第3章 密码学基础

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1、信息安全导论•牛少彰编著•国防工业出版社信息安全导论•第1章信息安全概述•第2章网络攻击与安全防范•第3章密码学基础•第4章认证技术与PKI•第5章信息隐藏技术•第6章访问控制与防火墙•第7章入侵检测技术•第8章防病毒技术•第9章安全扫描技术•第10章系统安全•第11章信息安全风险评估•第12章信息安全管理第3章密码学基础•本章提示¾3.1密码学概述¾323.2对称密码体制¾3.3非对称密码体制¾343.4密钥管理技术第三章密码学基础•密码学，是结合数学、计算机科学、电子与通讯等诸多学科于一体的交叉学科，是研究信息系统安全保密的一门科学。•密码学主要包括密码编码学和密码分析学两个

2、分支，其中密码编码学的主要目的是寻求保证信息保密性或认证性的方法，密码分析学的主要目的是研究加密消息的破译或消息的伪造。3.1密码学概述•本节提示¾3.1.1密码技术发展概述¾3123.1.2密码技术的应用¾3.1.3密码体制3.1.1密码技术发展概述•密码技术的发展大致可划分为以下三个阶段：¾第一个阶段为古典密码时期。利用纸、笔或者简单器械手工实现的替代及换位。¾第二个阶段为近代密码时期。利用手工或电动机械实现的复杂的替代及换位，常用的通信手段是电报通信。¾第三个阶段为现代密码时期。分组密码、序列密码以及公开密钥密码，有坚实的数学理论基础，常用的通信手段有无线通信、有线通信、计

3、算网络等。3.1.2密码技术的应用•随着科学技术的发展和信息保密的需求，密码技术的应用将融入到人们的日常生活中。•如在生活中，为防止别人查阅你的文件，可将文件加密；为防止窃取你的钱财，可在银行账户上设置密码等。3.1.2密码技术的应用（续）•密码技术不仅用于对网上传送数据的加解密，也用于认证、数字签名、完整性、SET（安全电子交易）、S/MIME（安全电子邮件）等安全通信标准和IPsec安全协议中，密码技术是网络安全的基础。具体如下：¾利用密码技术加密信息¾采用密码技术对发送信息进行验证¾数字签名¾身份识别3.1.3密码体制•密码学中有两种常见的密码体制：一种是对称密码体制，也叫

4、单钥密码体制，另一种是非对称密码体制，也叫公钥密码体制。•对称密码体制是指如果一个加密系统的加密密钥和解密密钥相同，或者虽然不相同，但是由其中的任意一个可以很容易地推导出另一个，即密钥是双方共享的,则该系统所采用的就是对称密码体制。•非对称密码体制是指一个加密系统的加密密钥和解密密钥是不一样的，或者说不能由一个推导出另一个。其中一个称为公钥用于加密，是公开的，另一个称为私钥用于解密，是保密的。3.1.3密码体制——对称密码体制密钥K用户A信息M对称密码算法密文C信息M对称密码算法密文C网络用户B密钥KK•在对称密钥加密中，加密函数为，其输入为密钥和明文，输出为密文，即：C=E(M

5、)K•使用解密函数和相应的密钥对密文进行解密，从而显示原始的明文信息，即：M=D(C)K3.1.3密码体制——非对称密码体制B的公钥用户A信息M非对称密码算法密文C信息M非对称密码算法密文C网络用户BB的私钥K•在非对称密钥加密中，加密函数为，其输入为密钥和明文，输出为密文，即：M=DK(C)1•使用解密函数和相应的密钥对密文进行解密，M=D(C)从而显示原始的明文信息，即：K23.2对称密码体制•本节提示¾3.2.1古典密码¾3223.2.2分组密码算法¾3.2.3分组密码分析方法¾3243.2.4流密码技术3.2.1古典密码•古典密码是密码学的渊源。历史上曾经被广泛使用的的各

6、种古典密码大多都比较简单，可用手工和机械操作来实现加解密，现在已很少采用了。•为了帮助读者建立一个初步的认识，下面介绍几种常见的、具有代表性的古典密码：名词解释1.明文（plaintext)未加密的信息。2.密文（ciphertext)已加密的信息。3.密钥（k)key)控制密码变换操作的符号序列，是保密的核心。4.加密（encryption）将明文变换成密文的过程。5.解密（decryption）将密文变换成明文的过程。6.密码算法（cipheralgorithm)密码算法是一些公式、法则或程序，是加密算法和解密算法的统称,是密码系统的核心。3.2.1古典密码——代换密码•令Θ

7、表示明文字母表，内有q个“字母”或“字符”，可以将Θ抽象地表示为一个整数集Z={0,1,L,q−1}q•在加密时通常将明文消息划分成长为L的消息单元，称为明文组，以m表示，如m=(m,m,L,m),m∈Z,0≤l≤L−101L−1lqL•m也称作L－报文，它可以看作是定义在Z上的随q机变量L(){}Z=Z×Z×L×Z(L个)={m=(m,m,L,m)m∈Z,0≤l≤L−1}qqqq01L−1lN•L＝1为单字母报（1－gram），L＝2为双字母报（digrams），L＝3为三字母