第2章密码学基础PPT课件
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❖用公钥KP对明文加密可表示为：EKP(M)=C ❖用相应的私钥KS对密文解密可表示为：DKS(C)=M
密码系统的分类(2)
❖ 根据明文和密文的处理方式分类
分组密码体制（Block Cipher）
❖设M为明文，分组密码将M划分为一系列明文块Mi，通 常 钥每Ke块进包行含加若密干。字符，并且对每一块Mi都用同一个密
国通信中使用广泛，且在破译密钥后 帮助破解德国信号。
密码学的发展历史(5)
❖ 1949年香农发表了一篇题为《保密系统的通信理论》 的著名论文，奠定了密码学的理论基础。
❖ 1976年，美国密码学家W.Diffie和M.Hellman在一篇 题为《密码学的新方向》一文中提出，不仅加密算 法本身可以公开，甚至加密用的密钥也可以公开。
第2章 密码学基础
主要内容
❖ 密码学的发展历史 ❖ 密码学的基本概念 ❖ 密码系统的分类 ❖ 密码分析 ❖ 经典密码学
密码学的发展历史(1)
❖ 自人类社会出现战争便产生了密码
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm 的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元 前17世纪。表面有明显字间空格的字 母，至今还没有破解。
❖M=(M1, M2,… ,Mn) ，C=(C1, C2 , … ,Cn,)，其中 Ci=E(Mi,Ke)， i=1,2…,n。
序列密码体制（Stream Cipher）
❖将明文和密钥都划分为位(bit)或字符的序列，并且对 明文序列中的每一位或字符都用密钥序列中对应的分 量来加密。
❖M=(M1, M2,… ,Mn) ， Ke=(ke1, ke2,…,ken)，C=(C1, C2,…,Cn)，其中Ci=E(mi,kei) ，i=1,2,…,n。
❖ 1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES
❖ 2001年11月26日，正式颁布AES为美国国家标准。
密码学的基本概念(1)
❖ 密码学是关于加密和解密变换的一门科学， 是保护数据和信息的有力武器。
密码学的基本概念(2)
❖ 密码学(Cryptology)：研究信息系统安全保 密的科学。它包含两个分支
被动攻击(Passive attack)：对一个保密系统采取截获 密文进行分析的攻击。
主动攻击(Active attack)：非法入侵者(Tamper)、攻 击者(Attcker)或黑客(Hacker)主动向系统窜扰，采用删 除、增添、重放、伪造等窜改手段向系统注入假消息， 达到利已害人的目的。
信息加密传输的过程
密码系统的分类(1)
❖ 根据密钥的使用方式分类
对称密码体制（秘密钥密码体制）
❖用于加密数据的密钥和用于解密数据的密钥相同，或 者二者之间存在着某种明确的数学关系。
❖加密：EK(M)=C ❖解密：DK(C)=M
非对称密码体制（公钥密码体制）
❖用于加密的密钥与用于解密的密钥是不同的，而且从 加密的密钥无法推导出解密的密钥。
❖ 例如，加密算法为Y=aX+b，其中，X为明文，计算 后Y成为密文。在具体加密过程中，a、b的取值为 密钥，假设为（2，3），明文为2，则密文计算后 为7。在这个过程中，Y=aX+b可以公开，但具体 a=2，b=3的取值不公开。所以即使对方知道了采用 的加密算法，由于不知道具体参数取值，也无法根 据密文计算出明文。
密码系统的分类(3)
❖ 根据加密算法是否变化分类
设E为加密算法，K0, K1,…,Kn,为密钥， M0,M1,…,Mn为明文，C为密文
固定算法密码体制
❖C0=E(M0,K0), C1=E(M1,K1),..., Cn=E(Mn,Kn)
变化算法密码体制
❖C0=E1 (M0,K0), C1=E2 (M1,K1),..., Cn=En (Mn,Kn)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
转轮密码机ENIGMA，由Arthur Scherbius于1919年发明，面板 前有灯泡和插接板；4轮 ENIGMA在1942年装备德国海军， 英国从1942年2月到12月都没能 解读德国潜艇的信号。
英国的TYPEX打字密码机，是德国3 轮ENIGMA的改进型密码机。它在英
