00密码学概述

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密码分析方法—穷举破 译法
对截收的密报依次用各种可解的密钥试译，直到 得到有意义的明文；
或在不变密钥下，对所有可能的明文加密直到得 到与截获密报一致为止，此法又称为完全试凑法 (Complete trial-and-error Method)。
只要有足够多的计算时间和存储容量，原则上穷 举法总是可以成功的。但实际中，任何一种能保障安 全要求的实用密码都会设计得使这一方法在实际上是 不可行的。
过程。 加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加密操作的人员。
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几个概念（二）
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。
接收者(Receiver)：传送消息的预定对象。 解密算法：接收者对密文进行解密时所采用的一组规
由通信的另一方发出的。 一个消息被接收后，发出者能够证明这一消息的确
已被通信的另一方接收了。
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5. 访问控制
访问控制的目标是防止对网络资源的非授权访问， 控制的实现方式是认证，即检查欲访问某一资源的 用户是否具有访问权。
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信息安全模型
可信赖的第三方 （例如：仲裁者、秘密信息分布者）
消息 秘密信息
每个用户都有一对选定的密钥(公钥k1；私钥k2)，公开的密 钥k1可以像电话号码一样进行注册公布。
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公钥体制的主要特点
加密和解密能力分开 可以实现多个用户加密的消息只能由一个用
户解读（用于公共网络中实现保密通信） 可以实现只能由一个用户加密消息而使多个
用户可以解读（可用于认证系统中对消息进 行数字签字）。 无需事先分配密钥。
① 中断：是对系统的可用性进行攻击，如破坏计算 机硬件、网络或文件管理系统。
② 篡改：是对系统的完整性进行攻击，如修改数据 文件中的数据、替换某一程序使其执行不同的功 能、修改网络中传送的消息内容等。
③ 伪造：是对系统的真实性进行攻击。如在网络中 插入伪造的消息或在文件中插入伪造的记录。
抗击主动攻击的主要途径是检测，以及对此攻击 造成的破坏进行恢复。
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2. 认证业务
用于保证通信的真实性。 在单向通信的情况下，认证业务的功能是使接收者
相信消息确实是由它自己所声称的那个信源发出的。 在双向通信的情况下，例如计算机终端和主机的连
接，在连接开始时，认证服务则使通信双方都相信 对方是真实的（即的确是它所声称的实体）；其次， 认证业务还保证通信双方的通信连接不能被第三方 介入，以假冒其中的一方而进行非授权的传输或接 收。
用户
信道
攻击者
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用户
消息 秘密信息
信息安全模型
通信双方欲传递某个消息，需通过以下方式建立一 个逻辑上的信息通道： 首先在网络中定义从发送方 到接收方的一个路由，然后在该路由上共同执行通 信协议。
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信息安全模型
如果需要保护所传信息以防敌手对其保密性、认证性等 构成的威胁，则需要考虑通信的安全性。安全传输技术 有以下两个基本成分：
密码分析学(Cryptanalytics)，研究分析破译密码的学问。
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几个概念（一）
明文(Plaintext)：将要发送的消息。 密文(Ciphertext)：明文经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
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3. 完整性业务
和保密业务一样，完整性业务也能应用于消息流、 单个消息或一个消息的某一选定域，防止对消息的 篡改。
保证所接收的消息未经复制、插入、篡改、重排或 重放，即保证接收的消息和所发出的消息完全一样。
对已毁坏的数据进行恢复。
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4. 不可否认业务
用于防止通信双方中的某一方对所传输消息的否认。 一个消息发出后，接收者能够证明这一消息的确是
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密码分析方法—分析法
