网络安全 信息加密技术
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特点： 密钥易于管理，公钥不怕被窃取 但速度一般比对称加密算法慢很多
7 信息加密技术
4 哈希算法
哈希算法将任意长度的二进制值映射为固定长度 的较小二进制值，这个小的二进制值称为哈希值。 如果散列一段明文而且哪怕只更改该段落的一个 字母，随后的哈希都将产生不同的值。要找到散 列为同一个值的两个不同的输入，在计算上是不 可能的，所以数据的哈希值可以检验数据的完整 性。
7 信息加密技术
7 数据加密算法
1）古典密码：包括替代加密、置换加密 2）对称密钥密码：包括DES和AES 3）公开密钥密码：包括RSA 、背包密码、 McEliece密码、Rabin、椭圆曲线等 4）哈希算法:包括MD2, MD4, MD5, 安全哈 希算法 (SHA-1)等
7 信息加密技术
• 替代密码(substitution cipher)的原理 可用一个例子来说明。（密钥是 3）
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
RSA加解密过程 1）加密：设m为要传送的明文，利用公开密钥（n，e）加 密，c为加密后的密文。 则加密公式为：c= m^e mod n，（0≤c<n）； 2）解密：利用秘密密钥（n，d）解密。 则解密公式为：m= c^d mod n，（0≤m<n）。
7 信息加密技术
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
RSA加解密课堂练习 第（2）步：对密钥进行加密解密 ① 用公钥PK=(5，119)加密。先计算Xe=195=246099；再除 以119，得商20807，余66。即得密文66。 ② 用私钥SK= (77，119)解密。先计算Yd=6677=127…；再 除以119，得余数19，即明文。
7 信息加密技术
1 概述 数据加密系统组成：加密算法、明文、密文、密钥
截获
截取者
篡改
明文 P
E
加密算法
加密密钥 K
密钥源
密文 Y = EK(P) 安全信道
D
解密算法
明文 P
解密密钥K
它必须满足P=DK（EK（P））函数！
7 信息加密技术
1 概述
密码术可以实现五种安全功能
保护 机密性 认证 完整性 认可
7 信息加密技术
5 数据加密标准DES思想
1）DES算法的历史 美国国家标准局(NBS)于1977年正式颁布DES
2）DES算法的安全性 一是加密算法必须是足够强 二是安全性依赖于密钥的秘密性
3）DES算法的特点 优点：加密和解密速度快；缺点：密钥分发
7 信息加密技术
5 数据加密标准DES思想
对称密码算法是指有了加密密钥就可以推算出解密 密钥，有了解密密钥就可以推算出加密密钥的的算 法。公式表示：
500
1.7×1079 4.2×1017亿年
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
单向函数：1976年，狄菲和海尔曼在《密码学的 新方向》一文中，提出采用“单向函数”来设计 公钥体制的思路． 所谓“单向函数”，是指加密函数E和解密函数D 的运算都容易实现，但由E求其逆运算D却非常困 难.这样，即使把加密函数E和具体的加密与解密 的算法过程都公开，如果不知道解密函数D，把密 文解密成明文的计算也无法实现。
7 信息加密技术
6 公开密钥算法
用做加密的密钥不同于用作解密的密钥，而且 解密密钥不能根据加密密钥计算出来（至少在合 理假定的长时间内）
加密Key可公开 加密
解密Key 解密
明文
密文 源节点
节点2
密文 目的节点
明文
7 信息加密技术
6 公开密钥算法
安全性：公开密钥算法是基于复杂的数学难题 1.大整数因子分解系统（RSA） 2.离散对数系统（DSA,ElGamal） 3.椭圆曲线离散对数系统（ECDSA）
明文 abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 密文 DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC
caesar cipher FDHVDU FLSKHU
明文 c 变成了密文 F
7 信息加密技术
• 置换密码(transposition cipher)则是 按照某一规则重新排列消息中的比特或 字符顺序。 密钥 CIPHER 顺序 145726 attack 明文 begins atfour
7 信息加密技术
4 哈希算法
哈希算法安全性： ·不可能使不同信息产生相同的哈希值，改变信息
中的一位应该产生完全不同的哈希值。 ·不可能产生可获得预定哈希值的信息。 ·不可能逆转哈希算法。 ·哈希算法无需保密，其安全性来自于产生单向哈
希的能力。 ·产生固定大小的哈希值。长、短信息均产生相同
长度的哈希值。
7 信息加密技术
6 公开密钥算法
下表列出了用 现代最快速的分 解算法，在大型 计算机上分解一 个大整数所需的 时间．
整数的位数 操作次数 所需时间
50
1.4×1010 7.9小时
75