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
二战中美国陆军和海军使用的条形密 码设备M-138-T4。
Kryha密码机大约在1926年由 Alexander vo Kryha发明。这是 一个多表加密设备，密钥长度为 442，周期固定。一个由数量不 等的齿的轮子引导密文轮不规则 运动。
密码学的发展历史(ຫໍສະໝຸດ Baidu)
用户A
用户B
传送给B的信息 明文 加密算法
密文
网络信道
B收到信息 解密算法 明文
加密密钥K1
解密密钥K2
C窃听到的信息!@#$%^
窃听者C
注意
❖ 数据安全基于密钥而不是算法的保密。也就是说， 对于一个密码体制，其算法是可以公开的，让所有 人来使用、研究。但具体对于某次加密过程中所使 用的密钥，则是保密的。
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。
密码学的基本概念(3)
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。 密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密码 变换成的一种隐蔽形式。 加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。 解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复出 原明文的过程。
密码学的基本概念(4)
加密算法(Encryption algorithm)：密码员对明文进行 加密时所采用的一组规则。
解密算法：接收者对密文进行解密时所采用的一组规 则。
密钥(Key)：控制加密和解密算法操作的数据处理，分 别称作加密密钥和解密密钥。
密码学的基本概念(5)
密码分析(Cryptanalysis)：截收者试图通过分析从截 获的密文推断出原来的明文或密钥。
❖ Julius Caesar发明了凯撒密码
密码学的发展历史(2)
❖ 1834年，伦敦大学的实验物理学教授惠斯顿 发明了电机，这是通信向机械化、电气化跃 进的开始。
❖ 1920年，美国电报电话公司的弗纳姆发明了 弗纳姆密码。其原理是利用电传打字机的五 单位码与密钥字母进行模2相加。
密码学的发展历史(3)
密码系统的分类(2)
❖ 根据明文和密文的处理方式分类
分组密码体制（Block Cipher）
❖设M为明文，分组密码将M划分为一系列明文块Mi，通 常 钥每Ke块进包行含加若密干。字符，并且对每一块Mi都用同一个密
国通信中使用广泛，且在破译密钥后 帮助破解德国信号。
密码学的发展历史(5)
❖ 1949年香农发表了一篇题为《保密系统的通信理论》 的著名论文，奠定了密码学的理论基础。
❖ 1976年，美国密码学家W.Diffie和M.Hellman在一篇 题为《密码学的新方向》一文中提出，不仅加密算 法本身可以公开，甚至加密用的密钥也可以公开。
第2章 密码学基础
主要内容
❖ 密码学的发展历史 ❖ 密码学的基本概念 ❖ 密码系统的分类 ❖ 密码分析 ❖ 经典密码学
密码学的发展历史(1)
❖ 自人类社会出现战争便产生了密码
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm 的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元 前17世纪。表面有明显字间空格的字 母，至今还没有破解。
❖M=(M1, M2,… ,Mn) ，C=(C1, C2 , … ,Cn,)，其中 Ci=E(Mi,Ke)， i=1,2…,n。
序列密码体制（Stream Cipher）
❖将明文和密钥都划分为位(bit)或字符的序列，并且对 明文序列中的每一位或字符都用密钥序列中对应的分 量来加密。
❖M=(M1, M2,… ,Mn) ， Ke=(ke1, ke2,…,ken)，C=(C1, C2,…,Cn)，其中Ci=E(mi,kei) ，i=1,2,…,n。
❖ 1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES
❖ 2001年11月26日，正式颁布AES为美国国家标准。
密码学的基本概念(1)
❖ 密码学是关于加密和解密变换的一门科学， 是保护数据和信息的有力武器。
密码学的基本概念(2)
