现代网络安全技术李兴无 第3章

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1、第3章密码技术第3章密码技术密码学概述1密码体制2常用加密技术3密钥分配与管理4密码案例—密码的破解与保护5本章学习目标理解密码体制理解常用加密技术掌握密钥分配与管理掌握密码的破解与保护3.1密码学概述从传统意义上来说，密码学主要是研究如何把信息转换成一种隐蔽的方式以防止其他人获得的一门学科。从内容上来看，它是研究编制密码和破译密码的技术科学，是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。从学科分类来看，密码学一般被认为是数学和计算机科学的分支；从内容组成来看，密码学主要由密码编码学和密码分析学组成。密码编码学主要研究把一

2、定的对象、信号通过一些变换规则转换成密码以确保通信安全；密码分析学则主要是研究怎样破译加密信息、分析伪造信息。3.1.1密码概念作为一项传统的信息安全手段，密码技术有着悠久的发展历史。早在公元4000多年前至14世纪，人们就开始采用手工方式作为加密手段；16世纪前后，人们已经广泛地采用了密表和密本作为密码的基本体制；到了20世纪50年代至今，传统密码学发展到了一个新的高度，并在此基础上产生了现代密码学，这一时期出现了两大经典成就，即加密标准DES算法和公开密钥密码体制；近10多年来，随着计算机技术、现代数学以及物理学新成果的融入，使密

3、码学从理论层面到实践技术上都将得到进一步的发展。3.1.2密码的分类密码学从产生到发展至今，种类繁多。按照不同的标准可以分成不同大类。常见的分类法：1.按应用技术或历史发展阶段分类2.按密码体制分类3.按编制原理分类对称式密码，通信双方的加密密钥与解密密钥相同，典型代表如DES算法等。非对称式密码。加密密钥与解密密钥不同，形成一个密钥对，用其中一个密钥加密的结果，可以用另一个密钥来解密，典型代表如RSA等。按该标准可分为移位、代替和置换等种类以及它们的组合形式。手工密码，是指主要用手工的方式或者简单器具辅助来完成加密作业。机械密码，用

4、电动密码机或者机械密码机等机械设施来完成加解密作业。电子机内乱密码，通过电子电路进行逻辑运算来加解密。计算机密码，主要通过计算机程序设计实现加解密，广泛应用于网络通信和数据保护。3.2密码体制密码体制是密码技术中最为核心的一个概念。简单地说，密码体制就是完成加密和解密功能的密码方案。一个密码体制主要包括明文、密文、加密、解密、密钥等几部分组成。其基本含义如下：1.明文，加密前的原始信息，在一些加密模型中常用M表示。2.密文，明文被加密后的信息，在一些加密模型中常用C表示。3.加密，将明文通过数学算法转换成密文的过程，在一些加密模型中常

5、用E表示。4.解密，将密文还原成明文的过程，在一些加密模型中常用D表示。5.密钥，控制加密算法和解密算法得以实现的关键信息，在一些加密模型中常用K表示。密钥还可分为加密密钥和解密密钥。明文M经过算法E加密后变成密文C；可以用公式表示为：C=E(M)；密文C经过算法D解密后变成明文C；可以用公式表示为：M=D(C)。3.2密码体制数据加密的基本模型3.2.1置换密码和移位密码置换密码是按照某种规律改变明文字母的排列顺序，即重新排明文字母的位置，使人看不出明文的原意，从而达到加密的效果。置换密码有时也称为换位密码例如将明文按照每组6个字母

6、进行分组，并给出置换规律：将每组中的第1个字母换到第5位；第2个字母换到第4位；第3个字母换到第6位；第4个字母换到第3位；第5个字母换到第2位；第6个字母换到第1位。按照此方式对cryptography加密，则得到密文otprcyyhprga；待到解密时，只需将顺序倒换过来，则又将密文otprcyyhprga还原成了明文cryptography移位密码与置换密码类似，所不同的是移位密码是只对明文字母在字母表中的位置按照一定规律整体前移或者后移多少位，而不是在明文的具体位置来置换。这种密码起源于古老的“恺撒密码”，据《高卢战记》描述，

7、早在古罗马时期恺撒就曾经通过将要传递的信息按照字母按顺序推后起3位的方式来加密，因而该密码技术就被称为“恺撒移位密码”。当然这是一种简单的加密方法，如将字母A换作字母D，将字母B换作字母E，字母ABCD用凯撒密码表示就是DEFG，其密度是很低的，只需简单地统计字频就可以破译。移位密码就是在凯撒密码的基础上发展起来的，当然移位密码的移位方式更多样一些。比如，为了提高该密码的安全性，人们就曾在单一恺撒密码的基础上扩展出多表密码，如“维吉尼亚”密码等。3.2.2对称密码和非对称密码对称密码也称单密密码，在该密码体制中，加密算法E和解密算法D

8、是相同的，加密密钥K和解密密钥K也是相同的，如图3-2所示。用公式表示为：Ek(M)=C；DK(C)=M对称密码是一种比较古老的密码体制，如从前的“密电码”采用的就是对称密码体制加密。但由于对称密码的密钥具有运算量小、速