密码学及安全应用2_2
《电子商务安全》第二章 密码技术及应用
2.1.1 对称密码系统 DES
DES（Data Encryption Standard）密码 系统是电子商务系统中最常用的对称密钥加密 技术。
它由IBM公司研制，并被国际标准化组织 ISO认定为数据加密的国际标准。
DES技术采用64位密钥长度，其中8位用 于奇偶校验，剩余的56位可以被用户使用。
公开密钥密码体制最大的特点是采用两个 不同的加密密钥和解密密钥，加密密钥公开， 解密密钥保密，其他人无法从加密密钥和明文 中获得解密密钥的任何消息，于是通信双方无 需交换密钥就可以进行保密通信。
(1) RSA密码系统
1976年，斯坦福大学电子工程系的两名学者Diffle 和Hellman在《密码学研究的新方向》一文中提出了公 钥密码的思想：若用户A有一个加密密钥ka,一个解密密 钥kb， ka,公开而kb保密，要求ka,的公开不至于影响kb 的安全。
1977年，麻省理工学院三位博士Rivest， ShБайду номын сангаасmir 和 Adleman设计一个RSA公开密钥密码算法。RSA密 码算法利用数论领域的一个关键事实：把两个大素数相 乘生成一个合数是件很容易的事，但要把一个大合数分 解为两个素数却十分困难。
公钥密码系统RSA
l）密钥的生成 ①任选两个秘密的大素数 p与q； ②计算n，使得 n=p×q>m，公开n； ③选择正整数e，使得e与ψ(n)=（p-1）（q－1）互素，公开 e，n和e便是用户公钥； ④计算d，使 e×d mod ψ(n) = l ，d保密，d便是用户私钥。
三重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 者192比特（168比特有效）。
计算机安全-密码学(2)
注意：M必须比N小
为什么RSA 可以加解密
因为 Euler 定理的一个推论: Mkø(n)＋1 = M mod N RSA 中: N=p.q ø(N)=(p-1)(q-1) 选择 e & d 使得ed＝1 mod ø(N) 因此 存在k使得e.d=1+k.ø(N) 因此 Cd = (Me)d = M1+k.ø(N) = M mod N
RSA 算法 由Rivest、Shamir和Adleman于 1978年提出。该算法的数学基础 是初等数论中的Euler（欧拉)定 理，并建立在大整数因子的困难 性之上。
公开密钥算法
2 RSA算法简介
1978年，美国麻省理工学院(MIT)的研究小组成员： 李 维 斯 特 (Rivest) 、 沙 米 尔 (Shamir) 、 艾 德 曼 (Adleman)提出了一种基于公钥密码体制的优秀加密 算法——RSA算法。 RSA算法是一种分组密码体制算 法，它的保密强度是建立在具有大素数因子的合数， 其因子分解是困难的。 RSA得到了世界上的最广泛的应用，ISO在1992年颁 布的国际标准X.509中,将RSA算法正式纳入国际标准。 1999年美国参议院已通过了立法，规定电子数字签 名与手写签名的文件、邮件在美国具有同等的法律效 力。
算法
加密/解密
数字签名
密钥交换
RSA
Diffie-Hellman DSA
Y
N N
Y
N Y
Y
Y N
对公钥密码算法的误解
公开密钥算法比对称密钥密码算法更安全？
任何一种算法都依赖于密钥长度、破译密码的工作 量，从抗分析角度，没有一方更优越
公开密钥算法使对称密钥成为过时了的技术？
保密安全与密码技术-2密码学资料
异或运算（不带进位加法）：
明文: 0 0 1 1
加密：
密钥: 0 1 0 1
密文： 0 1 1 0
C=P K
解密：
密文： 0 1 1 0 密钥： 0 1 0 1 明文： 0 0 1 1
P=C K
已知明文、密文，怎样求得密钥？ K=C P 只知道密文，如何求得密文和密钥？
古典密码学－隐写术
定义：将秘密信息隐藏在其余信息中 举例
保密安全与密码技术
第二讲 密码学基础
密码学基础
密码学概论 古典密码学 现代密码学
对称密码学 非对称密码学 单向散列 数字签名 数字信封
电子商务 安全Email
电子政务 信息安全应用
电子支付 安全Web
访问控制 身份认证 入侵检测 PKI/PMI 防病毒 VPN 操作系统安全 数据库安全 黑客入侵与防范 防火墙
第一次作业
分组学习现代密码学的各种密码算法 内容：
对称密码学：IDEA、SDBI、AES、RC5、 CAST-256
非对称：DSA、ECC、D-H 单向散列：SHA1、RIPE-MD
要求：PPT报告，代表讲解，3-5分钟
古典密码学
古典密码学的起源 早期的密码：隐写术 代换密码术 置换密码术 古典密码学的优缺点
对称密码和非对称密码
非对称密码，又称公开密钥密码算法
加开密，和解解密密密使钥用保不密同：的c=密E钥Kp（(mK)p,,
Ks)，把加密密钥公 m=DKs (c)
常用算法：RSA, DSA, 背包算法，ElGamal , 椭圆曲线等Fra bibliotek 优点：
密钥分配：不必保持信道的保密性
信息安全原理和应用第二章 密码学基础
并构造出相应的明文x。
这一切的目的在于破译出密钥或密文
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
内容提要
• 基本概念和术语 • 密码学的历史 • 古典密码
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
密码学的起源和发展-i
模运算-ii
• 类似普通的加法，在模运算中的每个数也存在加法逆 元，或者称为相反数。
• 一个数x的加法逆元y是满足x+y 0 mod q的数。 • 对每一个 wZq ，存在z，使得w+z 0 mod q。 • 在通常的乘法中，每个数存在乘法逆元，或称为倒数。