9.0×1012 104天
100
2.7×1015 74年
200
1.2×1027 7.8×109年
700
1.7×1029 4.9×1015年
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
再写下第 7 列密文 aio
atfour
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
再写下第 4 列密文 tet
atfour
7 信息加密技术
密文的得出 密钥 CIPHER 顺序 145726 attack 明文 begins atfour
因此密文就是：abacnuaiotettgfksr
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
网络安全原理与实务
7 信息加密技术
1 概述
7 信息加密技术
1 概述
密码术— 密码术是传输信息以保护传输或存储安全的科学。 这是通过“混乱”数据，使非授权用户难以理解并完成的。
隐藏术— 与密码术混乱数据不同，隐藏术隐藏数据的存在。 加密— 利用密码术把原始文本转换为秘密信息的过程。 解密— 加密的逆过程，即把秘密信息转化成原始形式。 算法— 加密和解密的过程是基于某种数学程序。 密钥— 算法用来加密和解密信息的值。 弱密钥— 形成可破译形式或结构的数学密钥。 纯文本— 原始未加密的信息。 密码— 用于加密或解密文本的算法工具。 密码文本— 用加密算法加密的数据，叫做密码文本。
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
RSA定理相关的数论知识
（1）一个大于1的整数p，如果除1和它本身外没有 其它正整数因数，称p是素数．
（2）若整数a、b的最大公因数为1（记为（a,b）=1 ），称a、b互素．
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
RSA密钥生成体制
1）选择两个大的质数p和q，p不等于q，计算N=pq ； 2）根据欧拉函数，不大于N且与N互质的整数个数为(p-1)(q-1) ； 3）选择一个整数e与(p-1)(q-1)互质，并且e小于(p-1)(q-1) ； 4）用以下这个公式计算d：d× e ≡ 1 (mod (p-1)(q-1)); 5）公开密钥为：PK=(n，e)，用于加密，可以公开出去; 6）秘密密钥为：SK=(n，d)，用于解密，必须保密。
7 RSA公开密钥密码系统
RSA加解密举例 1）选取p=11，q=7。
则n=p*q=77，z=(p-1)*(q-1)=6*10=60； 2）选取e=7，计算其逆，
7*d=1 mod 60 =43； 3）那么公钥PK为（77，7），私钥SK为（77，43）。
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
EK1(P) = C， DK2(C) = P 其中E为加密算法，D为解密算法，P为明文，C为密 文，K1为加密密钥，K2为解密密钥。在对称密码算 法中，有了K1，就可以推算出K2，而有了K2，也可 以推算出K1。
7 信息加密技术
5 数据加密标准DES思想
实际应用的大多数对称密码算法中，K1与K2 相同。因此对称密码算法的加密与解密关系 如下：
RSA加解密课堂练习
RSA的安全基于大数分解的难度，其公开密钥和私 人密钥是一对大素数的函数。设 p=7, q=17, 求 公开密钥(n,e)、私人密钥 (n,d)并对明文m=19 加密和解密。
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
RSA加解密课堂练习 第（1）步：产生一对密钥 ① 两个素数p=7，q=17。 ② 计算N＝pq=7x17=119。 ③ 计算N的欧拉函数Φ(N)= (p一1)(q—1)=6x16=96。 ④ 从[0，95]间选一个与96互为素数的数e=5，根据式d＝51（mod96）, 解得d=77，因为 ed=5x77=385=4x96+1=1mod96。于是得到公钥PK=（e，N ）=(5，119)；私钥SK=(77，119)。
7 信息加密技术
4 哈希算法
哈希算法可以把纯文本转化为密码文本。然而， 加密文本就不需再解密了。相反，它是用来确认 目的的对比。
输入值 12345 纯文本
乘数 143 密钥
公式
结果
值*乘数 1765335
算法
密码文本
7 信息加密技术
4 哈希算法
哈希算法应用，确认密码的真实性。
7 信息加密技术
7 信息加密技术
7 数据加密算法
对称 密码
非对称 密码
7 信息加密技术
7 数据加密算法
对称加密
原理： 加密和解密使用相同密钥 加密强度基本由其密钥长度决定 目前一般至少为128位
主要优缺点： 加密速度快 管理复杂，风险大
7 信息加密技术
3 数据加密算法
非对称加密
原理 有两把成对的密钥，称为公钥和私钥，其 中公钥可以对外公布 用一把密钥加密的数据只有用配对的另一 把密钥才能正确解密
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
