密码编码学与网络安全(第五版) 向金海 03-分组密码与des-PPT资料63页
《分组密码理论》课件
分组密码的工作模式
ECB模式
电子密码本模式，是最简单的分组密码工作模式。它将明 文分成固定长度的块，然后对每个块进行加密。
CBC模式
密码块链接模式，将前一块的密文作为下一块的加密密钥 ，使得明文中的重复内容在密文中也呈现规律性变化。
CFB模式
密码反馈模式，将前一块的密文作为下一块的加密密钥， 同时将加密后的密文反馈回来与明文进行异或操作，以实 现加密和解密过程。
介绍量子密码学的基本原理， 包括量子态的叠加性和纠缠性 ，以及量子不可克隆定理等。 这些原理为抗量子计算攻击的 分组密码提供了理论基础。
列举一些已经提出的抗量子计 算攻击的分组密码算法，如基 于多线性映射、基于哈希函数 、基于编码理论的算法等。
分析抗量子计算攻击分组密码 研究中面临的挑战，如算法效 率、实现难度和安全性证明等 ，并对未来的研究方向进行展 望。
分组密码的应用场景
通信安全
01
分组密码广泛应用于通信加密领域，如TLS/SSL协议中的AES加
密算法。
存储安全
02
在存储加密中，分组密码也扮演着重要的角色，用于保护数据
的机密性和完整性。
身份认证
03
分组密码还可以用于身份认证，通过加密和验证消息的完整性
来确保通信双方的身份安全。
2023
PART 02
2023
REPORTING
THANKS
感谢观看
基于云计算的分组密码
ห้องสมุดไป่ตู้云计算环境下的 安全需求
随着云计算技术的普及，数 据安全和隐私保护成为重要 需求。因此，研究基于云计 算的分组密码是必要的。
基于云计算的分 组密码算法原理
介绍基于云计算的分组密码 算法的基本原理，包括如何 利用云计算的分布式处理能 力提高加密和解密的速度， 以及如何利用云计算的存储 能力实现密钥的分布式存储 等。
密码编码学与网络安全第五版
密码编码学与网络安全第五版密码编码学与网络安全是现代信息保密与通信安全的基础理论。
其研究内容包括加密、解密算法的设计与分析，密码系统的实现与安全性评估，网络安全协议的设计与分析等。
在网络时代，密码编码学与网络安全的研究显得尤为重要。
密码编码学主要包括对消息的加密与解密。
加密是将明文消息转化为密文消息的过程，解密是将密文消息还原为明文消息的过程。
密码算法的设计应具有安全性、可靠性和效率性。
安全性是指密文不能被未授权的人解密，可靠性是指密文在传输、存储和处理过程中不会出现错误，效率性是指算法需要较低的时间和空间成本。
密码系统的实现需要考虑多种因素。
首先是密钥的管理，密钥是加密与解密过程中必不可少的要素，因此密钥的生成、分发、存储和更新等都需要考虑。
其次是密码系统的可靠性与安全性评估，对密码系统的实施，应进行相关的评估与测试，以确保其在现实应用中的可靠性与安全性。
最后，密码系统的实施还需要考虑与其他系统的兼容性，以实现不同系统之间的通信与数据交换。
网络安全协议设计与分析是密码编码学与网络安全的重要研究内容之一。
网络安全协议是保证网络信息安全的关键，它基于密码学算法与协议的设计与实现。
网络安全协议的设计目标是实现认证、机密性、完整性和不可否认性等安全性质，并确保这些性质在网络通信中得以维护。
密码编码学与网络安全既有其理论研究的基础，也有其实际应用的重要性。
随着信息技术的不断发展，网络安全问题也越发凸显。
密码编码学与网络安全的研究对于保护个人隐私，防止信息泄露，维护国家安全等方面起到了重要作用。
综上所述，密码编码学与网络安全是现代信息保密与通信安全的基础理论。
其应用领域广泛，包括信息加密，网络安全协议的设计与分析等。
密码编码学与网络安全的研究对于保障个人隐私，防止信息泄露，维护国家安全等方面具有重要意义。
在信息时代，我们需要加强对密码编码学与网络安全的研究与实践，以应对不断增长的网络安全挑战。
《密码学分组密码》PPT课件
.