在模q的运算中，一个数x的乘法逆元y是满足x y 1 mod q 的数。但是并不是所有的数在模q下都存在乘法 逆元。 • 如果(ab)mod q=(ac) mod q， b c mod q， 如果a与q 互素。 • 如果q是一个素数，对每一个 wZq ,都存在z，使得w z 1 mod q，z称作w的乘法逆元w-1。
密码学的目的：A和B两个人在不安全的信道上进行 通信，而攻击者O不能理解他们通信的内容。
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
密码体制
• 密码体制：它是一个五元组（P,C,K,E,D)满足条件：
（1）P是可能明文的有限集；（明文空间）
（2）C是可能密文的有限集；（密文空间）
（3）K是一切可能密钥构成的有限集；（密钥空间）
Twofish, Serpent等出现 2019年Rijndael成为DES的替代者
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电子工业出版社，《信息安全原理与应用》
内容提要
第五讲密码学的数学基础第二部分ppt课件
（4）模的幂、模n逆矩阵、模n平方根 （5）有限域理论
（6）素数判定和因数分解
2013/10/23
1
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
★本讲授课提纲★
（1）有限域及其元素的多项式表示法 （2）有限域GF(pm)上的代数运算
定义2:有限群、无限群、交换群、循环群； 群的阶：一个有限群的元的个数。
定义3 G中元素g的阶为 g m 1的最小正整数m
的值. 定理1 假设G是一个阶为n的乘法群, G中元素g的 阶整除n.
定理2 如果p是素数,则 p 是一个循环群. 定义4如果p是素数,g是 p 中阶为p-1的元,则称g
为模201p3/的10/2本3 原元或生成元. 7
有限域中的每一个元素a，都是模f(x)的一个余数， f(x)为一阶数为m在模p中的不可分解的多项式。所 谓“模p的不可分解的多项式”，意味着f(x)不可分 解为阶数小于m的多项式的乘积。例如 f(x)=x3+x+1在GF(2n)中为不可分解多项式。
2013/10/23
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从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
从使用情况来看，闭胸式的使用比较 广泛。 敞开式 盾构之 中有挤 压式盾 构、全 部敞开 式盾构 ，但在 近些年 的城市 地下工 程施工 中已很 少使用 ，在此 不再说 明。
★本章授课提纲★
（1）整除、素数、最大公约数，欧几里德算法
（2）模运算、同余、乘法逆元素、扩展的欧几里 德算法 （3）中国剩余定理、费马小定理、欧拉定理
密码学在信息安全领域中的应用
密码学在信息安全领域中的应用随着数字化时代的到来，信息安全问题变得越来越重要。
在信息传输和存储过程中，保护数据的机密性和完整性变得至关重要。
密码学作为一种关键技术，发挥着重要的作用。
本文将探讨密码学在信息安全领域中的应用。
密码学是研究密码和编码的科学。
它旨在保护信息的机密性和完整性，以及验证数据的真实性。
密码学涉及多项技术，包括加密和解密算法、数字签名、散列函数和密钥管理等。
以下是密码学在信息安全领域中的几个主要应用方面的描述。
首先，密码学在保护机密信息方面起到了关键作用。
机密信息是指只有特定人员有权访问的信息。
使用加密算法将机密信息转化为密文，以确保不被未授权的人员访问。
只有具有正确密钥的人才能解密并获得原始信息。
这种机制可在保护敏感数据和私人通信中发挥重要作用，确保只有授权人员能够访问和理解信息内容。
其次，密码学还在验证和确保数据完整性方面发挥作用。
数据完整性是指数据在传输和存储过程中不被篡改。
密码学技术使得数据的每个字节都可以被计算签名，以确保数据的完整性。
接收方可以通过验证签名来确定数据是否被篡改。
这对于防止恶意的数据篡改非常重要，尤其是对于金融交易和信息传输等关键领域。
此外，密码学在数字身份验证方面也发挥着重要的作用。
数字身份验证是确认用户身份的过程，以确保信息只被授权个体访问。
密码学技术能够生成数字证书和密码摘要，以验证用户的身份。
数字证书是一种包含个人身份信息及公钥的电子文件，用于证明身份的真实性。
而密码摘要是一种将用户密码转换为固定长度字符串的算法，用于在用户登录时验证其密码。
通过这些技术，密码学确保只有注册用户或经过身份验证的个体能够访问特定的系统或信息资源。
此外，密码学在保护网络通信方面也发挥着关键作用。
在因特网中，数据的传输经常通过开放的网络进行，这就增加了数据被窃听和篡改的风险。
密码学通过在数据传输过程中使用加密算法来确保数据的机密性和完整性。
这些算法通过对数据进行加密和解密来防止窃听者获取和利用敏感信息。
密码学在电子支付安全中的应用
密码学在电子支付安全中的应用随着互联网的普及和电子商务的发展，越来越多的人开始使用电子支付进行购物和转账等交易。
然而，电子支付的安全性一直是人们关注的焦点。
为了保障用户的资金安全，密码学技术在电子支付中得到了广泛应用。
本文将探讨密码学在电子支付安全中的应用。
一、对称加密算法对称加密算法是一种将明文和密钥作为输入，通过加密算法生成密文的方法。
在电子支付中，对称加密算法常被用于对用户的敏感信息进行加密传输。
其中，DES（Data Encryption Standard）算法是应用最为广泛的对称加密算法之一，其通过将明文分块加密，再将密文传输给收款方来确保交易信息的安全。
二、非对称加密算法非对称加密算法是一种使用公钥和私钥进行加密和解密的方法。