再写下第 5 列密文 tgf
atfour
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
最后写下第 6 列密文 ksr
atfour
7 信息加密技术
接收端从密文解出明文
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726 最后按行读出明文
attack 明文 begins
atfour
得出明文： attackbeginsatfour
EK(P) = C DK(C) = P 加密与解密都使用密钥K。
7 信息加密技术
5 数据加密标准DES思想
DES算法使用的密钥长度表示为64位(bit)，但每个 第8为都用作奇偶校验，密钥长度是56位。
7 信息加密技术
5 数据加密标准DES思想
三重DES： 加密过程为“加 密-解密-加密” 解密过程为“解 密-加密-解密”
4 哈希算法
哈希算法应用，防止中间人攻击。
7 信息加密技术
4 哈希算法
信息摘要算法经MD2、MD3和MD4发展而来。它的作 用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密 钥前被“压缩”成一种保密的格式（就是把一个 任意长度的字节串变换成一定长的大整数）。不 管是MD2、MD4还是MD5，它们都需要获得一个随机 长度的信息并产生一个128位的信息摘要。 MD5最广泛被用于各种软件的密码认证和钥匙识别 上。通俗的讲就是人们讲的序列号。
访问控制
描述 只允许授权用户访问信息 确认发送人及其身份 相信信息未被改动 确保发送人或接收人不能否认信 息的发送或接收 限制信息访问。
7 信息加密技术
2 数据加密技术
数据传输加密：
对传输中的数据流进行加密，常用的有 链路加密 节点加密 端到端加密三种方式
7 信息加密技术
2 数据加密技术
1）链路加密
不但要加密报文，还要加密报头。要传输到下一个节点必须解密再加 密，直到到达目的节点,数据链路层进行加密。
2）节点加密
在传输中的节点设置一个加、解密保护装置完成密钥转换。除保护装 置外不出现明文,安全模块中进行。
3）端到端加密
在发送、接收端才加、解密，中间节点不解密,采用端--端加密是在 应用层完成 。
先写下第 1 列密文 aba
atfour
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
再写下第 2 列密文 cnu
atfour
ຫໍສະໝຸດ Baidu
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
7 信息加密技术
4 哈希算法
哈希算法将任意长度的二进制值映射为固定长度 的较小二进制值，这个小的二进制值称为哈希值。 如果散列一段明文而且哪怕只更改该段落的一个 字母，随后的哈希都将产生不同的值。要找到散 列为同一个值的两个不同的输入，在计算上是不 可能的，所以数据的哈希值可以检验数据的完整 性。
7 信息加密技术
7 数据加密算法
1）古典密码：包括替代加密、置换加密 2）对称密钥密码：包括DES和AES 3）公开密钥密码：包括RSA 、背包密码、 McEliece密码、Rabin、椭圆曲线等 4）哈希算法:包括MD2, MD4, MD5, 安全哈 希算法 (SHA-1)等
7 信息加密技术
• 替代密码(substitution cipher)的原理 可用一个例子来说明。（密钥是 3）
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
RSA加解密过程 1）加密：设m为要传送的明文，利用公开密钥（n，e）加 密，c为加密后的密文。 则加密公式为：c= m^e mod n，（0≤c<n）； 2）解密：利用秘密密钥（n，d）解密。 则解密公式为：m= c^d mod n，（0≤m<n）。
7 信息加密技术
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
RSA加解密课堂练习 第（2）步：对密钥进行加密解密 ① 用公钥PK=(5，119)加密。先计算Xe=195=246099；再除 以119，得商20807，余66。即得密文66。 ② 用私钥SK= (77，119)解密。先计算Yd=6677=127…；再 除以119，得余数19，即明文。
7 信息加密技术
1 概述 数据加密系统组成：加密算法、明文、密文、密钥
截获
截取者
篡改
明文 P
E
加密算法
加密密钥 K
密钥源
密文 Y = EK(P) 安全信道
D
解密算法
明文 P
解密密钥K
它必须满足P=DK（EK（P））函数！
7 信息加密技术
1 概述
密码术可以实现五种安全功能
保护 机密性 认证 完整性 认可
7 信息加密技术
5 数据加密标准DES思想
1）DES算法的历史 美国国家标准局(NBS)于1977年正式颁布DES
2）DES算法的安全性 一是加密算法必须是足够强 二是安全性依赖于密钥的秘密性
3）DES算法的特点 优点：加密和解密速度快；缺点：密钥分发
7 信息加密技术