8
Feistel结构定义
•加密: Li = Ri-1; Ri = Li-1F(Ri-1,Ki) •解密: Ri-1 = Li
Li-1 = RiF(Ri-1,Ki)
= RiF(Li,Ki.)
9
Feistel结构图
.
10
数据加密标准
DES描述 二重DES 两个密钥的三重DES 三个密钥的三重DES
k57= k49= k41= ……= k9= k1=0 或1
k63= k55= k47= ……= k15= k7=0 或1
• 举例：共有4种，如：0101010.101010101。
33
(2) 半弱密钥：
定义：当存在子密钥K和K’，使得： DESk ( m ) = DESk’ -1 ( m ) 或 DESk ( DESk’ ( m ) ) = m 则K和K’成对构成半弱密钥。
C 1（ 28 位 ）
D 1（ 28 位 ）
8 2 16 1
（ 56 位 ） 置 换 选 择 2
k1
(48 位 )
循环左移
循环左移
C i（ 2 8 位 ）
D i（ 2 8 位 ）
置 换 选 择 2 ki
（ 56 位 ）
（ 48 位 ）
.
29
置换选择1和置换选择2
.
30
DES解密
和Feistel密码一样，DES的解密和加密使 用同一算法，只是子密钥的使用顺序相 反。
.
32
关于DES的若干问题：
1. DES的坏密钥问题：
(1)弱密钥：
定义：当密钥K所产生的子密钥满足：K1 = K2 = ……= K16 则有：DESk ( m ) = DESk -1 ( m ) ， 或：DESk ( DESk ( m ) ) = m 这样的密钥K称为弱密钥。
加密编码的基础知识PPT(89张)
L 16＝ R 15
R 16＝ L 15 ＋ f(R 15， K 16) 64
7-7
图 密 码 运 算
26
R i-1(3 2 ) E
密 钥 (64) 密钥表
48 比 特 ＋
K i(4 8 )
S1
S2
S3 …
S8
P
32 比 特
图 7 -8 密 码 计 算 函 数 f(R ， K )
27
密钥
64
置换选择 1
（单密钥），也可以不同（双密钥）
3
安全性
• 如果求解一个问题需要一定量的计算，但 环境所能提供的实际资源却无法实现它， 则称这种问题是计算上不可能的；
• 如果一个密码体制的破译是计算上不可能 的，则称该密码体制是计算上安全的。
4
密码体制必须满足三个基本要求：
对所有的密钥，加密和解密都必须迅速有效 体制必须容易使用； 体制的安全性必须只依赖于密钥的保密性，而
不依赖算法E或D的保密性。
密码体制须实现的功能：
保密性 真实性
5
保密性：密码分析员无法从截获的密文中求出明文
• 即使截获了一段密文C，甚至知道了与它对应 的明文M，破译者要从中系统地求出解密变换 仍然是计算上不可能的。
• 破译者要由截获的密文C系统地求出明文M是 计算上不可能的。
EK
M
C
DK M
j
i
15
疑义度
• 破译者的任务是从截获的密文中提取有关明文的 信息或从密文中提取有关密钥的信息
• I(M; C)＝H(M)－H(M/C) • I(K; C)＝H(K)－H(K/C) • H(M/C)和H(K/C)越大，破译者从密文能够提取出
《分组密码》PPT课件
b7 x7 + b6 x6 + b5 x5 + b4 x4 + b3 x3 + b2 x2 + b1 x + b0 如{57}（01010111）可写成： x6 + x4 + x2 + x + 1
；计算时按降幂排
精选课件ppt
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3. x乘法
考虑用 x 乘以多项式B(x): ( b7b6b5b4b3b2b1b0 ) B(x)＝b7 x7+ b6x6+ b5x5+ b4x4+ b3x3+ b2x2+ b1x + b0
x B(x)＝b7 x8+ b6x7+ b5x6+ b4x5+ b3x4+ b2x3+ b1x2 + b0x 将上面的结果模m(x)求余就得到x B(x)。
如果 b7 ＝0，则：x B(x)＝b6x7+ b5x6+ b4x5+ b3x4+ b2x3+ b1x2 + b0x
即所得结果字节为： (b6b5b4b3b2b1b00)
如果 b7 ＝1，则：
