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1、2002-2003年度北京大学工程硕士研究生课程网络与信息安全网络与信息安全第二讲第二讲密码学基础密码学基础((一一))王昭北京大学计算机系信息安全研究室wangzhao@cs.pku.edu.cn密码从军事走向生活•电子邮件@263.net@x263.net•自动提款机•电话卡:IP卡、201电话卡•银行取钱•信用卡购物基本概念•密码学(Cryptology):是研究信息系统安全保密的科学.¾密码编码学(Cryptography):主要研究对信息进行编码,实现对信息的隐蔽.¾密码分析学(Cryptanalytics):主要研究加密消息的破译或消
2、息的伪造.基本术语•消息被称为明文(Plaintext)。用某种方法伪装消息以隐藏它的内容的过程称为加密(Encrtption)，被加密的消息称为密文(Ciphertext)，而把密文转变为明文的过程称为解密(Decryption)。•对明文进行加密操作的人员称作加密员或密码员(Cryptographer).•密码算法(CryptographyAlgorithm):是用于加密和解密的数学函数。•密码员对明文进行加密操作时所采用的一组规则称作加密算法(EncryptionAlgorithm).•所传送消息的预定对象称为接收者(Receiver).•
3、接收者对密文解密所采用的一组规则称为解密算法(DecryptionAlgorithm).密钥密钥密文明文明文加密算法解密算法加解密过程示意图•加密和解密算法的操作通常都是在一组密钥的控制下进行的,分别称为加密密钥(EncryptionKey)和解密密钥(DecryptionKey).加密通信的模型OscarxyxAlice加密机解密机Bobk安全信道密钥源密码学的目的：Alice和Bob两个人在不安全的信道上进行通信，而破译者Oscar不能理解他们通信的内容。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
4、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）*（4）任意k∈K,有一个加密算法e∈E和相应的解密算k法dk∈D，使得ek:P→C和d:C→P分别为加密解密k函数，满足d(e(x))=x,这里x∈P。kk密码算法分类-i•按照保密的内容分:¾受限制的（restricted)算法:算法的保密性基于保持算法的秘密。¾基于密钥（key-based)的算法:算法的保密性基于对密钥的保密。密码算法分类-ii•基于密钥的算法，按照密钥的特点分类：¾对称密码算法（symmetriccipher)：又称
5、传统密码算法（conventionalcipher)，就是加密密钥和解密密钥相同，或实质上等同，即从一个易于推出另一个。又称秘密密钥算法或单密钥算法。¾非对称密钥算法（asymmetriccipher):加密密钥和解密密钥不相同，从一个很难推出另一个。又称公开密钥算法（public-keycipher)。•公开密钥（publickey):公开密钥算法中的加密密钥，简称公钥。•私人密钥（privatekey):公开密钥算法中的解密密钥，简称私钥。密码算法分类-iii•按照明文的处理方法：¾分组密码（blockcipher):将明文分成固定长度的组，
6、用同一密钥和算法对每一块加密，输出也是固定长度的密文。¾流密码（streamcipher):又称序列密码.序列密码每次加密一位或一字节的明文，也可以称为流密码。序列密码是手工和机械密码时代的主流密码算法分类-iv•对称密钥密码又可分为：¾分组密码每次对一块数据加密多数网络加密应用DES,IDEA,RC6,Rijndael¾流密码每次对一位或一字节加密手机One-timepadding,Vigenére,Vernam密码算法分类-v•公开密钥密码:¾大部分是分组密码，只有概率密码体制属于流密码每次对一块数据加密数字签名,身份认证RSA,ECC,El
7、Gamal加密解密速度慢密码学的起源和发展-i三个阶段：•1949年之前密码学是一门艺术•1949～1975年密码学成为科学•1976年以后密码学的新方向——公钥密码学密码学的起源•隐写术(steganography):通过隐藏消息的存在来保护消息.a.隐形墨水b.字符格式的变化c.图象图像example-i•(象形文字的修改)ModifiedHieroglyphics,c.1900B.C.密码学的第一个例子是对标准书写符号的修改例如:古埃及法老坟墓上的文字思想:代替(substitution)example-ii•SpartanScytale,
8、c.500B.C.斯巴达人用于加解密的一种军事设备发送者把一条羊皮螺旋形地缠在一个圆柱形棒上思想：置换（permutation)exam
