某些特定的输入口令或者用户识别码或者是 一个不可能事件系列激活的程序段
逻辑炸弹-最早出现的恶意程序之一，它通常嵌 于合法程序中并设定“触发条件”。一旦条件满 足，逻辑炸弹便被触发-激活程序变更系统状态， 修改系统数据甚至全部文件，造成终端或者服务 系统或者整个网络瘫痪。
当你看到病毒载体似乎仅仅表现在文字和图象 上时，它们可能也已毁坏了文件、再格式化了 你的硬盘驱动或引发了其它类型的灾害。
若是病毒并不寄生于一个污染程序，它仍然能 通过占据存贮空间给你带来麻烦，并降低你的 计算机的全部性能。
蠕虫病毒
与一般的计算机病毒不同，它不采用将自身拷 贝附加到其他程序中的方式来复制自己，所以 在病毒中它也算是一个“另类”。
密码学与网络安全技术基础
前言
➢ 随着计算机网络的普及，大量的电子数 据通过网络传输到世界各地成为可能。 但在具有重大经济价值或关系国家、军 队的命运等重要数据的传输过程中，任 何一点泄漏和差错都可能造成不可估量 的损失。
➢ 如何保证信息的机密性、真实性、不可 否认性是密码学研究的重要课题。密码 技术是信息安全的保障及核心技术。
即如何保证网上交易的公正性和安全性，保证 交易双方身份的真实性，保证传递信息的完整 性以及交易的不可抵赖性。
为了解决网上购物、交易和结算中的安全问题， 需要有一个权威的第三方身份认证机构或称 C(Certification Authority)中心，来证明客户身 份的真实性和合法性。
上海交大密码学-第一讲：密码学与计算机安全PPT课件
18.密码分析（攻击）
密码分析学是指在没有加密密钥的情况下, 攻击密文的过程
唯密文攻击 (ciphertext only ) --只知道算法与一些密文 --利用统计方法 --需要能够识别明文
18.密码分析（续）
已知明文攻击（known plaintext ） ----知道一些明文/密文对 ----利用已知的明文密文对进行攻击
可信的计算机系统能够实施这种系统（trusted computer systems can be used to implement this model ）
12.密码学导引
密码学是一门研究秘密信息的隐写技术 的学科
密码学技术可以使消息的内容对(除发送 者和接收者以外)的所有人保密.
可以使接收者验证消息的正确性 是解决计算机与通信安全问题重要技术
----控制对信息源的访问 有效性-avilability
----保证信息的传输
3.安全机制
人员 –访问管理, 生物测定 物理 –综合访问控制 管理 –安全教育 网络-加密、配置控制
S/W & O/S --Testing, Evaluation, Certification
H/W --TCB, Tamper-proof, Encryption
8.安全模型-通信
9.安全模型-通信（续）
上述模型的要求: 设计一个安全变换的算法 生成变换算法的秘密信息 设计分配秘密信息的方案
指定一个协议，使得通信主体能够使用 变换算法和秘密信息，提供安全服务
10.安全模型-Computers
11.安全模型-Computers
要求（using this model requires us to: ）
选择明文攻击（chosen plaintext ） ----能够选择明文并得到响应的密文----利用
第1章01--密码学概述PPT课件
密码分析学研究的主要内容
（1） 密码算法的安全性分析和破译的理论、方 法、技术和实践
（2）密码协议的安全性分析的理论与方法 （3）安全保密系统的安全性分析和攻击的理论
、方法、技术和实践
2021/7/23
8
现代密码学
1 课程相关介绍－－密码学是干什么的？
密码学是干什么的? 密码学要解决的基本问题:
(1) 信息的保密传输和存储问题; (2) 信息的认证问题.