x B(x)＝ x8+ b6x7+ b5x6+ b4x5+ b3x4+ b2x3+ b1x2 + b0x mod (x8+x4+x3+x+1)
在行移位(ShiftRows)变换中，状态矩阵中的每一行将以字节为单位，循 环右移不同的位移量。
密码编码学与网络安全课后习题答案全
密码编码学与网络安全课后习题答案全YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020密码编码学与网络安全（全）1.1 什么是OSI安全体系结构？OSI安全体系结构是一个架构，它为规定安全的要求和表征满足那些要求的途径提供了系统的方式。
该文件定义了安全攻击、安全机理和安全服务，以及这些范畴之间的关系。
1.2 被动安全威胁和主动安全威胁之间的差别是什么？被动威胁必须与窃听、或监控、传输发生关系。
电子邮件、文件的传送以及用户/服务器的交流都是可进行监控的传输的例子。
主动攻击包括对被传输的数据加以修改，以及试图获得对计算机系统未经授权的访问。
1.4验证：保证通信实体之一，它声称是。
访问控制：防止未经授权使用的资源（即，谁可以拥有对资源的访问，访问在什么条件下可能发生，那些被允许访问的资源做这个服务控制）。
数据保密：保护数据免受未经授权的披露。
数据完整性：保证接收到的数据是完全作为经授权的实体（即包含任何修改，插入，删除或重播）发送。
不可否认性：提供保护反对否认曾参加全部或部分通信通信中所涉及的实体之一。
可用性服务：系统属性或访问和经授权的系统实体的需求，可用的系统资源，根据系统（即系统是可用的，如果它提供服务，根据系统设计，只要用户要求的性能指标它们）。
第二章1.什么是对称密码的本质成分？明文、加密算法、密钥、密文、解密算法。
4.分组密码和流密码的区别是什么？流密码是加密的数字数据流的一个位或一次一个字节。
块密码是明文块被视为一个整体，用来产生一个相同长度的密文块......分组密码每次处理输入的一组分组，相应的输出一组元素。
流密码则是连续地处理输入元素，每次输出一个元素。
6.列出并简要定义基于攻击者所知道信息的密码分析攻击类型。
惟密文攻击：只知道要解密的密文。
这种攻击一般是试遍所有可能的密钥的穷举攻击，如果密钥空间非常大，这种方法就不太实际。
因此攻击者必须依赖于对密文本身的分析，这一般要运用各种统计方法。
密码编码学与网络安全课件
目录
• 密码编码学基础 • 网络安全基础 • 密码编码学在网络安全中的应用 • 网络安全攻击与防范 • 密码编码学的发展趋势与挑战 • 网络安全法律法规与道德规范
01
密码编码学基础
密码编码学简介
密码编码学定义
密码编码学是一门研究如何将信息进行加密以保护其机密性和完 整性的科学。
线。
网络安全协议
SSL/TLS协议
SSL/TLS协议是一种用于保护数据传输安全的协议，广泛应用于网 页浏览、电子邮件和即时通讯等场景。
IPsec协议
IPsec协议是一种用于保护IP层通信安全的协议，能够提供数据加密 和完整性校验功能。
SET协议
SET协议是一种用于保护电子商务交易安全的协议，能够保证交易信 息的机密性和完整性。
网络钓鱼与社交工程攻击防范
识别可疑链接
不要轻易点击来自陌生人或不 可信来源的链接。
保护个人信息
避免在公共场合透露敏感信息 ，如账号、密码等。
使用安全软件
安装防病毒软件和防火墙，定 期更新病毒库。
提高警惕意识
时刻保持警觉，不轻信陌生人 的诱饵。
恶意软件防范与清除
安装防病毒软件
实时监测和清除恶意软 件。
数字签名在网络身份认证中的应用
数字签名
通过使用私钥对数据签名，验证数据的完整性和来源。在网络身份认证中，数字 签名可以确保发送方的身份不被伪造，同时保证数据在传输过程中没有被篡改。
证书签名
通过权威的证书颁发机构（CA）对公钥进行签名，验证公钥的合法性和来源。 在网络身份认证中，证书签名可以确保接收方能够验证发送方的身份，并建立安 全的通信通道。
安全、数据保护、个人信息保护、关键信息基础设施保护等。
ch 03 分组密码与DES(中文) PPT课件
网络密码第3章分组密码与DESBlock Ciphers and theData Encryption Standard主讲：康绯11111第3章分组密码与DES▪分组密码设计原理▪数据加密标准▪DES的安全性分析▪分组密码的工作模式▪本章小结11111分组密码和流密码▪分组密码（块密码）：将消息（明文或密文）分成“组”，对“组”进行加密和解密的操作。