公钥是公开的，用于加密明文，而私钥则只能由收款方持有，用于解密密文。
在电子支付过程中，非对称加密算法常被用于验证支付方的身份和进行数字签名。
RSA（Rivest, Shamir, Adleman）算法是应用最为广泛的非对称加密算法之一，其通过生成一对公钥和私钥，来实现对交易信息的加密和身份验证。
三、数字签名数字签名是电子支付中常用的一种技术，用于验证消息的真实性和完整性。
数字签名基于非对称加密算法，支付方使用私钥对交易信息进行加密，生成数字签名，并将其发送给收款方。
收款方收到数字签名后，使用支付方的公钥进行解密和验证，以确认消息的真实性。
数字签名技术可以有效防止支付信息被篡改和伪造。
四、安全散列算法安全散列算法是一种将任意长度的数据映射为固定长度散列值的算法。
在电子支付中，安全散列算法常被用于保护用户的密码和敏感信息。
通过对用户的密码进行散列运算，可以确保即使在数据泄露的情况下，攻击者也无法直接获得用户的原始密码。
MD5（Message Digest Algorithm 5）算法和SHA（Secure Hash Algorithm）算法是常用的安全散列算法，它们被广泛应用于电子支付系统中的用户密码保护。
应用密码学第2章古典密码体制参考答案
第2章 古典密码体制1．当k=5，b=3时，用仿射密码加密这些字符：WO SHI XUESHENG 解：加密公式：c=e(p)=5p+3(mod26)首先转化把这些字母转换成数字：22，14，18，7，8，23，20，4，18，7，4，13，6 然后加密;)26(mod 716231215232514171215219)26(mod 3333333333333613471842023871814225⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡H Q X M P X Z O R M P V G 所以，加密后为：GV PMR OZXPMXQH 。
2．使用Vigenere 方案，给出密文：ZICVTWQNGRZGVTW A VZHCQYGLMGJ ，找出对应下列明文的密钥：W earediscoveredsaveyourself 。
解：明文：W e a r e d i s c o v e r e d s a v e y o u r s e l f 密文：Z ＩC ＶＴＷＱＮＧＲ ＺＧＶＴＷＡＶＺＨ ＣＱ ＹＧＬＭＧＪ 将字幕转化成数字，再计算。
结果密钥为：３ ４ ２ ４ １５ １９ ８ ２１ ４3．分析Vigenere 密码体制的安全性，并编程实现Vigenere 密码算法。
解：Vigenere 密码的强度在于对每个明文字母有多个密文字母对应，因此该字母的频率信息是模糊的。
实际上，维吉尼亚（Vigenere ）密码是一种多表加密算法，在密文的不同位置出现的字符通常不是以同样的方式加密的，但它是一种周期密码，如果两个同样的字符出现的间隔固定，并且为密钥长度的倍数，则它们将以同样的方法进行加密。
应用密码学- 第1,2,3章小结
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第二章 古典密码
• 代替密码 单表代替密码的概念及安全性特点 多表代替密码的概念及安全性特点 • 几个典型的古典密码体制 卡撒密码 维及尼亚密码 维福特密码
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第二章 古典密码
• 单表古典密码的统计分析 原理： 原理：明文的统计规律在密文中能够反映出 故信息泄露大。 来，故信息泄露大。 • 多表古典密码的统计分析 原理：密钥相同时，相同的明文对应相同的 原理：密钥相同时， 密文。 密文。
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• 例4：在英文单表代替中，若限定字母A只能代替 在英文单表代替中，若限定字母A 成B或C，求这样编制的英文单表代替的唯一解码 量。（英文的多余度为3.2比特/字母） 英文的多余度为3 比特/字母）
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作业:在英文单表代替中， 作业:在英文单表代替中，若A、B、C、D中的字母 只能代替成A 只能代替成A或B或C或D。 求这样编制的英文单表代替的唯一解码量。（ 。（英 求这样编制的英文单表代替的唯一解码量。（英 文的多余度为3.2比特 字母） 3.2比特/ 文的多余度为3.2比特/字母）
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第三章 Shannon理论 Shannon理论
联合熵: 联合熵 条件熵: 条件熵
H ( X , Y ) = −∑∑ p ( xi , y j ) log p ( xi , y j ) H ( X | Y ) = −∑∑ p ( xi , y j ) log p ( xi | y j )
i =1 j =1 i =1 j =1 n m n m
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• P28
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对于具有128比特密钥的密码体制 如果明文是 比特密钥的密码体制,如果明文是 例3: 对于具有 比特密钥的密码体制 普通的英语，则平均需要多少个个字母 密文,就 多少个个字母的 普通的英语，则平均需要多少个个字母的密文 就 能将密钥唯一确定？ 能将密钥唯一确定？ (统计结果 普通 统计结果: 统计结果 普通英语的冗余度为3.2比特/字母.)