5 数据加密标准DES思想
对称密码算法是指有了加密密钥就可以推算出解密 密钥，有了解密密钥就可以推算出加密密钥的的算 法。公式表示：
500
1.7×1079 4.2×1017亿年
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
单向函数：1976年，狄菲和海尔曼在《密码学的 新方向》一文中，提出采用“单向函数”来设计 公钥体制的思路． 所谓“单向函数”，是指加密函数E和解密函数D 的运算都容易实现，但由E求其逆运算D却非常困 难.这样，即使把加密函数E和具体的加密与解密 的算法过程都公开，如果不知道解密函数D，把密 文解密成明文的计算也无法实现。
7 信息加密技术
6 公开密钥算法
用做加密的密钥不同于用作解密的密钥，而且 解密密钥不能根据加密密钥计算出来（至少在合 理假定的长时间内）
加密Key可公开 加密
解密Key 解密
明文
密文 源节点
节点2
密文 目的节点
明文
7 信息加密技术
6 公开密钥算法
安全性：公开密钥算法是基于复杂的数学难题 1.大整数因子分解系统（RSA） 2.离散对数系统（DSA,ElGamal） 3.椭圆曲线离散对数系统（ECDSA）
明文 abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 密文 DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC
caesar cipher FDHVDU FLSKHU
明文 c 变成了密文 F
7 信息加密技术
• 置换密码(transposition cipher)则是 按照某一规则重新排列消息中的比特或 字符顺序。 密钥 CIPHER 顺序 145726 attack 明文 begins atfour
7 信息加密技术
4 哈希算法
哈希算法安全性： ·不可能使不同信息产生相同的哈希值，改变信息
中的一位应该产生完全不同的哈希值。 ·不可能产生可获得预定哈希值的信息。 ·不可能逆转哈希算法。 ·哈希算法无需保密，其安全性来自于产生单向哈
希的能力。 ·产生固定大小的哈希值。长、短信息均产生相同
长度的哈希值。
7 信息加密技术
6 公开密钥算法
下表列出了用 现代最快速的分 解算法，在大型 计算机上分解一 个大整数所需的 时间．
整数的位数 操作次数 所需时间
50
1.4×1010 7.9小时
75
9.0×1012 104天
100
2.7×1015 74年
200
1.2×1027 7.8×109年
700
1.7×1029 4.9×1015年
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
再写下第 7 列密文 aio
atfour
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
再写下第 4 列密文 tet
atfour
7 信息加密技术
密文的得出 密钥 CIPHER 顺序 145726 attack 明文 begins atfour
因此密文就是：abacnuaiotettgfksr
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
网络安全原理与实务
7 信息加密技术
1 概述
7 信息加密技术
1 概述
密码术— 密码术是传输信息以保护传输或存储安全的科学。 这是通过“混乱”数据，使非授权用户难以理解并完成的。
隐藏术— 与密码术混乱数据不同，隐藏术隐藏数据的存在。 加密— 利用密码术把原始文本转换为秘密信息的过程。 解密— 加密的逆过程，即把秘密信息转化成原始形式。 算法— 加密和解密的过程是基于某种数学程序。 密钥— 算法用来加密和解密信息的值。 弱密钥— 形成可破译形式或结构的数学密钥。 纯文本— 原始未加密的信息。 密码— 用于加密或解密文本的算法工具。 密码文本— 用加密算法加密的数据，叫做密码文本。
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
RSA定理相关的数论知识
（1）一个大于1的整数p，如果除1和它本身外没有 其它正整数因数，称p是素数．
（2）若整数a、b的最大公因数为1（记为（a,b）=1 ），称a、b互素．
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
RSA密钥生成体制
1）选择两个大的质数p和q，p不等于q，计算N=pq ； 2）根据欧拉函数，不大于N且与N互质的整数个数为(p-1)(q-1) ； 3）选择一个整数e与(p-1)(q-1)互质，并且e小于(p-1)(q-1) ； 4）用以下这个公式计算d：d× e ≡ 1 (mod (p-1)(q-1)); 5）公开密钥为：PK=(n，e)，用于加密，可以公开出去; 6）秘密密钥为：SK=(n，d)，用于解密，必须保密。
7 RSA公开密钥密码系统
RSA加解密举例 1）选取p=11，q=7。
则n=p*q=77，z=(p-1)*(q-1)=6*10=60； 2）选取e=7，计算其逆，