▪流密码（序列密码）：加解密时对消息的一个比特或一个字节进行操作。
11111现代分组密码▪使用最广泛的密码算法之一–速度快、易于标准化和便于软硬件实现–是信息与网络安全中实现数据加密的核心机制▪研究现状–始于20世纪70年代–是密码学研究的热点之一▪研究成果–分组密码的设计原理–分组密码的安全性分析–分组密码的统计性能测试111113.1 分组密码的设计原则▪针对安全性的设计原则–混乱：密文对密钥和明文的依赖关系相当复杂。
–扩散：密钥、明文的每一位数字影响密文的许多数字▪针对实现的设计原则–速度快：尽可能使用简单快速的指令如加法、移位。
–算法可逆：加密和解密的流程基本近似。
▪重要的设计原理:必须能抵抗现有的攻击方法11111Claude Shannon 和代换置换网络▪1949年 Claude Shannon 提出代换置换网络（SPN）▪代换置换网络基于两种基本操作：–代换（substitution）–置换（permutation）11111分组密码的整体结构▪Feistel 网络▪SP网络11111Feistel密码结构▪Horst Feistel 设计的feistel密码–基于可逆的乘积密码的概念▪明文输入分为两部分–多轮处理–代换：数据的左半部分–轮函数F：数据的右半部分和子密钥–置换：交换数据的左右两部分11111Feistel密码结构Feistel 结构图11111Feistel 密码设计参数▪分组长度–分组越长，安全性越高，加解密速度越慢▪密钥长度–密钥越长，安全性越高，加解密速度越慢▪迭代轮数–轮数越多，安全性越高，加解密速度越慢▪子密钥产生算法–算法越复杂，安全性越高，加解密速度越慢▪轮函数–算法越复杂，安全性越高，加解密速度越慢111113.2 数据加密标准 (DES)▪产生：美国国家标准局（NBS)1973年5月到1974年8月两次发布通告，公开征求用于电子计算机的加密算法。
密码编码学与网络安全_课后习题答案(全).doc
密码编码学与网络安全（全）1.1 什么是 OSI 安全体系结构？OSI 安全体系结构是一个架构，它为规定安全的要求和表征满足那些要求的途径提供了系统的方式。
该文件定义了安全攻击、安全机理和安全服务，以及这些范畴之间的关系。
1.2 被动安全威胁和主动安全威胁之间的差别是什么？被动威胁必须与窃听、或监控、传输发生关系。
电子邮件、文件的传送以及用户 /服务器的交流都是可进行监控的传输的例子。
主动攻击包括对被传输的数据加以修改，以及试图获得对计算机系统未经授权的访问。
1.4 验证：保证通信实体之一，它声称是。
访问控制：防止未经授权使用的资源（即，谁可以拥有对资源的访问，访问在什么条件下可能发生，那些被允许访问的资源做这个服务控制）。
数据保密：保护数据免受未经授权的披露。
数据完整性：保证接收到的数据是完全作为经授权的实体（即包含任何修改，插入，删除或重播）发送。
不可否认性：提供保护反对否认曾参加全部或部分通信通信中所涉及的实体之一。
可用性服务：系统属性或访问和经授权的系统实体的需求，可用的系统资源，根据系统（即系统是可用的，如果它提供服务，根据系统设计，只要用户要求的性能指标它们）。
第二章1.什么是对称密码的本质成分？明文、加密算法、密钥、密文、解密算法。
4.分组密码和流密码的区别是什么？流密码是加密的数字数据流的一个位或一次一个字节。
块密码是明文块被视为一个整体，用来产生一个相同长度的密文块 ......分组密码每次处理输入的一组分组，相应的输出一组元素。
流密码则是连续地处理输入元素，每次输出一个元素。
6.列出并简要定义基于攻击者所知道信息的密码分析攻击类型。
惟密文攻击：只知道要解密的密文。
这种攻击一般是试遍所有可能的密钥的穷举攻击，如果密钥空间非常大，这种方法就不太实际。
因此攻击者必须依赖于对密文本身的分析，这一般要运用各种统计方法。
已知明文攻击：分析者可能得到一个或多个明文消息，以及它们的密文。
有了这些信息，分析者能够在已知明文加密方式的基础上推导出某些关键词。
第三章分组密码DESppt课件
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
3.1 分组密码概述(Cont.)