❖ 密码学(Cryptology)：研究信息系统安全保 密的科学。它包含两个分支
被动攻击(Passive attack)：对一个保密系统采取截获 密文进行分析的攻击。
主动攻击(Active attack)：非法入侵者(Tamper)、攻 击者(Attcker)或黑客(Hacker)主动向系统窜扰，采用删 除、增添、重放、伪造等窜改手段向系统注入假消息， 达到利已害人的目的。
信息加密传输的过程
密码系统的分类(1)
❖ 根据密钥的使用方式分类
对称密码体制（秘密钥密码体制）
❖用于加密数据的密钥和用于解密数据的密钥相同，或 者二者之间存在着某种明确的数学关系。
❖加密：EK(M)=C ❖解密：DK(C)=M
非对称密码体制（公钥密码体制）
❖用于加密的密钥与用于解密的密钥是不同的，而且从 加密的密钥无法推导出解密的密钥。
❖ 例如，加密算法为Y=aX+b，其中，X为明文，计算 后Y成为密文。在具体加密过程中，a、b的取值为 密钥，假设为（2，3），明文为2，则密文计算后 为7。在这个过程中，Y=aX+b可以公开，但具体 a=2，b=3的取值不公开。所以即使对方知道了采用 的加密算法，由于不知道具体参数取值，也无法根 据密文计算出明文。
密码系统的分类(3)
❖ 根据加密算法是否变化分类
设E为加密算法，K0, K1,…,Kn,为密钥， M0,M1,…,Mn为明文，C为密文
固定算法密码体制
❖C0=E(M0,K0), C1=E(M1,K1),..., Cn=E(Mn,Kn)
变化算法密码体制
❖C0=E1 (M0,K0), C1=E2 (M1,K1),..., Cn=En (Mn,Kn)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
转轮密码机ENIGMA，由Arthur Scherbius于1919年发明，面板 前有灯泡和插接板；4轮 ENIGMA在1942年装备德国海军， 英国从1942年2月到12月都没能 解读德国潜艇的信号。
英国的TYPEX打字密码机，是德国3 轮ENIGMA的改进型密码机。它在英
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
二战中美国陆军和海军使用的条形密 码设备M-138-T4。
Kryha密码机大约在1926年由 Alexander vo Kryha发明。这是 一个多表加密设备，密钥长度为 442，周期固定。一个由数量不 等的齿的轮子引导密文轮不规则 运动。
密码学的发展历史(ຫໍສະໝຸດ Baidu)
用户A
用户B
传送给B的信息 明文 加密算法
密文
网络信道
B收到信息 解密算法 明文
加密密钥K1
解密密钥K2
C窃听到的信息!@#$%^
窃听者C
注意
❖ 数据安全基于密钥而不是算法的保密。也就是说， 对于一个密码体制，其算法是可以公开的，让所有 人来使用、研究。但具体对于某次加密过程中所使 用的密钥，则是保密的。
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。
密码学的基本概念(3)
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。 密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密码 变换成的一种隐蔽形式。 加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。 解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复出 原明文的过程。
密码学的基本概念(4)
加密算法(Encryption algorithm)：密码员对明文进行 加密时所采用的一组规则。
解密算法：接收者对密文进行解密时所采用的一组规 则。
密钥(Key)：控制加密和解密算法操作的数据处理，分 别称作加密密钥和解密密钥。
密码学的基本概念(5)
密码分析(Cryptanalysis)：截收者试图通过分析从截 获的密文推断出原来的明文或密钥。
❖ Julius Caesar发明了凯撒密码
密码学的发展历史(2)
❖ 1834年，伦敦大学的实验物理学教授惠斯顿 发明了电机，这是通信向机械化、电气化跃 进的开始。
❖ 1920年，美国电报电话公司的弗纳姆发明了 弗纳姆密码。其原理是利用电传打字机的五 单位码与密钥字母进行模2相加。
密码学的发展历史(3)