密码学入门2(玩转你的键盘)
注：依据键盘加密有很多方法
制作者：0风雨中的回忆0
坐标法
加密 ①第一个数字代表横向（X坐标）的位置，第二个数字代表纵向（Y坐标）的位置。 y轴 1QWE RTY UIO P 2ASD FGH JKL 3ZXC VBN M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X轴 ②输入明文：story ③开始加密22 51 91 41 61 ④输出密文：2251914161
制作者：0风雨中的回忆0
键盘密码
密码背景：凡是利用键盘的特性而制作的密码，我们都可以称之为键盘密码。 既然是利用键盘加密的方法，肯定是有了键盘之后才出现的产物，可见其历史并 不久远。常见的分类有计算机的键盘和手机的键盘两种，而这两种又根据具体的 方法可以衍生出层出不穷的加密方法。由于键盘在生活中十分常用，所以使用这 种形式加密的频率十分之高。但是密码有致命弱点就是不安全，隐蔽性不强。
制作者：0风雨中的回忆0
小键盘法
介绍：小键盘的加密方法比较有趣，其应用于手机键盘也同样适用，简单是 一种象形的替换方式。 例如我们加密字母A的序列是1478963456，其实际上就是在小键盘上利用数字 在写字，这种加密十分有趣，但是缺点也很明显：只能加密较短的文字，如果加 密的文字量较大，则加密后的文字量将十分庞大。由于不常使用也就介绍一下一 笔带过了。
制作者：0风雨中的回忆0
顺序法
解密 ①输入密文：12 5 9 4 6 ②对照密码表解密 QWERT YUIO P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A S D F G H J K L Z 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 X C V B N M 21 22 23 24 25 26 得到明文：story ③输出明文：story
应用密码学 (2)
应用密码学
应用密码学是指将密码学的技术和理论应用于现实世界中
的各种应用场景，以保护信息的机密性、完整性和可用性。
应用密码学的目标是设计和实现安全的密码算法、协议和
系统，以应对各种威胁和攻击，并提供可靠的安全性保障。
以下是几个应用密码学的实际应用场景：
1. 网络通信安全：包括安全传输层协议（如SSL/TLS）的
设计和实现，以及保护网络通信中的数据机密性和完整性。
2. 数据库安全：通过加密算法和访问控制机制，保护数据
库中的敏感数据，防止非授权访问和数据泄露。
3. 数字签名和数字证书：用于数据的认证和身份的验证，
确保数据的来源可信，并防止数据被篡改。
4. 移动设备安全：包括移动设备上的数据存储和传输的安
全性，以及移动应用程序的安全设计和开发。
5. 电子支付和电子商务安全：保护在线支付和电子商务交易的安全性，包括支付协议的设计和实现，以及防止欺诈和数据泄露。
应用密码学涉及到密码算法的设计和分析、协议的设计和验证、安全系统的实现和管理等多个领域。
它不仅需要对密码学的基本原理和理论有深入的了解，还需要了解具体应用环境和需求，以进行合适的安全措施的选择和应用。
《应用密码学》 第二讲 古典密码 课件
古典密码（基于字符）的编码方法： 代替（代换）、置换
2020/2/1
一、古典密码
1、代替密码：明文中每一个字符被替换成密文中 的另外一个字符。接收者对密文进行逆替换就恢 复出明文来。在古典密码学中，有四种类型的代 替密码： ①简单代替密码 ②多名码代替密码 ③多字母代替密码 ④多表代替密码
另外，编制古典密码的基本方法对于编制近 代密码仍然有效。 例1：斯巴达人用于加解密的一种军事设备：
情报发送者把一条羊皮螺旋形地缠在一 个锥形棒上 思想：置换
2020/2/1
一、古典密码学
例2：凯撒密码：公元前50年 明文：System models 密文：Vbvwhp prghov 思想：代替
明文： ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
M=INTELLIGENT Ek(M)= DJTSFFDCSJT 思考：解密怎么做？
2020/2/1
一、古典密码学
②加法密码（移位密码） ● M和C是有26个字母的字母表。
K={0,1,2…25}
●定义一个由M到C的映射：Ek:M →C Ek(mi) = (mi+k) mod 26 Dk(ci) =(ci-k) mod 26
cmodn
2020/2/1
剩余类和剩余系
由于同余关系是等价关系, 因此对于给定的任一正整数 n, 利用模n同余这个关系, 可将整数集划分成n个等价 类, 由于它是一些整数除n后的余数形成的, 所以称它是 剩余类或同余类.