2021/7/23
6
现代密码学
1 课程相关介绍—密码学研究的内容
编码学研究的主要内容： 序列密码算法的编码技术 分组密码算法的编码技术 公钥密码体制的编码技术
加密算法、 数字签名方案、 密钥分配方案 认证方案 单向函数等
传统且主流的研 究方向
2021/7/23
7
现代密码学
1 课程相关介绍—密码学研究的内容
2021/7/23
10
现代密码学
2 密码学发展
▪ 1949年之前
密码学是一门艺术
▪ 1949～1975年
密码学成为科学
密码学已经成为结合
物理、量子力学、电 子学、语言学等多个 专业的综合科学，出 现了如“量子密码”、 “混沌密码”等先进 理论，在信息安全中 起着十分重要的角色。
▪ 1976年以后
密码学的新方向——公钥密码学
▪ 角色：通信双方(发送方和接收方)、第三方
（可信、不可信第三方）、敌手也叫攻击者
2021/7/23
19
现代密码学
3 密码学的基本概念－－信息传输过程中的攻击例子
窃听：对传输的信息的攻击
A：信源 发送方
2021/7/23
C：敌手 攻击者
20
（1） 密码算法的安全性分析和破译的理论、方 法、技术和实践
（2）密码协议的安全性分析的理论与方法 （3）安全保密系统的安全性分析和攻击的理论
、方法、技术和实践
2021/7/23
8
现代密码学
1 课程相关介绍－－密码学是干什么的？
密码学是干什么的? 密码学要解决的基本问题:
(1) 信息的保密传输和存储问题; (2) 信息的认证问题.
2021/7/23
6
现代密码学
1 课程相关介绍—密码学研究的内容
编码学研究的主要内容： 序列密码算法的编码技术 分组密码算法的编码技术 公钥密码体制的编码技术
加密算法、 数字签名方案、 密钥分配方案 认证方案 单向函数等
传统且主流的研 究方向
2021/7/23
7
现代密码学
1 课程相关介绍—密码学研究的内容
2021/7/23
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现代密码学
2 密码学发展
▪ 1949年之前
密码学是一门艺术
▪ 1949～1975年
密码学成为科学
密码学已经成为结合
物理、量子力学、电 子学、语言学等多个 专业的综合科学，出 现了如“量子密码”、 “混沌密码”等先进 理论，在信息安全中 起着十分重要的角色。
▪ 1976年以后
密码学的新方向——公钥密码学
▪ 角色：通信双方(发送方和接收方)、第三方
（可信、不可信第三方）、敌手也叫攻击者
2021/7/23
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现代密码学
3 密码学的基本概念－－信息传输过程中的攻击例子
窃听：对传输的信息的攻击
A：信源 发送方
2021/7/23
C：敌手 攻击者
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计算机安全学.ppt
1.6我国的信息安全现状（问题）
金融领域的有些单位在系统采购时，没有采购安 全系统或安全系统建设不完善，以至有些系统安 全级别较低。
行业规划思路上却一度存在“轻系统重应用”的 状况，这对目前出现的信息系统安全问题是有影 响的。
1.7国家信息安全技术发展战略
政府不应什么都管，也不应管得太死，应通过制 定符合实际情况的法律法规，制定技术标准来引 导产业发展。
课程的要求
要求学生对基本概念、理论的理解和掌握， 进而通过实践结合特定专题研究（指定文 献的阅读）加深理解和获得专业经验。
第一章 计算机安全概述
1.1 一些概念 1.2 安全的需求 1.3 OSI安全框架及网络安全模型 1.4安全威胁（攻击）与防护措施 1.5安全服务 1.6我国的信息安全现状 1.7国家信息安全技术发展战略
1.2.2机密信息
1.2.3产权及敏感信息
计算机（信息）安全的技术特征
可靠性 可用性 保密性 完整性 不可抵赖性 可控性
可靠性（Reliability)
指信息系统能够在规定条件下和规定 的时间内完成规定的功能的特性。有三 种度量指标： 抗毁性 指系统在人为破坏下的可靠性 生存性 随机破坏下系统的可靠性 有效性 是基于业务性能的可靠性
1.4安全威胁与防护措施
安全的威胁
中断 截获 篡改 伪造
攻击的分类
被动攻击 主动攻击
1.5安全服务
五种通用服务： 认证（Authentication） 保密 （Encryption） 数据完整（Integrity） 不可否认（Non-repudiation） 访问控制（Access Control）
