计算机网络安全技术第3章new

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1、第三章对称密码技术3．1密码学的基本概念密码是一门古老的技术，它已有几千年的历史，自从人类社会有了战争就出现了密码，但1949年以前的密码只是一种艺术而不是科学，那时的密码专家常常凭直觉和经验来设计和分析密码，而不是靠严格的理论证明。1949年，Shannon发表了题为“保密系统的通信理论”一文，引起了密码学的一场革命。在这篇文章中，他把密码分析与密码设计建立在严格的理论推导基础之上，从而使密码学真正成为一门科学。密码按目的来分，可分为密码编码学和密码分析学。密码分析学的基本任务是研究如何破译加密的消息或者伪造消息；密

2、码编码学的基本目的就是要伪装消息，就是要对给定的有意义的数据进行可逆的数学变换，将其变为表面上杂乱无章的数据，使得只有合法的接收者才能恢复原来有意义的数据，而其余任何人都不能恢复原来的数据。变换前有意义的数据称为明文，所有可能的明文组成的集合称为明文空间。变换后的数据称为密文，所有可能的密文组成的集合称为密文空间。对明文数据进行可逆变换的过程称为加密过程，其变换称为加密变换，加密由一个参数k1控制，这个参数称为加密密钥。恢复明文的过程称为解密过程，其变换称为解密变换，它由一个参数k2控制，这个参数称为解密密钥。如果加密

3、密钥k1与解密密钥k2是相同的（或者从k1很容易推导出k2），统称为k，这种密码体制称为对称密码体制，这是传统的加密体制。如果加密密钥k1与解密密钥k2不相同，则称为非对称密码体制，非对称密码体制也就是公开密钥密码体制。3．2保密系统的Shannon模型1．保密系统的Shannon模型图3.1是保密系统的Shannon模型，n元数组xn=(x1，x2，xn)是明文，n元数组yn=(y1，y2，yn)是在公开信道上传送的密文，也就说任何人都可得到这些密文，n元数组kn=(k1，k2，kn)是通过安全信道传送给接收者

4、的密钥，敌方密码分析者无法获得该密钥。加密器的任务就是对明文m施以加密变换得到密文cc=Ek(m)解密器的任务就是对所接受到的密文实行解密变换获得明文m’=Dk(c)=Dk(Ek(m))由于加密变换、解密变换是依赖于密钥k的一对可逆的数学变换，因此m’=m从而完成保密通信。密码分析者发送者加密器EK解密器DK接收者密钥源图3.1保密系统的Shannon模型例3．1一次一密密码体制。设明文是一串二进制数据：m=(0110010011)2，设k也是一串同样长度的二进制数据：k=(0111001001)2。在A，B两方通信前

5、，A首先通过安全信道（比如信使）把密钥送给B，现在A要把明文m通过公开信道送给B，A先对m施行加密变换c=Ek(m)=mk=(0110010011)2(0111001001)2=(0001011010)2向量的模2加是指每个向量的分量进行模2加。B收到c后，用事先A传送给它的密钥k进行解密。m’=Dk(c)=ck=(0001011010)2(0111001001)2=(0110010011)2=m从而B获得明文m。而任何获得密文c的密码分析者由于没有密钥k，因此也就无法获得正确的明文。2．理想保密与完善保密从

6、上面Shannon模型可以看出，保密的关键是密钥。任何人只要获得通信密钥，就能正确地恢复明文。设明文xn=(x1，x2，，xn)，密文为yn=(y1，y2，，yn)，密钥为k，如果对所有的n有I(xn；yn)=0，即对所有n，xn与yn统计独立，从yn得不到任何关于xn的信息，这种密码体制是完善保密的。前面介绍的一次一密的密码体制由于每一次的密文与其他密钥无关，以而任何时候得到yn与其他xn无关，所以是完善保密的。如果0I(xn；yn)H(xn)即yn包含有xn的信息，这时可以推得H(kyn)0，即无论n有

7、多大，已知密文yn，k还是不确定的。没有确定的密钥就不能正确地解密，恢复明文。这种密码体制称为理想保密。3.3古典加密技术虽然按照近代密码学的观点来看，许多传统古典密码很不安全，或者说很容易破译。由于编制古典密码的基本方法对于编制近代密码仍然有效。本节将介绍几种著名的古典密码。几乎所有的传统加密用到两种基本技巧：代换和置换。代换法是将明文字母替换成其他字母、数字和符号的方法。若把明文看作是二进制序列，则代换就是用密文位串来代替明文位串。下面分别介绍则两种密码。1代换密码11）凯撒（Caesar）密码这是最早的代换密码。

8、凯撒密码是每一字母向前推移k位。例如k＝5便有明文和密文对应关系如下：明文：abcdefghIjklmno密文：FGHIJKLMNOPQRST明文：pqrstuvwxyz密文：UVWXYZABCDE例如：明文：dayafterday密文：IFDFKYJWIFD不同的k可以得到不同的密文。如果让每一个字母等价一个数字，如下所示：ab