信息安全概论教学课件作者李剑张然第13章节密码学基础课件

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1、第13章密码学基础李剑北京邮电大学信息安全中心E-mail:lijian@bupt.edu.cn电话：130－01936882版权所有，盗版必纠概述密码学源于希腊语kryptós，意为"隐藏的"和gráphein意为"书写"，传统意义上来说，是研究如何把信息转换成一种隐蔽的方式并阻止其他人得到它。密码学是信息安全的基础和核心，是防范各种安全威胁的最重要的手段，信息安全的许多知识都与密码学相关。本章讲述密码学的基本知识，包括古典密码、对称密码、非对称密码、Hash算法、数据签名等知识。版权所有，盗版必纠目录第13章密码学基础13.1密码学概述13.2古典密码学13.3对称密码学13.4

2、非对称密码学13.5散列函数13.6数字签名13.7密码的绝对安全与相对安全13.8密码学新方向版权所有，盗版必纠密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信秘密的，称为编码密码学；应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译密码学，总称密码学。13.1密码学概述版权所有，盗版必纠密码学是在编码与破译的斗争实践中逐步发展起来的，并随着先进科学技术的应用，已成为一门综合性的尖端技术科学。它与语言学、数学、电子学、声学、信息论、计算机科学、军事学等有着广泛而密切的联系。它的现实研究成果，特别是各国政府现用的密码编制及破译手段都具有高度的机密性。1

3、3.1密码学概述版权所有，盗版必纠小小的密码还可以导致一场战争的胜负。例如，计算机时代的到来使得美国在1942年制造出了世界上第一台计算机。二战期间，日本采用的最高级别的加密手段是采用M-209转轮机械加密改进型—紫密，在手工计算的情况下不可能在有限的时间破解，美国利用计算机轻松地破译了日本的紫密密码，使日本在中途岛海战中一败涂地，日本海军的主力损失殆尽。1943年，在解密后获悉日本山本五十六将于4月18日乘中型轰炸机，由6架战斗机护航，到中途岛视察时，罗斯福总统亲自做出决定截击山本，山本乘坐的飞机在去往中途岛的路上被美军击毁，山本坠机身亡，日本海军从此一蹶不振。密码学的发展直接影响

4、了二战的战局！13.1密码学概述版权所有，盗版必纠最早的密码学应用可追溯到公元前2000年古埃及人使用的象形文字。这种文字由复杂的图形组成，其含义只被为数不多的人掌握着。而最早将密码学概念运用于实际的人是恺撒大帝（尤利西斯.恺撒公元前100年－44年）。他不太相信负责他和他手下将领通讯的传令官，因此他发明了一种简单的加密算法把他的信件加密。13.1.1密码学发展历史版权所有，盗版必纠历史上的第一件军用密码装置也是公元前5世纪的斯巴达密码棒(Scytale)，如图13.1所示，它采用了密码学上的移位法(Transposition)。移位法是将信息内字母的次序调动，而密码棒利用了字条缠绕

5、木棒的方式，把字母进行位移。收信人要使用相同直径的木棒才能得到还原的信息。13.1.1密码学发展历史版权所有，盗版必纠经典密码学(ClassicalCryptography)。其两大类别分别为：(1).置换加密法，将字母的顺序重新排列。(2).替换加密法，将一组字母换成其他字母或符号。经典加密法的资讯很易受统计的攻破，资料越多，解破就更容易，使用分析频率就是好办法。经典密码学现在仍未消失，常被用于考古学上，还经常出现在智力游戏之中。在20世纪早期,包括转轮机的一些机械设备被发明出来用于加密,其中最著名的是用于第二次世界大战的密码机“迷”(Enigma)，如图13.2所示。这些机器产生

6、的密码相当大地增加了密码分析的难度。比如针对Enigma的各种各样的攻击，在付出了相当大的努力后才得以成功。13.1.1密码学发展历史版权所有，盗版必纠13.1.1密码学发展历史版权所有，盗版必纠总结来说，密码学的发展划分为3个阶段：1.第一阶段为古代到1949年。这一时期可以看作是科学密码学的前夜时期，这阶段的密码技术可以说是一种艺术，而不是一种科学，密码学专家常常是凭知觉和信念来进行密码设计和分析，而不是推理和证明。这一时期还没有形成密码学的系统理论。这时的密码学专家进行密码的设计和分析凭借的往往是直觉，而不是严谨的推理和证明。这个时期发明的密码算法在现代计算机技术条件下都是不安

7、全的。但是，其中的一些算法思想，比如代换、置换，是分组密码算法的基本运算模式。斯巴达密码棒就属于这一时期的“杰作”。13.1.1密码学发展历史版权所有，盗版必纠2.第二阶段为1949年到1975年。1949年香农发表的<<保密系统的信息理论>>为私钥密码系统建立了理论基础，从此密码学成为一门科学，但密码学直到今天仍具有艺术性，是具有艺术性的一门科学。这段时期密码学理论的研究工作进展不大，公开的密码学文献很少。20世纪70年代，在IBM沃森公司工作的菲斯特提