定义：设n是一给定的正整数, 若 [r]n := {i}{ ir(mod n) iZ, 0≤r≤n-1}
Ek(mi)=(ami+b) mod 26 Dk(ci)=a-1(ci-b) mod 26
现代密码学02 - 古典密码
映射关系
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频率分析：简单代换密码的终结者 字母出现频率差别很大 频率分布极不均匀
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频率分析：简单代换密码的终结者
字母 出现频率 字母 出现频率
a
0.082
n
0.067
b
0.015
o
0.075
c
0.028
在这种大环境下，阿拉伯世界 成为东西方文明交流的中转站，其 成就对欧洲乃至全世界都产生了巨 大影响。
Abbasid Caliphate (850)
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频率分析：简单代换密码的终结者
频率分析 最早记录于9世纪阿尔.金迪的
革命性著作《关于破译加密信息的手稿》。 这项伟大成就是语言学、统计学和宗教信
仰之间的卓越联合，它在密码学历史上掀起 一场革命。
使用不同的代换表进行加解密。
注意：在维吉尼亚密码中，代换表不再是密钥了。
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维吉尼亚密码
维吉尼亚密码的代换表 如右图
每行都由前一行向左移一位得到。 实际就是26个移位密码的代换表。 具体使用哪一行代换表，是基于 密钥进行的，在代换过程中会不断 变换。
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维吉尼亚密码
明文：ATTACKATDAWN 密钥：LEMON (m=5) •加密
Julius Caesar (100 BC – 44 BC)
a b c d e . . . wx y z DE F GH . . . ZABC
没有密钥，不安全
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移位密码
工作原理 • 加密 : 把明文中每个字母代换为字母表中其后的第k个字母
• 解密 : 与加密相反，把密文中每个字母代换为字母表中其前的第k个字母
二级信息安全考试答案
二级信息安全考试答案一、单项选择题（每题1分，共10分）1. 以下哪项不是信息安全的基本要素？A. 机密性B. 完整性C. 可用性D. 可靠性答案：D2. 信息安全中，以下哪项是保护数据不被未授权访问的措施？A. 加密B. 备份C. 审计D. 冗余答案：A3. 信息安全中，以下哪项是确保数据在传输过程中不被篡改的措施？A. 访问控制B. 数据加密C. 完整性校验D. 身份验证答案：C4. 以下哪项不是常见的信息安全威胁？A. 病毒B. 蠕虫C. 恶意软件D. 网络优化答案：D5. 在信息安全领域，以下哪项是用于防止未授权用户访问网络资源的措施？A. 防火墙B. 入侵检测系统C. 网络隔离D. 网络监控答案：A6. 以下哪项不是信息安全策略的组成部分？A. 物理安全B. 人员安全C. 技术安全D. 法律安全答案：D7. 以下哪项是信息安全中用于检测和响应安全事件的工具？A. 防火墙B. 入侵检测系统C. 病毒扫描程序D. 数据备份工具答案：B8. 以下哪项不是信息安全中的密码学应用？A. 加密B. 数字签名C. 访问控制D. 哈希函数答案：C9. 以下哪项是信息安全中用于保护数据在存储过程中不被未授权访问的措施？A. 加密B. 访问控制C. 审计D. 数据备份答案：A10. 以下哪项是信息安全中用于保护数据在传输过程中不被监听的措施？A. 加密B. 访问控制C. 审计D. 身份验证答案：A二、多项选择题（每题2分，共10分）1. 以下哪些是信息安全的基本目标？A. 机密性B. 完整性C. 可用性D. 可审计性答案：ABCD2. 以下哪些措施可以提高信息安全？A. 定期更新软件B. 使用强密码C. 定期进行安全审计D. 忽视安全警告答案：ABC3. 以下哪些是信息安全中的常见攻击手段？A. 社交工程B. 拒绝服务攻击C. 缓冲区溢出攻击D. 网络钓鱼答案：ABCD4. 以下哪些是信息安全中的身份验证方法？A. 知识因素B. 拥有因素C. 固有因素D. 行为因素答案：ABCD5. 以下哪些是信息安全中的加密技术？A. 对称加密B. 非对称加密C. 哈希函数D. 数字签名答案：ABCD三、判断题（每题1分，共10分）1. 信息安全只涉及技术层面的保护。
《应用密码学》胡向东版习题和思考题答案
第1章绪论1－1为什么会有信息安全问题的出现？答题要点：（1）当今知识经济社会，信息资源是重要的资源形式，大到一个国家、小至某一个人，拥有的信息资源越多、越早获取到信息资源，就在整个国家安全、经济与社会竞争中处于更有利的地位；（2）网络自身的安全缺陷难以堵住安全漏洞；（3）网络的开放性特征为攻击者提供了方便之门；（4）人为因素，包括人的无意失误、黑客攻击、管理不善等。
1－2简述密码学与信息安全的关系。
答题要点：密码技术是实现网络信息安全的核心技术，是保护数据最重要的工具之一。
通过加密变换，将可读的文件变换成不可理解的乱码，从而起到保护信息和数据的作用。
它直接支持机密性、完整性和非否认性。
密码学尽管在网络信息安全中具有举足轻重的作用，但密码学绝不是确保网络信息安全的唯一工具，它也不能解决所有的安全问题。
密码编码与密码分析是一对矛和盾的关系。
1－3简述密码学发展的三个阶段及其主要特点。
答题要点：密码学的发展大致经历了三个阶段：（1）古代加密方法。
特点：作为密码学发展的起始阶段，所用方法简单，体现了后来发展起来的密码学的若干要素，但只能限制在一定范围内使用。