设计安全变换的合理算法 生成算法所用的秘密信息（密钥） 开发秘密信息的分发方法 规范使用这种方法通信的协议
《密码学》课件
可靠的技术支持。
THANKS
感谢观看
使用复杂密码
鼓励用户使用包含大写字母、小写字 母、数字和特殊字符的复杂密码。
使用密码管理工具
推荐用户使用密码管理工具，如 LastPass、1Password等，以方便管 理和存储多个密码。
05 经典密码学应用
网络安全
01
保障数据传输安全
通过加密技术对网络传输的数据 进行保护，防止数据被窃取或篡 改。
《经典密码学》ppt课件
contents
目录
• 密码学简介 • 加密算法 • 经典密码体制 • 密码破解与防御 • 经典密码学应用 • 未来密码学展望
01 密码学简介
密码学定义
密码学是一门研究保护信息安全的科 学，它涉及到信息的编码、传输、存 储和访问等各个环节的安全保密问题 。
密码学通过使用加密算法和密钥管理 等技术手段，对信息进行加密、解密 、认证和保护，以确保信息的机密性 、完整性和可用性。
密码学的重要性
01
02
03
保护国家安全
密码学在国家安全领域中 发挥着至关重要的作用， 如军事通信、情报传递等 。
保障商业利益
商业组织需要保护商业机 密和客户数据，避免商业 利益受到损失。
维护个人隐私
个人隐私的保护是社会文 明进步的体现，密码学能 够防止个人信息被非法获 取和滥用。
密码学的发展历程
密钥派生函数
使用密钥派生函数从原始密钥生成多个派生 密钥，以提高安全性。
多重哈希
使用多种哈希算法对密码进行多次哈希，增 加破解难度。
加密存储
使用加密算法将密码存储在安全环境中，只 有通过解密才能获取原始密码。
密码管理策略
定期更换密码
THANKS
感谢观看
使用复杂密码
鼓励用户使用包含大写字母、小写字 母、数字和特殊字符的复杂密码。
使用密码管理工具
推荐用户使用密码管理工具，如 LastPass、1Password等，以方便管 理和存储多个密码。
05 经典密码学应用
网络安全
01
保障数据传输安全
通过加密技术对网络传输的数据 进行保护，防止数据被窃取或篡 改。
《经典密码学》ppt课件
contents
目录
• 密码学简介 • 加密算法 • 经典密码体制 • 密码破解与防御 • 经典密码学应用 • 未来密码学展望
01 密码学简介
密码学定义
密码学是一门研究保护信息安全的科 学，它涉及到信息的编码、传输、存 储和访问等各个环节的安全保密问题 。
密码学通过使用加密算法和密钥管理 等技术手段，对信息进行加密、解密 、认证和保护，以确保信息的机密性 、完整性和可用性。
密码学的重要性
01
02
03
保护国家安全
密码学在国家安全领域中 发挥着至关重要的作用， 如军事通信、情报传递等 。
保障商业利益
商业组织需要保护商业机 密和客户数据，避免商业 利益受到损失。
维护个人隐私
个人隐私的保护是社会文 明进步的体现，密码学能 够防止个人信息被非法获 取和滥用。
密码学的发展历程
密钥派生函数
使用密钥派生函数从原始密钥生成多个派生 密钥，以提高安全性。
多重哈希
使用多种哈希算法对密码进行多次哈希，增 加破解难度。
加密存储
使用加密算法将密码存储在安全环境中，只 有通过解密才能获取原始密码。
密码管理策略
定期更换密码
计算机系统安全原理与技术 第2章 密码学基础PPT课件
分组密码(Block cipher，也叫块密码) DES、IDEA 、 BLOWFISH
序列密码(Stream cipher，也叫流密码)。 A5 、FISH 、PIKE
计算机系统安全原理与技术（第2版）
27.07.2020
7
2.2 密码学基本概念
2.2.3 密码算法设计的两个重要原则
1．混乱性
加密算法应该从明文中提取信息并将其转换，以使截取者 不能轻易识别出明文。当明文中的字符变化时，截取者不 能预知密文会有何变化。我们把这种特性称为混乱性 (Confusion)。
计算机系统安全原理与技术（第2版）
27.07.2020
8
2.2 密码学基本概念
2.2.3 密码算法设计的两个重要原则
2．扩散性
密码还应该把明文的信息扩展到整个密文中去，这样，明 文的变化就可以影响到密文的很多部分，该原则称为扩散 性(Difusion)。 这是一种将明文中单一字母包含的信息散布到整个输出中 去的特性。好的扩散性意味着截取者需要获得很多密文， 才能去推测算法。