确定性分析法 利用一个或几个已知量(比如，已知密文或明文-密 文对)用数学关系式表示出所求未知量(如密钥等)。 已知量和未知量的关系视加密和解密算法而定，寻求 这种关系是确定性分析法的关键步骤。 统计分析法 利用明文的已知统计规律进行破译的方法。密码破 译者对截收的密文进行统计分析，总结出其间的统计 规律，并与明文的统计规律进行对照比较，从中提取 出明文和密文之间的对应或变换信息。
第〇章 密码学概述
一．信息安全概论 二．密码学基本概念 三．密码体制分类 四．密码分析概述
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一、信息安全概论
信息传送是人类社会的重要的组成部分。
古代：烽烟，信鸽，驿站 现代：电报，电话，互联网
信息在社会中的地位和作用越来越重要，社会的信 息化已成为当今世界发展的潮流和核心。
与此同时信息的安全问题也已成为世人关注的社会 问题。
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ห้องสมุดไป่ตู้
单钥体制
明文
加密器 EK
密文
K
密钥产生器
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解密器 DK
明文
K
单钥体制
单钥体制的加密密钥和解密密钥相同。 采用单钥体制的系统的保密性主要取决于密
钥的保密性，与算法的保密性无关，即由密 文和加解密算法不可能得到明文。换句话说， 算法无需保密，需保密的仅是密钥。 根据单钥密码体制的这种特性，单钥加解密 算法可通过低费用的芯片来实现。 密钥可由发送方产生然后再经一个安全可靠 的途径（如信使递送）30 送至接收方，或由第
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2
信息安全面临的威胁
要了解信息安全，首先应该知道信息安全面临哪些 威胁。
信息安全所面临的威胁来自很多方面，这些威胁可 以分为人为威胁和自然威胁。
我们在这里只讨论人为威胁，也就是对信息的人为 攻击。
人为攻击可分为被动攻击和主动攻击。
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攻击类型分类
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被动攻击
被动攻击即窃听，是对系统的保密性进行攻击， 如搭线窃听、对文件或程序的非法拷贝等，以获 取他人的信息。
系统的保密性不依赖于对加密体制或算法的保密， 而依赖于密钥。这是著名的Kerckhoff原则。
加密和解密算法适用于所有密钥空间中的元素。 系统应当便于实现和使用。
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算法的公开和不公开
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什么是密码？
保险箱密码？ 电子邮箱密码？ Password vs Cipher
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实例：电子邮箱登录
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信息安全业务
安全业务指安全防护措施，有以下5种。
1. 保密业务 2. 认证业务 3. 完整性业务 4. 不可否认业务 5. 访问控制
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1. 保密业务
保护数据以防被动攻击。 保护方式可根据保护范围的大小分为若干级，其中最高级保护
可在一定时间范围内保护两个用户之间传输的所有数据，低级 保护包括对单个消息的保护或对一个消息中某个特定域的保护。 保密业务还包括对业务流实施的保密，防止敌手进行业务流分 析以获得通信的信源、信宿、次数、消息长度和其他信息。
信息安全研究的内容很多，它涉及安全体系结构、安 全协议、密码理论、信息分析、安全监控、应急处理 等，其中密码技术是保障数据安全的关键技术。
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二、密码学基本概念
密码学(Cryptography)：研究信息系统安全保密的科学。它 包含两个分支:
密码编码学(Cryptography)，对信息进行编码实现隐蔽信 息的一门学问
密码分析员(Cryptanalyst)：从事密码分析的人。 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
(Attacker)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。
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。 截收者(Eavesdropper)：在信息传输和处理系统中的非
受权者，通过搭线窃听、电磁窃听、声音窃听等来窃 取机密信息。
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几个概念（三）
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。
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信息安全模型