分组密码的设计思想（C.E. Shannon)： • 扩散(diffusion) 将明文及密钥的影响尽可能迅速地散布到 较多个输出的密文中（让每个明文数字尽
0 1 0 3 2
S
0
1
3
2
1
0
2 0 2 1 3
3
3
1
3
2
012 3
0 0 1 2 3
S1
1
2
0
1
3
2 3 0 1 0
3
2
1
0
3
S盒按下述规则运算：
将第1和第4的输入比特做为2- bit数，指示 为S盒的一个行；将第2和第3的输入比特做 为S盒的一个列。如此确定为S盒矩阵的 （i,j）数。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
3.1 分组密码概述
• 分组密码，就是一个明文分组被当作一 个整体来产生一个等长（通常）的密文 分组的密码，通常使用的是128位分组大 小。
• 分组密码的实质是，设计一种算法，能 在密钥控制下，把n比特明文简单而又迅 速地置换成唯一n比特密文，并且这种变 换是可逆的（解密）。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
•
A=R(32 bits)
E
J=K(48 bits)
E(A)为48 bits +
密码编码学与网络安全讲义
•
9、要学生做的事，教职员躬亲共做； 要学生 学的知 识，教 职员躬 亲共学 ；要学 生守的 规则， 教职员 躬亲共 守。21.6.921.6.9Wednesday, June 09, 2021
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10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。08:50:5608:50:5608:506/9/2021 8:50:56 AM
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11、一个好的教师，是一个懂得心理 学和教 育学的 人。21.6.908:50:5608:50Jun- 219-Jun-21
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12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。08:50:5608:50:5608:50Wednesday, June 09, 2021
• RSASSA-PSS-VERIFY ((n, e), M, S)
B
RSASSA-PKCS1-v1_5
• RSASSA-PKCS1-V1_5-SIGN (K＝(n, d), M)
– EM = EMSA-PKCS1-V1_5-ENCODE (M, k) – m = OS2IP (EM) – s = RSASP1 (K, m) – S = I2OSP (s, k)
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4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行
5.26.20215.26.202108:3008:3008:30:5708:30:57
B
EMSA-PKCS1-v1_5
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5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Wednesday, May 26, 2021May 21Wednesday, May 26, 20215/26/2021
密码编码学与网络安全讲义
密码编码学与网络安全讲义密码编码学是一门重要的学科，在网络安全中起着关键的作用。
密码编码学涉及使用算法和技术来保护数据的机密性和完整性。
在网络安全中，密码编码学的应用范围非常广泛，包括加密通信、认证用户、数字签名和访问控制等方面。
密码编码学的基本概念包括明文、密文、密钥和算法。
明文是未加密的原始数据，密文是经过加密处理的数据，密钥是用于加密和解密的关键，算法是加密和解密的计算过程。
密码编码学的目标是保证数据机密性，即使在数据传输和存储过程中，也能保证数据的安全性。
在网络安全中，密码编码学的应用包括对通信数据的加密和解密，以防止未经授权的访问者获取数据内容。
加密通信通常使用对称加密和非对称加密技术。
对称加密技术使用同一个密钥对数据进行加密和解密，而非对称加密技术使用一对密钥，一个用于加密，一个用于解密。
另外，数字签名技术也是密码编码学的重要应用之一，它可以验证数据的完整性和真实性，避免数据被篡改。
除了加密通信和数字签名，密码编码学在认证用户和访问控制中也发挥了重要作用。
通过身份验证和访问控制系统，只有经过授权的用户才能获得网络资源的访问权限，从而保证网络的安全性。
然而，密码编码学也面临着一些挑战和风险。
例如，传统的加密算法可能会受到攻击者的破解，还有可能发生密钥泄露等安全问题。
因此，密码编码学需要不断地进行研究和发展，以适应不断变化的网络安全环境。
总之，密码编码学是网络安全中不可或缺的一部分，通过加密通信、数字签名和认证用户等技术，可以保护网络数据的机密性和完整性，确保网络安全的运行。
然而，密码编码学也需要持续的研究和改进，以应对不断变化的网络安全挑战。
密码编码学和网络安全是当今数字化世界中不可或缺的组成部分。
在信息和通信技术的快速发展的背景下，数据的机密性和完整性变得尤为重要。
因此，密码编码学通过各种技术和算法，为网络安全提供了重要支持。
一种常见的密码编码学技术是对称加密，这种加密方式使用相同的密钥来加密和解密数据。
密码编码学与网络安全 向金海 03-分组密码与des
2019/11/25
62
2019/11/25
60
小结
分组密码与流密码 block vs stream ciphers Feistel 密码设计与结构 design & structure
轮数，函数F，密钥扩展
DES
算法细节 密码强度 工作模式
2019/11/25
61
第三章作业
思考题：3.5，3.7，3.8
2019/11/25
39
DES的强度（1）
若k为弱密钥，则有