AES的128位块可以很方便地考虑成一个4×4矩阵，这 个矩阵称为“状态”(state)。例如，假设输入为16字 节b0,b1,…,b15，这些字节在状态中的位置及其用矩阵 的表示如表2-8所示。注意，这些状态用输入数据逐列 填充。
计算机系统安全原理与技术（第2版）
27.07.2020
24
2.3.2 高级加密标准AES
CRYPTO’93：R.Session，M.Wiener提出并 行密钥搜索芯片，每秒测试5x107个密钥， 5760片这种芯片，造价10万美圆，平均一天即 可找到密钥。
计算机系统安全原理与技术（第2版）
27.07.2020
序列密码(Stream cipher，也叫流密码)。 A5 、FISH 、PIKE
计算机系统安全原理与技术（第2版）
27.07.2020
7
2.2 密码学基本概念
2.2.3 密码算法设计的两个重要原则
1．混乱性
加密算法应该从明文中提取信息并将其转换，以使截取者 不能轻易识别出明文。当明文中的字符变化时，截取者不 能预知密文会有何变化。我们把这种特性称为混乱性 (Confusion)。
计算机系统安全原理与技术（第2版）
27.07.2020
8
2.2 密码学基本概念
2.2.3 密码算法设计的两个重要原则
2．扩散性
密码还应该把明文的信息扩展到整个密文中去，这样，明 文的变化就可以影响到密文的很多部分，该原则称为扩散 性(Difusion)。 这是一种将明文中单一字母包含的信息散布到整个输出中 去的特性。好的扩散性意味着截取者需要获得很多密文， 才能去推测算法。
AES的128位块可以很方便地考虑成一个4×4矩阵，这 个矩阵称为“状态”(state)。例如，假设输入为16字 节b0,b1,…,b15，这些字节在状态中的位置及其用矩阵 的表示如表2-8所示。注意，这些状态用输入数据逐列 填充。
计算机系统安全原理与技术（第2版）
27.07.2020
24
2.3.2 高级加密标准AES
CRYPTO’93：R.Session，M.Wiener提出并 行密钥搜索芯片，每秒测试5x107个密钥， 5760片这种芯片，造价10万美圆，平均一天即 可找到密钥。
计算机系统安全原理与技术（第2版）
27.07.2020
第一章密码学概述ppt课件
推导出：
P1，P2，……，Pi，K或者找出一个算法从Ci＋1 ＝EK (Pi＋1 )推出Pi＋1
编辑版pppt
14
（2）已知明文攻击（Know-plaintext attack）
已知： P1 ， C1＝EK ( P1 ) ， P2 ， C2＝EK ( P2 ) ，……， Pi ， Ci＝EK ( Pi ) ， 推导出：
（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。
密码学概述
编辑版pppt
1
本章主要内容
1、密码学的基本概念 2、密码体制 3、密码分析 4、密码体制的安全性
编辑版pppt
2
密码学的发展历程
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”
四个发展阶段
古典密码（古代——1949年） 早期对称密码学（1949年——1976年） 现代密码学（1976年——1984年） 可证明安全（1984年——现在）
主动攻击(active attack)。
密码分析：密码分析(cryptanalysis)是被动攻击。在 信息的传输和处理过程中，除了意定的接收者外，还 有非授权接收者，他们通过各种办法（如搭线窃听、 电磁窃听、声音窃听等）来窃取信息。他们虽然不知 道系统所用的密钥，但通过分析，可能从截获的密文 中推断出原来的明文，这一过程称为密码分析 。
编辑版pppt
18
评价密码体制安全性有不同的途径，包括：
P1，P2，……，Pi，K或者找出一个算法从Ci＋1 ＝EK (Pi＋1 )推出Pi＋1
编辑版pppt
14
（2）已知明文攻击（Know-plaintext attack）
已知： P1 ， C1＝EK ( P1 ) ， P2 ， C2＝EK ( P2 ) ，……， Pi ， Ci＝EK ( Pi ) ， 推导出：
（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。
密码学概述
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1
本章主要内容
1、密码学的基本概念 2、密码体制 3、密码分析 4、密码体制的安全性