主要基于手工的方式实现。
（2）古典密码。
特点：加密方法一般是文字置换，使用手工或机械变换的方式实现。
古典密码系统已经初步体现出近代密码系统的雏形，它比古代加密方法更复杂，但其变化量仍然比较小。
转轮机的出现是这一阶段的重要标志，传统密码学有了很大的进展，利用机械转轮可以开发出极其复杂的加密系统，缺点是密码周期有限、制造费用高等。
（3）近代密码。
特点：这一阶段密码技术开始形成一门科学，利用电子计算机可以设计出更为复杂的密码系统，密码理论蓬勃发展，密码算法设计与分析互相促进，出现了大量的密码算法和各种攻击方法。
另外，密码使用的范围也在不断扩张，而且出现了以DES为代表的对称密码体制和RSA为代表的非对称密码体制，制定了许多通用的加密标准，促进网络和技术的发展。
胡向东 应用密码学 第2版
胡向东应用密码学第2版应用密码学是密码学的一个重要分支，它以实际应用为目标，研究在计算机和通信领域中加密算法的设计、实现和应用。
《胡向东应用密码学第2版》是一本全面介绍应用密码学的经典著作，本文将对该书的内容进行简要概括和评述。
首先，本书详细介绍了密码学的基本概念和数学基础。
作者以通俗易懂的语言，深入浅出地解释了密码学所涉及的数学原理，如模运算、有限域和布尔代数等。
读者可以通过本书了解到这些数学基础是如何应用于密码学中的加密算法设计和分析的。
其次，本书详细介绍了对称密码和公钥密码两个主要的密码学体系。
对称密码是应用密码学中最基础、应用最广泛的一种密码体系，它的特点是加解密使用同一个密钥。
而公钥密码则采用了公钥和私钥的概念，通过复杂的数学运算使得加密和解密的过程彼此独立。
作者针对这两种密码体系的原理、算法和安全性进行了详细的介绍和解析，为读者全面理解和掌握密码学的基本原理提供了便利。
此外，本书还介绍了密码学应用中的常见技术和实践。
作者通过实际案例和示例，向读者介绍了密码学在网络通信、电子商务、身份认证等方面的应用。
特别是在互联网时代，数据的安全性和隐私保护变得至关重要，而密码学正是保障信息安全的重要工具之一。
本书的案例分析和应用实践部分，为读者展示了密码学在实际应用中的价值和作用，帮助读者更好地理解密码学在现实生活中的应用场景。
总之，《胡向东应用密码学第2版》是一本系统全面地介绍应用密码学的经典著作。
通过本书的学习，读者可以深入了解密码学的原理、算法和应用，并能够在实际场景中灵活运用所学知识，保障信息的安全性。
无论是想深入研究密码学的专业人士，还是对信息安全感兴趣的读者，本书都是一本值得推荐的读物。
密码学在物联网中的应用与安全性分析
密码学在物联网中的应用与安全性分析哎呀，说起密码学在物联网中的应用和安全性，这可真是个既有趣又重要的话题。
先来说说我最近遇到的一件小事儿吧。
前阵子我家新装了一套智能安防系统，什么摄像头啊、门窗传感器啥的，说是能通过手机随时随地监控家里的情况。
我当时觉得可高级了，可没过几天我就有点儿担心起来。
有一天晚上我正准备睡觉，突然想到这系统传输的数据安不安全啊？要是被坏人破解了密码，那不就麻烦大了！这让我一下子就想到了密码学在物联网里的重要性。
咱们先来讲讲物联网是啥。
简单说，物联网就是让各种东西都能联网，互相交流信息。
比如家里的冰箱能告诉你牛奶快没了，洗衣机能自己根据衣服的脏污程度调整洗涤模式。
但这交流的过程中，就得靠密码学来保驾护航。
密码学在物联网里的应用那可不少。
比如说身份验证，就像咱们进家门得用钥匙一样，物联网里的设备要相互通信，也得先证明自己的身份是合法的。
不然随便一个不明来路的家伙混进来，那不乱套啦！还有数据加密，想象一下，你家智能音箱收集了你喜欢的音乐喜好这些数据，如果不加密，被别人随便拿去，那多可怕！再说说安全性这方面。
物联网设备通常计算能力有限，就像小孩子的力气小，搬不动太重的东西。
所以得设计出那种不太复杂但又很安全的加密算法，这可不容易。
而且啊，物联网设备数量又多，管理起来就像一大群调皮的孩子，一个不留神就可能出岔子。
还有个大问题是更新换代。
新的安全威胁不断出现，设备的密码系统就得跟上步伐更新。
可有时候用户嫌麻烦，不愿意更新，这就给坏人留下了可乘之机。
另外，物联网的生态系统太复杂啦，不同厂家、不同设备，标准还不统一。
这就好比一群人说不同的语言，交流起来困难重重，安全性也就难以保障。
那怎么解决这些问题呢？一方面，厂家得负起责任，把安全放在首位，不能只想着卖产品。
要加强研发，提高设备的安全性。
另一方面，咱们用户也得多个心眼，设置强密码，及时更新系统。
总之，密码学在物联网中的应用和安全性可不是小事。
第2讲 密码学及其应用
流密码和块密码
流密码（stream cipher） 优点-转换速度快，低错误扩散率 缺点- 低扩散性 易被恶意插入和篡改
流密码设计要素
• 加密序列应该有一个长周期 （伪随机数生成器使用一个函数产生一个实际上不 断重复的确定比特流） • 密钥流应该尽可能接近真随机数流的性质。 • 为了抵抗穷举攻击，伪随机数生成器的输入密 钥必须足够长。至少128位
• Hash function, MAC
– Map input to short hash; ideally, no collisions – MAC (keyed hash) used for message integrity
• Signature scheme
– Functions to sign data, verify signature
特点：密码本 ,发送者与接收者一样 ,需要无限数量 的密钥.(每次替换都不一样) 长随机数序列 随机数发生器, 不是真正的随机数,实际上是具有 很长周期的序列 弗纳姆密码(Vernam Cipher) 使用任意长的不重复数序列 , 与明文组合在一起 . 电传打字机.只要密钥不重复使用,对破译攻击具 有免疫力.