DESk(DESk(x))=x DESk-1(DESk-1(x))=x 即以k对x加密两次或解密两次都可恢复出明文。其加密运算和解密运
算没有区别。
而对一般密钥只满足
DESk-1(DESk(x))=DESk(DESk-1 (x))=x 弱密钥下使DES在选择明文攻击下的搜索量减半。
公开征求用于电子计算机的加密算法。经评选从一大批算法中采纳 了IBM的LUCIFER方案
标准化：DES算法1975年3月公开发表，1977年1月15日由美国国家标
准局颁布为数据加密标准（Data Encryption Standard），于 1977年7月15日生效
2019/11/25
13
概述
2019/11/25
9
Feistel网络（4）
分组长度 密钥长度 轮数 子密钥生成算法 轮函数F 快速软件加解密 易于分析
2019/11/25
10
§3.2 数据加密标准DES
DES的历史 DES的基本结构 DES核心构件的细节描述 DES轮密钥的生成 DES的安全性分析
特点 错误传播
密码编码学与网络安全(第五版) 向金海 02-古典密码算法-文档资料
I
J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C
*
21
恺撒密码 - 解密
方式一：公式计算
密文C ＝ c1c2…cn 解码得明文： P ＝ p1p2…pn
（加密）运算：Pi ＝ ci - k （mod 26）, i＝1,2,…,n
*
22
恺撒密码-解密
方式二：查表（例k=3）
算法是基于密钥的：通信双方必须在某种安 全形式下获得密钥并必须保证密钥的安全
*
8
密码分析学
Cryptanalysis
密码破译
攻击的一般方法
密码分析学： cryptanalytic attack
穷举攻击： brute-force attack
*
9
基于密码分析的攻击
Cryptanalytic Attacks
*
27
单表代替密码分析
不是简单有序地字母移位 任意地打乱字母的顺序 每个明文字母映射到一个不同的随机密文 字母 密钥数目： 26！
*
28
单表代替密码分析
密钥空间： 26! ＞ 4 x 1026
貌似安全，实则不然
语言特性
*
29
语言的冗余与密码分析
人类的语言是有冗余的 字母的使用频率是不同的 在英语中E使用的频率最高 有些字母使用较少 单字母、双字母、三字母组合统计
恺撒密码的密码分析
共有密钥25个 可简单地依次去测试 、强力搜索、穷举攻击 基于字母频率的破译方法 所破译的明文需要识别
网络安全-03：分组密码与数据加密标准
2011-6-3
河北科技大学信息学院
29
§3.5 差分分析和线性分析
差分密码分析 线性密码分析
2011-6-3
河北科技大学信息学院
30
差分密码分析
2011-6-3
河北科技大学信息学院
31
2011-6-3
河北科技大学信息学院
32
线性密码分析
通过寻找DES变换的线性近似来攻击 。 通过寻找 变换的线性近似来攻击
2011-6-3
河北科技大学信息学院
4
两个基本设计方法
混乱（ 混乱（confusion）：明文的统计特征消散在密 ） 文中，使得明文和密文之间的统计关系尽量复杂。 明文和密文之间的统计关系尽量复杂 文中，使得明文和密文之间的统计关系尽量复杂。 扩散（ 扩散（diffusion）：是使得一位明文的变化影响 ） 到尽可能多位数上的密文
2011-6-3
河北科技大学信息学院
36
DES的工作模式（ 3.6） DES的工作模式（表3.6） 的工作模式
模式 电码本（ECB） 电码本（ECB） 密码分组链接（CBC） 密码分组链接（CBC） 密码反馈（CFB） 密码反馈（CFB） 输出反馈（OFB） 输出反馈（OFB） 计数器（CTR） 计数器（CTR） 描述 典型应用 单个数据的安全传输 普通目的的面向分组的传输； 认证 普通目的的面向分组的传输； 认证 噪声信道上的数据流的传输 普通目的的面向分组的传输； 用于高速需求
Shannon称之为理想密码系统中，密文的所有统计特性都与所使用的密钥独立 称之为理想密码系统中， 称之为理想密码系统中
2011-6-3 河北科技大学信息学院 5
Feistel 密码结构
分组长度 密钥长度 轮数 子密钥生成算法 轮函数 快速软件加解密 易于分析
密码编码学与网络安全 向金海 06-公钥密码学与rsa
2021/4/2
华中农业大学信息学院
26
幂运算
c = 0; f = 1 for i = k downto 0
do c = 2 x c f = (f x f) mod n
if bi == 1 then c=c+1 f = (f x a) mod n
return f
2021/4/2
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29
解密的效率
解密计算d次方幂
看起来很大，否则不安全
用中国剩余定理分别计算mod p和mod q， 则可以得到所希望的答案
比直接快约4倍
只有知道p和q及私钥的接收者可以直接采 用这个技术进行计算
2021/4/2
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30
RSA 密钥的产生
RSA的用户必须:
为了解密密文C，接收者:
使用自己的私钥 PR = { d, n } 计算: M = Cd mod n
消息M一定要比模数 n小 (如果需要的话， 可以进行分组)
2021/4/2
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RSA的工作原理
Euler定理:
aø(n) mod n ≡ 1 其中(a, n) = 1
2021/4/2
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23
RSA 举例 – 密钥的建立
1. 选择素数: p = 17 & q = 11 2. 计算 n = p q =17 x 11 = 187 3. 计算 ø(n) = (p–1) (q-1) = 16 x 10 = 160 4. 选择 e: gcd(e, 160) = 1; 选择 e = 7 5. 确定 d: d e = 1 mod 160 且 d < 160
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将一个明文组作为整体加密且通常得到的是与 之等长的密文组