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2
密码学的发展历程
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”
四个发展阶段
古典密码（古代——1949年） 早期对称密码学（1949年——1976年） 现代密码学（1976年——1984年） 可证明安全（1984年——现在）
主动攻击(active attack)。
密码分析：密码分析(cryptanalysis)是被动攻击。在 信息的传输和处理过程中，除了意定的接收者外，还 有非授权接收者，他们通过各种办法（如搭线窃听、 电磁窃听、声音窃听等）来窃取信息。他们虽然不知 道系统所用的密钥，但通过分析，可能从截获的密文 中推断出原来的明文，这一过程称为密码分析 。
编辑版pppt
18
评价密码体制安全性有不同的途径，包括：
密码学基础 ppt课件
5
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。
8
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。
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。
8
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。
密码学——第1章密码学概述
第 1 章密码学概述1.1 信息安全Alvin Toffler 在《第三次浪潮》中预言：计算机网络的建立和普及将彻底改变人类生存和生活模式。
信息化以它有别于传统方式的信息获取、存储、处理、传输和使用，给现代社会的正常发展带来了一系列的前所未有的风险和威胁。
传统的一切准则在电子信息环境中如何体现与维护，到现在并没有根本解决，一切都在完善中。
今天，人们一方面享受着信息技术带来的巨大变革，同时也承受着信息被篡改、泄露、伪造的威胁，以及计算机病毒及黑客入侵等安全问题。
信息安全的风险制约着信息的有效使用，并对经济、国防乃至国家的安全构成威胁。
一方面：没有信息安全，就没有完全意义上的国家安全。
另一方面：信息安全还涉及个人权益、企业生存和金融风险防范等。
密码技术和管理是信息安全技术的核心，是实现保密性、完整性、不可否认性的关键。
“ 9.11 事件”后，各国政府纷纷站在国家安全的角度把信息安全列入国家战略。
重视对网络信息和内容传播的监控，更加严格的加固网络安全防线，把信息安全威胁降到最低限度。
2000 年我国开始着力建立自主的公钥基础设施，并陆续启动了信息系统安全等级保护和网络身份认证管理服务体系。
因此，密码学的基本概念和技术已经成为信息科学工作者知识结构中不可或缺的组成部分。
1.2 密码学引论1. 密码学的发展概况密码学是一门既古老又年轻的学科。
自有了战争，就有了加密通信。
交战双方都为了保护自己的通信安全，窃取对方的情报而研究各种信息加密技术和密码分析技术。
古代行帮暗语和一些文字游戏等，实际上就是对信息的加密。
这种加密方法通过原始的约定，把需要表达的信息限定在一定的范围内流通。
古典密码主要应用于政治、军事及外交等领域。
电报发明以后，商业方面对密码学的兴趣主要集中在密码本的编制上。
20 世纪初，集中在与机械和电动机械加密的设计和制造上。
进入信息时代，大量敏感信息要通过公共通信设施或计算机网络进行交换，密码学的应用已经不仅仅局限在政治、军事、外交等领域，其商业和社会价值日益显著，并与人们的日常生活紧密相关。
密码学与网络安全材料密码学与网络安全课件
密码学与网络安全材料密码学与网络安全课件对称算法是传统常用的算法。
其主要特点是：加解密双方在加解密过程中要使用完全相同的一个密钥。
它最广泛使用的是DES算法。
DES(Data Encryption Standard) 算法是美国政府机关为了保护信息处理中的计算机数据而使用的一种加密方式，是一种常规密码体制的密码算法，目前已广泛用于电子商务系统中。
64位DES的算法详细情况已在美国联邦信息处理标准（FIPS PUB46）上发表。
该算法输入的是64比特的明文，在64比特密钥的控制下产生64比特的密文；反之输入64比特的密文，输出64比特的明文。
64比特的密钥中含有8个比特的奇偶校验位，所以实际有效密钥长度为56比特。
随着研究的发展，DES算法在基本不改变加密强度的条件下，发展了许多变形DES。