破解密文的代价超出被加密信息的价值 破解密文需要的时间超出信息的有用寿命。
暴力破解Brute Force Search 穷举搜索密钥的时间
Key Size (bits) 32 56 128 168 26 characters (permutation) Number of Alternative Keys 232 = 4.3 109 256 = 7.2 1016 2128 = 3.4 1038 2168 = 3.7 1050 26! = 4 1026 Time required at 1 decryption/µ s 231 µ s 255 µ s 2127 µ s 2167 µ s = 35.8 minutes = 1142 years = 5.4 1024 years = 5.9 1036 years Time required at 106 decryptions/µ s 2.15 milliseconds 10.01 hours 5.4 1018 years 5.9 1030 years 6.4 106 years
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对称密码系统需要的密钥数
思考：在一个密码系统中，用户通常不止A和B 两个人，有时候有几千人之间要相互发送加密 信息，能否使用对称密钥进行操作呢？
假设A要与两个人（B和C）安全通信，A能否用 同一个密钥处理与B和与C的消息？ 当然，这是不行的，否则怎么保证B不会打开A 给C的信，C不会打开A给B的信？
数字信封（混合密码体制）
数字信封——用一个对称密钥加密明文，而用公 钥密码体制的公钥加密这个对称密钥 这样就既能使加密有很高的效率，又不必担心对 称密钥在传输中被窃取，实现了两全其美的效果 具体是：信息发送方A首先利用随机产生的对称 密钥加密信息，再利用接收方B的公钥加密该对 称密钥，被公钥加密后的对称密钥被称之为数字 信封。
对称密钥加密与公钥加密比较
特征 对称密钥加密 不同 慢 公钥加密
加密/解密所用 相同 的密钥 加密/解密速度 快
得到的密文长 通常等于或小于明 大于明文长度 度 文长度 密钥分配 大问题 没问题 系统所需密钥 大约为参与者的平 等于参与者的个数 总数 方个 主要用于加密/解 用法 主要用于加密会话密钥， 密 数字签名
数字信封的工作过程
发送方A 接收方B ①加密
明 文
对称 密钥 接收方 公钥
密 文
？
密 文
？
②解密 明 文
对称 密钥 ①解密
A的公钥
？ ？
②加密 数字 信封
接收方 私钥
在实际中，公钥密码体制更多的用来加密对称 密码体制的密钥，而不是加密普通的明文信息。 明文信息一般用对称密钥加密。此时对称密钥 也被称为会话密钥该会话密钥需要经常更换。
但要防止接收方的公钥被假冒 即攻击者也生成一对公私钥，然后把自己的公钥 Ku’冒充接收方B的公钥Ku发给发送方，发送方 没有察觉，于是用该假冒的公钥Ku’加密信息， 攻击者就能用其对应的私钥Kr’解密该信息了。
攻击者假冒公钥
①生成公钥KUB和私 钥KRB
③用公钥 KUB’ 加密 的密文
第Ⅱ类生日攻击（基于生日悖论）
生日悖论是指：任意找23个人，则他们中有两 个人生日相同的概率会大于50%，如果有30人， 则此概率大约为70%，这比我们凭感觉认为的 概率要大得多，因此称为生日悖论。 设散列函数H有2m个可能的输出（即输出长为m 比特），如果H的k个随机输入中至少有两个产 生相同输出的概率大于0.5，则k=2m/2。称寻找 函数H的具有相同输出的两个任意输入的攻击方 式为第Ⅱ类生日攻击。
实现不可抵赖性
如果今后发生争议，A也无法否认自己发了消息， 因为B可以拿出加密信息，用A 的公钥解密，从 而证明这个消息是A发来的。
总结：数字签名的作用
消息认证：证实某个消息确实是某用户发 出的。 实现不可抵赖性：消息的发送方不能否认 他曾经发过该消息。 完整性保证：如果消息能够用公钥解密成 功，还可确信消息在传输过程中没有被篡 改过。
目录
2.5公钥密码体制解决的问题
2.6 数字信封
2.7 单向散列函数
不可逆加密体制
不可逆加密体制又称为单向密码体制，它是一 种从明文到密文的不可逆变换， 通常在明文到密文的转换中存在信息的损失， 因此密文无法恢复成明文，实现不可逆密码体 制的方法是通过单向散列函数。 单向散列函数用于某些只需要加密、不需要解 密的特殊场合，例如:
对称密码系统需要的密钥数
因此，A为了和两个人安全通信，必须使用两个 密钥（KAB与KAC），如果B要与C通信，则要另 一个密钥（KBC），因此三方通信的话需要3个 密钥。 对称密码系统有n人需要安全通信时，这n人中 两两之间需要一个密钥，需要的密钥数是： n (n 1) 2 Cn 2 密钥数与参与通信人数的平方成正比
散列函数算法被破解的含义
MD5的散列码长度是128比特，而SHA-1的散列 码长度是160比特。近年来有报道称已可以在24 小时内找到MD5的一个冲突，使得MD5对于不 同的输入有相同的输出结果，因此说MD5算法 已经被破解。 注意：说MD5算法被破解，只是说可以通过密 文找到与明文有相同散列值的一个碰撞，而绝 不是说可以将MD5算法加密的密文还原成明文。