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流密码模型
b位
明文
密钥K
加密算法
密文
b位
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5
分组密码的一般设计原理：
分组密码是将明文消息编码表示后的数字（简称明 文数字）序列，划分成长度为n的组（可看成长度 为n的矢量），每组分别在密钥的控制下变换成等 长的输出数字（简称密文数字）序列
Chapter 3 分组密码与数据加密标准
Playfair、hill、 Vigenère的密钥空间？ 单表和多表的区别？
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本节课程内容
分组密码一般原理、设计准则、设计方法 DES加解密算法 DES的强度
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3
§3.1 分组密码原理
流密码
每次加密数据流的一位或一个字节
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Electronic Codebook Book (ECB)
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摘自：NIST Special Publication 800-38A 2019 Edition
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密码分组链接模式
工作模式
加密 解密
应用
加密长度大于64位的明文P 认证
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DES第i轮迭代加密
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F函数
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22
扩展E置换（E-盒）
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23
S盒（1）
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S盒（2）
S-盒是DES加密算法的唯一非线性部件
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25
S盒（3） S-盒
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26
S盒（4） S-盒的查表操作
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11
数据加密标准 (DES) 第一个并且是最重要的现代分组密码算法
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12
历史
发明人：美国IBM公司 W. Tuchman 和 C. Meyer
1971-1972年研制成功
基础：1967年美国Horst Feistel提出的理论 产生：美国国家标准局（NBS)1973年5月到1974年8月两次发布通告，
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P置换
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29
P置换
直接P置换（P-盒）
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30
F函数
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31
DES第i轮迭代加密
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2019/9/30
33
子密钥产生器
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密钥（64 bit ）
除去第8,16, ,64位(8个校验位)
置换选择1，PC1
3
02 01 14 07 04 10 08 13 15 12 09 00 03 05 06 11
输入 b110120 1
输出 10012
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S盒（5）
Note
DES中其它算法都是线性的，而S-盒运算 则是非线性的
提供了密码算法所必须的混乱作用 S-盒不易于分析，它提供了更好的安全性 S-盒的设计未公开
Ci(28 bit)
Di(28 bit)
循环左移
循环左移
置换选择2，PC2 ki
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置换选择1
（舍弃了奇偶校验位，即第8，16，…，64位） 循环左移的次数
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压缩置换2
舍弃了第9,18,22,25,35,38,43,54比特位
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DES加解密的数学表达
特点 错误传播
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Cipher Block Chaining (CBC)
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摘自：NIST Special Publication 800-38A 2019 Edition
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密码反馈模式
工作模式
加密 解密
应用
保密：加密长度大于64位的明文P；分组随意；可作为 流密码使用。
算没有区别。