7*d=1 mod 60 =43； 3）那么公钥PK为（77，7），私钥SK为（77，43）。
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
EK1(P) = C， DK2(C) = P 其中E为加密算法，D为解密算法，P为明文，C为密 文，K1为加密密钥，K2为解密密钥。在对称密码算 法中，有了K1，就可以推算出K2，而有了K2，也可 以推算出K1。
7 信息加密技术
5 数据加密标准DES思想
实际应用的大多数对称密码算法中，K1与K2 相同。因此对称密码算法的加密与解密关系 如下：
RSA加解密课堂练习
RSA的安全基于大数分解的难度，其公开密钥和私 人密钥是一对大素数的函数。设 p=7, q=17, 求 公开密钥(n,e)、私人密钥 (n,d)并对明文m=19 加密和解密。
7 信息加密技术
7 RSA公开密钥密码系统
RSA加解密课堂练习 第（1）步：产生一对密钥 ① 两个素数p=7，q=17。 ② 计算N＝pq=7x17=119。 ③ 计算N的欧拉函数Φ(N)= (p一1)(q—1)=6x16=96。 ④ 从[0，95]间选一个与96互为素数的数e=5，根据式d＝51（mod96）, 解得d=77，因为 ed=5x77=385=4x96+1=1mod96。于是得到公钥PK=（e，N ）=(5，119)；私钥SK=(77，119)。
7 信息加密技术
4 哈希算法
哈希算法可以把纯文本转化为密码文本。然而， 加密文本就不需再解密了。相反，它是用来确认 目的的对比。
输入值 12345 纯文本
乘数 143 密钥
公式
结果
值*乘数 1765335
算法
密码文本
7 信息加密技术
4 哈希算法
哈希算法应用，确认密码的真实性。
7 信息加密技术
7 信息加密技术
7 数据加密算法
对称 密码
非对称 密码
7 信息加密技术
7 数据加密算法
对称加密
原理： 加密和解密使用相同密钥 加密强度基本由其密钥长度决定 目前一般至少为128位
主要优缺点： 加密速度快 管理复杂，风险大
7 信息加密技术
3 数据加密算法
非对称加密
原理 有两把成对的密钥，称为公钥和私钥，其 中公钥可以对外公布 用一把密钥加密的数据只有用配对的另一 把密钥才能正确解密
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
再写下第 5 列密文 tgf
atfour
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
最后写下第 6 列密文 ksr
atfour
7 信息加密技术
接收端从密文解出明文
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726 最后按行读出明文
attack 明文 begins
atfour
得出明文： attackbeginsatfour
EK(P) = C DK(C) = P 加密与解密都使用密钥K。
7 信息加密技术
5 数据加密标准DES思想
DES算法使用的密钥长度表示为64位(bit)，但每个 第8为都用作奇偶校验，密钥长度是56位。
7 信息加密技术
5 数据加密标准DES思想
三重DES： 加密过程为“加 密-解密-加密” 解密过程为“解 密-加密-解密”
4 哈希算法
哈希算法应用，防止中间人攻击。
7 信息加密技术
4 哈希算法
信息摘要算法经MD2、MD3和MD4发展而来。它的作 用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密 钥前被“压缩”成一种保密的格式（就是把一个 任意长度的字节串变换成一定长的大整数）。不 管是MD2、MD4还是MD5，它们都需要获得一个随机 长度的信息并产生一个128位的信息摘要。 MD5最广泛被用于各种软件的密码认证和钥匙识别 上。通俗的讲就是人们讲的序列号。
访问控制
描述 只允许授权用户访问信息 确认发送人及其身份 相信信息未被改动 确保发送人或接收人不能否认信 息的发送或接收 限制信息访问。
7 信息加密技术
2 数据加密技术
数据传输加密：
对传输中的数据流进行加密，常用的有 链路加密 节点加密 端到端加密三种方式
7 信息加密技术
2 数据加密技术
1）链路加密
不但要加密报文，还要加密报头。要传输到下一个节点必须解密再加 密，直到到达目的节点,数据链路层进行加密。
2）节点加密
在传输中的节点设置一个加、解密保护装置完成密钥转换。除保护装 置外不出现明文,安全模块中进行。
3）端到端加密
在发送、接收端才加、解密，中间节点不解密,采用端--端加密是在 应用层完成 。
先写下第 1 列密文 aba
atfour
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr
密钥 CIPHER 顺序 145726
attack 明文 begins
再写下第 2 列密文 cnu
atfour
ຫໍສະໝຸດ Baidu
7 信息加密技术
接收端收到密文后按列写下
收到的密文：abacnuaiotettgfksr