A的公钥是公开的，从而无法实现保密性。
数字签名的基本原理
发送方A 明 文加密 密 文
？
接收方B 密 文
？
解密
明 文
A的私钥
A的公钥
实现消息认证
接收方用A的公钥解密，如果解密成功，则B可 以断定这个消息是A发来的。 因为，用A的私钥加密的信息只能用A的公钥解 密，反过来说，用A的公钥能解密成功就证明消 息一定是用A的私钥加密的。
单向散列函数的性质和种类
提示：强抗冲突性自然包含弱抗冲突性。 第⑤和第⑥个条件给出了散列函数无碰撞性的 概念，如果散列函数对不同的输入可产生相同 的输出，则称该函数具有碰撞性collision。 常见的单向散列函数有MD5和SHA-1，散列函 数的安全性主要来源于它的单向性。
使发送方和攻击者获取密钥的目的不同。
改进第二步：接收方生成公钥
①生成公钥KUB和私钥KRB ③用公钥KUB加密的密文 发送方A ②公钥KUB:明文形式 接收方B 公钥被窃取也不能解密
攻击者
总结
解决密钥分配问题的关键有两点： 第一，线路上传输的必须是公钥； 第二，这个公钥必须是接收方的。
目录
2.5公钥密码体制解决的问题
2.6 数字信封
2.7 单向散列函数
公钥密码体制的优缺点
公钥密码体制存在一个严重的缺点，就是 加、解密速度很慢
例如：512比特模数的RSA算法与DES算法相 比，用软件实现的话RSA大约比DES慢1000倍， 用硬件实现的话RSA大约比DES慢1500倍
公钥密码系统需要的密钥数
采用公钥密码系统，假设A要与n个人进行安全 通信，他只需把他的公钥发布出去 。 也就是说，A与n人之间安全通信，只需要一对 密钥，同样，B与n人之间安全通信，也只需要 一对密钥。 对于公钥密码系统，有n人之间需要相互安全通 信时，只需要n对密钥即可，密钥量大大减少。 这n对密钥中的私钥由用户自己保存，公钥由专 门的公钥管理机构保管和分发。
公钥密码体制解决的问题
密钥分配 密码系统密钥管理问题 数字签名问题
2.5.1 密钥分配
生成密钥K 信息的明文 用密钥 K加密的密文
发送方A
攻击者
明文可能被窃听
接收方B
密文加密后可防止被窃取 信息是否安全了呢
发送方A ②假冒的公钥KUB’ 攻击者 接收方B ④ 窃 取 KUB’ 加密的密文 ①生成公钥KUB’ 和私钥KRB’
公钥的特殊要求
公钥虽然不需要保密，但需要保证其真实性
常用手段：数字证书
本节提纲
密钥分配 密码系统密钥管理问题 数字签名问题
两种系统密钥管理的比较
公钥密码系统所需管理的密钥数（n对）比对称 密码系统所需的密钥数（n2个）大大减少 对称密码系统和公钥密码系统都需要一个密钥 分配中心（KDC）。因此，不要误认为公钥密 码技术使得密钥管理非常简单，事实上，仍需 要一个代理中心。只是它需要管理的密钥可以 大大减少
已知一散列函数H有n个可能的输出，H(x)是一 个特定的输出，如果对H随机取k个输入，则至 少有一个输入y使得H(y)=H(x)的概率为0.5时， k有多大？ 由 (1+x)k≈1+kx ，其中 |x|<<1 ，可得 1-[1-1/n]k≈1[1-k/n]=k/n 若使上述概率等于0.5，则k=n/2。特别地，如 果H的输出为m比特长，即可能的输出个数n=2m， 则k=2m-1
2.7.2 对散列函数的攻击
由于单向散列函数接受的输入长度是任意的， 而它的输出长度是固定值，因此单向散列函数 将带来数据的压缩，单向散列函数肯定会存在 碰撞的可能。 如果用单向散列函数对消息求散列值，是不希 望发生碰撞的，否则攻击者可以把消息修改成 特定的模式，使其和原始消息具有相同的散列 值，而用户却无法通过计算散列值发现数据已 经被修改 因此散列函数又被称为数字指纹，就是说一般 每个不同的消息都有其独特的散列值。
第二章 密码学基础
目录
2.5公钥密码体制解决的问题
2.6 数字信封
2.7 单向散列函数
2.5 公钥密码体制解决的问题
思考
对称密码体制已经能够对信息进行加密， 为什么还需要公钥密码体制呢？ 公钥密码体制仅仅比对称密钥密码体制多用 了一个密钥而已吗，两个密钥好在哪里呢？
两类生日攻击
对单向散列函数的攻击是指找到散列函数对不 同输入的碰撞，这称为生日攻击，它包括两类， 分别对应攻击散列函数的弱抗冲突性和强抗冲 突性 1. 第Ⅰ类生日攻击 2. 第Ⅱ类生日攻击（基于生日悖论）
第Ⅰ类生日攻击
提示：如果A、B双方需要使用公钥加密算法相 互发送加密的信息给对方，则需要两对公/私钥， 即A用B的公钥加密信息发送给B，B用A的公钥 加密信息发送给A。
要防止攻击者假冒公钥
这样，发送方用接收方的公钥加密信息，接收方 用该公钥对应的私钥解密信息，攻击者即使截获 公钥也不能解密信息。
本节提纲
密钥分配 密码系统密钥管理问题 数字签名问题
2.5.3 数字签名问题
公钥密码算法的加密机制是：
如果A是发送方，B是接收方，则A用B的公 钥加密信息，并将其发送给B 下面考虑另外一种机制： 如果A是发送方，B是接收方，则A用A的私 钥加密信息，并将其发送给B
文件完整性保证 口令存储