Triple-DES 是DES算法扩展其密钥长度的一种方法，可使加密密钥长度扩展到128比特（112比特有效）或192比特（168比特有效）。
其基本原理是将128比特的密钥分为64比特的两组，对明文多次进行普通的DES加解密操作，从而增强加密强度。
具体实现方式不在此详细描述。
对称算法最主要的问题是：由于加解密双方都要使用相同的密钥，因此在发送、接收数据之前，必须完成密钥的分发。
因而，密钥的分发便成了该加密体系中的最薄弱因而风险最大的环节。
各种基本的手段均很难保障安全地完成此项工作。
从而，使密钥更新的周期加长，给他人破译密钥提供了机会。
实际上这与传统的保密方法差别不大。
在历史战争中，破获他国情报的纪录不外是两种方式：一种是在敌方更换“密码本”的过程中截获对方密码本；另一种是敌人密钥变动周期太长，被长期跟踪，找出规律从而被破获。
在对称算法中，尽管由于密钥强度增强，跟踪找出规律破获密钥的机会大大减小了，但密钥分发的困难问题几乎无法解决。
如，设有n方参与通信，若 n 方都采用同一个对称密钥，一旦密钥被破解，整个体系就会崩溃；若采用不同的对称密钥则需 n(n-1) 个密钥，密钥数与参与通信人数的平方数成正比。
《计算机系统安全》课件第9章
第9章 密码学基本理论
图9-1 保密通信机理
第9章 密码学基本理论
9.2 对称密码
在密码体系中，若加密密钥和解秘密钥相同，则 称此密码体系为对称密码体系。 对称密码需要满足以 下两个条件：
(1) 若已知密钥k，则解密过程是相对简单的； (2) 若密钥k未知， 则解密过程在现实的时间内是不 可能实现的。
第9章 密码学基本理论
子密钥产生器：以输入的8×16位会话密钥作为前 8个子密钥，而后将128位移存器循环左移25位，形成 子密钥k9～k16。这一过程一直重复，直到给出子密钥 k49～k52
2. 解密操作 解密过程基本和加密过程相同，其中，解密子密 钥与加密子密钥之间具有如表9 - 1所示的关系。
第9章 密码学基本理论
s3 10 0 9 14 6 3 15 5 1 13 12 7 11 4 2 8 13 7 0 9 3 4 6 10 2 8 5 14 12 11 15 1 13 6 4 9 8 15 3 0 11 1 2 12 5 10 14 7 1 10 13 0 6 9 8 7 4 15 14 3 11 5 2 12
第9章 密码学基本理论
图9-2 DES算法的略图
第9章 密码学基本理论
DES算法的密钥k由一个56位的密钥以及附加的8位 奇偶校验位组成，经过密码扩展算法可以把它扩展为 16个子密钥，如图9 -3所示。
迭代次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 左移位数 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1
s6 12 1 10 15 9 2 6 8 0 13 3 4 14 7 5 11 10 15 4 2 7 12 9 5 6 1 13 14 0 11 3 8 9 14 15 5 2 8 12 3 7 0 4 10 1 13 11 6 4 3 2 12 9 5 15 10 11 14 1 7 6 0 8 13
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假设的时间表:
Key size(bits)
32
Time (1us/test) Time(1us/10^6te st) 35.8mins 2.15 msec 6.4days
1140yeas
40
56
550 msec
10.0 hours
64
128
~500000yeas
5*10^24yeas
107 days
21.小结
讨论了:
安全需求, 加密是一种关键技术 安全服务, 攻击,
密码学的几个概念
OK THANKS
密码学—关键的技术之一
8.安全模型-通信
9.安全模型-通信（续）
上述模型的要求:
设计一个安全变换的算法
生成变换算法的秘密信息
设计分配秘密信息的方案
指定一个协议，使得通信主体能够使用
变换算法和秘密信息，提供安全服务
10.安全模型-Computers
11.安全模型-Computers
编码（encipher /encode）--把明文变为
密文的过程 译码（decipher /decode)—把密文变为明 文的过程 密码分析（cryptanalysis /codebreaking)
在没有密钥的情况下，破解密文的原理与方
法.
