现代密码学基础全套课件

密码体制的分类
1、根据加密算法与解密算法使用密钥是 否相同：
① 对称密钥（单钥密码、秘密密钥密码、 对称密码）
② 非对称密钥（双密钥、公开密钥、非对 称密钥）
2、根据密码算法对明文信息的加密方 式：
① 流密码（逐位的加密明文信息）
② 分组密码（将明文消息分组，逐组进行 加密）
3、按照是否能进行可逆的加密变换：
代换字母表：THEMSAGWRNIDOUBCFJKLPQVXYZ
明文：please
confirm receipt
密文：CDSTKS EBUARJO JSESRCL
(密钥句子中的字母被依次填入密文字母表（重复的字母 只用一次），未用的字母按自然顺序排列）
仿射密码
多表代换密码（ Vegen`ere 密码）
古典密码系统分类
代换密码
单字母代换密码
➢ 单表代换密码 ➢ 多表代换密码
多字母代换密码
置换密码
代换密码（Substitution Cipher)
单表代换密码
移位密码
例2.1 凯撒密码是k=3的情况，即通过简单的向右移动源字母表 3个字母(见P12)。 abcd efghi jk l m n o p q r s t u v w 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 x yz 23 24 25
优点：
克服了单表代换从密文中可以提取语言的特 征的缺点。
密钥量为26，m 对于一个相当小的值m，穷举 法也需要很长时间。
(见P16)
多字母代换密码（Hill 密码）
优点：
容易将字母的自然频度隐蔽或者均一化而有利于抗统 计分析。
置换密码（Permutation Cipher)
古典密码体制的分析
若明文为： please confirm receipt 则密文为： SOHDVH FRQILUP UHFHLSW
替换密码
例2.2 密钥句子为：the message was transmitted an hour ago
源字母表为：a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
分类（P4）：
唯密文攻击 已知明文攻击 选择明文攻击 选择密文攻击
Kerckhoff假设：攻击方知道所用的密码系统。
密码分析方法
单表代换密码分析
统计语言特征
多表代换密码分析
Kasiski测试法 重合指数法（Coincidence index) Chi测试法
第三章 密码学的信息论基础
➢ 保密系统的数学模型 ➢ 信息量和熵 ➢ 完善保密性 ➢ 理论安全性和实际安全性
通信系统和保密系统
信 源 m 编码器
信道
译码器 m 信 宿
干扰器பைடு நூலகம்
信源
图3.1 通信系统模型
m 加密器 c
信道
解密器 m 接收者
密钥 k
c
分析者
图3.2 保密系统模型
Shannon的保密系统模型
分析者
发送者 m m
信源
加密 k
c
无噪信道
安全信道
密钥源
解 密 m 接收者 k
图3.3 Shannon的保密系统模型
现代密码学基础
参考资料
➢ 《现代密码学基础》 章照止著，北京邮电大学 出版社，2004
➢ 《密码学》宋震等编著，中国水利水电出版社， 2002
➢ 《密码编码学与网络安全——原理与实践》 William Stallings著，刘玉珍等译，电子工业出 版社，2004
➢ 《密码学基础》英文版，Oded Goldreich著， 电子工业出版社，2002
保密系统的数学模型
概率分布的关系
信息量和熵
熵的实质
反映了集中事件出现的平均不确定性，或为确定集中 出现一个事件平均所需的信息量（观测之前），或集 中每出现一个事件平均给出的信息量（观测之后）。 如果从编码的角度来考虑，熵也可以理解成用最优的 二进制编码形式表示所需的比特数。
密码系统的破译性
1. 可破译性：如果密码分析者可以由密文推出明文或密 钥，或者由明文和密文可以寻求密钥，则该密码系统 是可破译的。
2. 不可破译性： ① 无条件安全性：对于一个密码系统，如果攻击者 无论得到多少密文也求不出确定明文的足够信息， 也就是理论上不可破译。 ② 实际安全性（计算安全性）：如果一个密码系统 原则上可破译，但为了由密文得到明文或密钥需 付出巨大的计算，不能在希望的时间内或者可能 的经济条件下破译。
➢ 公开密钥密码，椭圆曲线密码，混沌密码以及量子密码。
密码学研究的基本问题
1. 密码体制 2. 单向函数与伪随机序列生成器 3. 数字签名与杂凑函数 4. 消息认证和身份识别 5. 抗欺骗协议和零知识证明
第二章 古典密码学
从数学的角度来讲，一个密码系统是一族映射， 它在密钥的控制下将明文空间中的每个元素映 射到密文空间上的某个元素。这族映射由密码 方案确定，具体使用哪一个映射由密钥决定。
① 单向函数密码体制 ② 双向变换密码体制
密码学的发展历史
➢ 古代加密方法
➢ 古希腊墓碑的名文志 ➢ 隐写术 ➢ 黑帮行话
➢ 古典密码
➢ 一般是文字置换，使用手工或机械变化的方式实现 ➢ 包括单表代替密码、多表代替密码等
➢ 近代密码
➢ 1949年Shannon发表《保密系统的信息理论》，1976年Diffie 和Hellman发表《密码学的新方向》，1977年美国实施《数据 加密标准（DES），标志着近代密码学的开始。
第一章 引论
➢ 密码学的基本概念 ➢ 密码体制的分类 ➢ 密码学的发展历史 ➢ 密码学研究的基本问题
密码学的基本概念
x
Alice
加密
窃听者 Oscar
y
解密
x
Bob
k
安全信道
密钥源
明文：信息的原始形式（记为P）。 密文：明文经过变换加密后的形式（记为C）。 加密：由明文变成密文的过程（记为E）。 加密算法:加密明文时采用的一组规则。 解密：由密文还原成明文的过程（记为D）。 解密算法：对密文解密时采用的一组规则。 密钥：为了有效地控制加密和解密算法的实现，
在其处理过程中要有通信双方掌握的专门信息 参与，这种专门信息称为密钥（key，记为K）。
Oscar的攻击方式
被动攻击：采用电磁侦听、声音窃听、搭线窃 听等方法直接得到未加密的明文或者加密后的 密文。——损害了明文信息的机密性。 主动攻击：采用删除、更改、增添、重放、伪 造等手段主动地向系统注入假消息。——损害 了明文信息的完整性。