而对一般密钥只满足
DESk-1(DESk(x))=DESk(DESk-1 (x))=x 弱密钥下使DES在选择明文攻击下的搜索量减半。
如果随机地选择密钥，则在总数256个密钥中，弱密钥所占比例极小， 而且稍加注意就不难避开。
因此，弱密钥的存在不会危及DES的安全性。
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弱密钥和半弱密钥
DES算法在每次迭代时都有一个子密钥供加密用。 如果给定初始密钥k，各轮的子密钥都相同，即有 k1=k2= … =k16，就称给定密钥k为弱密钥(Weak key)
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DES的强度（1）
若k为弱密钥，则有
DESk(DESk(x))=x DESk-1(DESk-1(x))=x 即以k对x加密两次或解密两次都可恢复出明文。其加密运算和解密运
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输出反馈模式
工作模式
加密 解密
应用 特点
缺点：抗消息流篡改攻击的能力不如CFB。
错误传播
不传播
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Output FeedBack (OFB)
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摘自：NIST Special Publication 800-38A 2019 Edition
公开征求用于电子计算机的加密算法。经评选从一大批算法中采纳 了IBM的LUCIFER方案
标准化：DES算法1975年3月公开发表，1977年1月15日由美国国家标
准局颁布为数据加密标准（Data Encryption Standard），于 1977年7月15日生效
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概述
DES是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。
16
初 始 置 换 和 初 始 逆 置 换
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初始置换和初始逆置换
DES中的初始置换和初始逆置换
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Note
初始置换与初始逆置换是互逆的
严格而言不具有加密的意义
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DES的十六轮迭代加密
十
六
轮第
迭i
代轮
Round i
加加
密密
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S8
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15
0
13 02 08 04 06 15 11 01 10 09 03 14 05 00 12 07
1
01 15 13 08 10 03 07 04 12 05 06 11 00 14 09 02
2
07 11 04 01 09 12 14 02 00 06 10 13 15 03 05 08
Ri-1Li
i=1,...,16 (3)
Li-1Rif(Li-1, ki)
i=1,...,16 (4)
<64 bit明文>IP-1 (R0L0)
(3)(4)运算进行16次后就得到明文组。
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§3.3 DES的强度
安全性
DES的安全性完全依赖于所用的密钥。 从DES诞 生起，对它的安全性就有激烈的争论，一直延续 到现在
理想分组密码体制
2n!个映射 大规模
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Feistel网络（1）
Feistel网络的设计动机
密钥长为k位，分组长为n位，采用2k个变换
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Feistel网络（2）
一个分组密码是一种映射：F2nF2t F2m
记为E(X,K) 或E k(X )X , F 2 n ,K F 2 t, F 2 n称为明文空
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计数器模式
工作模式
加密： 给定计数器初值IV，则 C j P j E KIV j 1j=1,2,…,N
解密
特点
P j C j E K IV j 1
优点
硬件效率：可并行处理；
软件效率：并行化；
预处理；
随机访问：比链接模式好；
差分密码分析
通过分析明文对的差值对密文对的差值的影响来 恢复某些密文比特
线性密码分析
通过寻找DES变换的线性近似来攻击
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§3.4 分组密码的工作模式
FIPS 81中定义了4种模式，到800-38A中将其 扩展为5个。
可用于所有分组密码。 DES的工作模式
认证：
特点
分组任意
安全性优于ECB模式
加、解密都使用加密运算（不用解密运算）
错误传播
有误码传播，设 Pt…,Pt+r。
r
64 s
，则错误的Ct会影响到
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Cipher FeedBack (CFB)
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摘自：NIST Special Publication 800-38A 2019 Edition
普通目的的面向分组的传输； 用于高速需求
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电码本模式ECB
工作模式
加密：Cj=Ek(Pj),(j=1,2,…,n) 解密：Pj=Dk(Cj)