密码学（cryptology ）--包括加密理论与
3.安全机制
人员 –访问管理, 生物测定
物理 –综合访问控制
管理 –安全教育 网络-加密、配置控制 S/W & O/S --Testing, Evaluation,
Certification H/W --TCB, Tamper-proof, Encryption
安全威胁
来源与以下几方面
55% 工作人员的错误 10% 不满的员工
10% 不诚实的员工
10% 外部入侵
其它灾害 (火灾,洪水等)
5.几种攻击
侦听(interception) – 中途窃听,攻击机密性
服务中断(interruption) – 攻击可用性 信息篡改（modification - of info） -攻击
的消息变换成不可理解消息，同时又可 恢复原消息的方法和原理的一门科学或 艺术。 明文（plaintext ）--变换前的原始消息 密文（ciphertext） --变换后的消息 密码（cipher ）--用于改变消息的替换或 变换算法 密钥（key ）--用于密码变换的，只有发 送者或接收者拥有的秘密消息
密码分析（续）
选择明文-密文对攻击（chosen plaintext-
ciphertext ） ----能够选择明文并得到对应的密文或选择 密文并得到对应的明文 ----利用对算法结构的了解进行攻击
19. 1-穷密钥搜索
理论上很简单，对每个密钥进行测试 最基本的攻击方法，复杂度有密钥量的大小决定 假设可以对正确的明文能够识别
2. 安全服务要求
信息机密性-confidentiality 消息认证(鉴别)-authentication
----保护消息源的正确性 完整性 -integrity ----保护信息的完整性 不可否认性- nonrepudiation 身份鉴别-user identification 访问控制-access control ----控制对信息源的访问 有效性-avilability ----保证信息的传输
----知道一些明文/密文对 ----利用已知的明文密文对进行攻击
选择明文攻击（chosen plaintext ）
----能够选择明文并得到响应的密文----利用 算法的结构进行攻击 选择密文攻击（chosen ciphertext ） ----能够选择密文并得到对应的明文 ----利用对算法结构的知识进行攻击
要求（using this model requires us to: ） 需要合适的网关识别用户 （select appropriate
gatekeeper functions to identify users ） 实施安全控制保证只有授权用户才能访问指定 大信息或资源（implement security controls to ensure only authorised users access designated information or resources ） 可信的计算机系统能够实施这种系统（trusted computer systems can be used to implement this model ）
5 x 1018 years
20.无条件安全与计算安全
无条件安全（unconditional security） 由于密文没有泄露足够多的明文信息，无论 计算能力有多大，都无法由密文唯一确定明 文。
计算安全（computational security ）
----在有限的计算资源条件下，密文不能破解。 （如破解的时间超过地球的年龄）
密码理论与实践
上海交通大学信息安全工程学院
郑东
参考书：
密码编码学与网络安全－原理与实践
（Cryptography and network security Willianm Stallings ） 张焕国等译 密码学－密码算法与协议 郑东，李祥学，黄征 编箸 现代密码学－理论与实践（Ｍodern Cryptography）Ｗenbo Mao 著
相同的密钥 所有传统的加密算法都是对称算法
18.密码分析（攻击）
密码分析学是指在没有加密密钥的情况下,
攻击密文的过程 唯密文攻击 (ciphertext only ) --只知道算法与一些密文 --利用统计方法 --需要能够识别明文
18.密码分析（续）
已知明文攻击（known plaintext ）
----分组密码,-----流密码 公钥加密算法(public-key encryption algorithms) 数字签名算法(digital signature algorithms ) 哈希函数（hash functions）
16.私钥(对称)加密算法
17.对称密码算法
在对成密码算法中,发送者与接收者使用
解密理论的学科
14.记号
Encryption 把明文变成密文的加密函数 C = EK(P) Decryption 把密文变成明文的加密函数 P = EK-1(C)
key –用于加密或解密的秘密参数, 选自密
钥空间 K 一般情况下，可以把密码系统理解成可 逆的密码算法、密钥空间，即
12.密码学导引
密码学是一门研究秘密信息的隐写技术
的学科 密码学技术可以使消息的内容对(除发送 者和接收者以外)的所有人保密. 可以使接收者验证消息的正确性 是解决计算机与通信安全问题重要技术 之一.
13.基本术语-basic terminology
密码技术（Cryptography）—把可理解
完整性 消息伪造（fabrication - of info）攻击认证性（attacks authentication ）
6.主动攻击与被动攻击 Passive vs 关键对象 (资产)
评估所面临的威胁 确立合适的对策
执行实施对策
加密算法：EK; K in K : P -> C
及唯一逆算法：
P = EK-1; K in K : C -> P 通常密码系统是公开的， 只有密钥是秘 密信息
15.密码学算法的分类
密码学算法大致分为:
私钥加密算法(private-key encryption algorithms )