安全的网络通信必须考虑以下4个方面：
① 加密算法。 ② 用于加密算法的秘密信息。 ③ 秘密信息的分布和共享。 ④ 使用加密算法和秘密信息以获得安全服务所需的协
议。
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信息安全模型
上面介绍了信息安全面临的威胁以及信息安全的一般 模型。
信息安全可分为系统安全（包括操作系统安全、数据 库系统安全等）、数据安全（包括数据的安全存储、 安全传输）和内容安全（包括病毒的防护、不良内容 的过滤等）3个层次，要利用数学、电子、信息、通信、 计算机等诸多学科的最新发展成果。
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密码可能经受的攻击
攻击类型
攻击者拥有的资源
惟密文攻击 加密算法 截获的部分密文
已知明文攻击 加密算法， 截获的部分密文和相应的明文
选择明文攻击 加密算法 加密黑盒子，可加密任意明文得到相应的密文
选择密文攻击 加密算法 解密黑盒子，可解密任意密文得到相应的明文
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无条件安全和计算安全
无条件安全
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保密系统模型
搭线信道 （主动攻击） 非法接入者
c’
搭线信道 （被动攻击）
m'
密码分析员
信源
m
加密器
M
c Ek1 (m)
解密器
m
m Dk2 (c)
接收者
k1
密钥源 K1
密钥信道
k2
密钥源 K2
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保密系统应当满足的要 求
系统即使达不到理论上是不可破的，也应当为实际 上不可破的。就是说，从截获的密文或某些已知明 文密文对，要决定密钥或任意明文在计算上是不可 行的。
问题1：如何保证 密码在传送中的 保密性？
问题2：在邮箱服 务器中怎么保存 密码？
加密/解密算法 杂凑算法(散列算
法)
三、密码体制分类
密码体制有2大类：
单钥体制(One-key system)：
加密密钥和解密密钥相同，或从一个易于得出另一个
双钥体制(Two key system)：
加密密钥和解密密钥不同，或从一个很难得出另一个
被动攻击可分为两类：
第一类是消息内容获取 第二类是业务流分析（获得消息的长度或格式、确定
通信双方的位置和身份以及通信的次数）
被动攻击因不对消息做任何修改，因而是难以检 测的，所以抗击这种攻击的重点在于预防而非检 测。
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主动攻击
这种攻击包括对数据流的篡改或产生某些假的数 据流。主动攻击又可分为以下三个子类：
如果算法产生的密文不能给出唯一决定相应明文的 足够信息，无论截获多少密文，花费多少时间都不能解 密密文。
Shannon指出，仅当密钥至少和明文一样长时达到 无条件安全（即一次一密）
计算安全
破译密文的代价超过被加密信息的价值 破译密文所花时间超过信息的有效期
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总结：密码学概述
信息安全概论 密码学基本概念 密码体制分类 密码分析概述
单钥体制的主要问题
单钥体制主要研究问题： 密钥产生(Key generation)， 密钥管理(Key management)。
分类： 流密码(Stream cipher) 分组密码(Block cipher)
单钥体制不仅可用于数据加密，也可用于消息的认证。
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公钥体制
双钥体制或公钥体制 (Public key system)由 Diffie 和 Hellman 于1976年首先引入的。
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四、密码分析概述
截收者在不知道解密密钥及通信者所采用的加密体 制的细节条件下，对密文进行分析，试图获取机密 信息。研究分析解密规律的科学称作密码分析学。
密码分析在外交、军事、公安、商业等方面都具有 重要作用，也是研究历史、考古、古语言学和古乐 理论的重要手段之一。
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密码分析
密码设计和密码分析是共生的、又是互逆的， 两者密切有关但追求的目标相反。两者解决问 题的途径有很大差别 密码设计是利用数学来构造密码 密码分析除了依靠数学、工程背景、语言学等 知识外，还要靠经验、统计、测试、眼力、直 觉判断能力……，有时还靠点运气。
① 消息的安全传输， 包括对消息的加密和认证。加密的目 的是将消息搞乱以使敌手无法读懂，认证的目的是检查 发送者的身份。
② 通信双方共享的某些秘密信息，如加密密钥。
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信息安全模型
为获得消息的安全传输，可能还需要一个可信的第三方， 其作用可能是负责向通信双方发布秘密信息或者在通信 双方有争议时进行仲裁。