密码学发展史及关键技术.pdf

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1、第二课：应用密码学基础1概述古典密码分组密码与流密码公钥密码Hash函数数字签名密钥管理密码学发展简史基本概念公钥密码现代密码古典密码1949年以前1949—1976年1976年以后密码学的历史源远流长，人类对密码的使用可以追溯到古巴比伦时代Phaistos圆盘，一种直径约为160mm的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元前17世纪。表面有明显字间空格的字母，至今还没有破解。恺撒密码公元前一世纪恺撒用于军事通讯单字母代换密码把字母表中的每个字母用其后面第3个字母进行代换明文字母表：abcdefghijklmn

2、opqrstuvwxyz密文字母表：DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC加密：c=E(p)=(p+k)mod(26)解密：p=D(c)=(c-k)mod(26)（恺撒密码中，k=3）结构简单，安全性完全取决于加解密算法。密钥空间小，只有25个可能的密钥k，适用于穷举密钥攻击。关键字密钥◦keyabcdefghijklmnopqrstuvwxyzKEYABCDFGHIJLMNOPQRSTUVWXZ◦spectacularabcdefghijklmnopqrstuvwxyzSPECTAULRBDFGHIJKMNOQVW

3、XYZ◦相对于恺撒密码，关键字密码泄露给破译者的信息更少（英文字母表）任意代换的密钥空间：26！>4x1026可能的key。公元九世纪的阿拉伯科学家阿尔－金迪提出了字母频率分析破译单字母代换密码的思想。英文字母频率统计表16世纪，法国外交官维热纳尔第一次系统阐明多表单字母代换密码的思想，即以两个以上的单字母代换密码表依次加密明文消息，并提出使用26个密码表的维热纳尔密码。维热纳尔密码能有效抗击字母频率分析，18世纪开始普及使用。明码表：abcdefghijklmnopqrstuvwxyz密码表1：FZBVKIXAYMEPLSDH

4、JORGNQCUTW密码表2：GOXBFWTHQILAPZJDESVYCRKUHN明文：“hello”--》密文：“AFPAD”19世纪中叶，英国数学家和发明家巴比奇成功破解了维热纳尔密码。期间普鲁士军官卡西斯基也独立地发现了破解维热纳尔密码的技术（卡西斯基测试）。19世纪末，意大利物理学家马可尼发明了无线电技术。无线电技术的双重特性—易通信性和易拦截性，使得加密问题变得更为重要与紧迫。第一次世界大战中，法军破解德国军方的ADFGVX密码系统，导致德军进攻失败。齐默尔曼密码电报的破解，促使美国人决定放弃中立立场而加入了战争。一

5、战史见证了一系列密码破译者的胜利。英军40号房。转子机（RotorMachine）恩格玛密码机工作原理与转子机类似，但设计更为复杂。1918年，德国人谢尔比斯发明恩格玛原型机。二战期间，德军广泛应用恩格玛密码机于军队秘密通信。20其密钥空间大小可达10量级以上。1931年，盟军得到恩格玛密码机的使用说明并试图复制恩格玛密码机。波兰人雷臼斯基的破译技术和（英国）图灵“炸弹”破译机，极大地促进了恩格玛密码的破译进程。英军破译恩格玛密码，德国海军、陆军陆续遭受重创，为二战战场形势的逆转立下汗马功劳。历史悠久，时间跨越了二三千年，直

6、至1949年。广泛应用于军事、外交和情报领域。密码编码与密码破译之间的斗争不断推动着密码学的发展。古典密码主要特征◦基于字符。◦数据的安全基于算法的保密。里程碑：1949年Shannon发表“TheCommunicationTheoryofSecretSystems”。计算机使得基于复杂计算的密码成为可能。密码的安全基于密钥而不是算法的保密（如30年后的DES）加密密钥Ke解密密钥明文P密文CKd明文P加密E解密D非安全信道里程碑：1976年Diffie&Hellman发表的“NewDirectionsinCryptogra

7、phy”首次提出了公钥密码体制的思想。1977年Rivest,Shamir&Adleman提出了RSA公钥算法。同年，美国国家标准局（NBS，即现在的国家标准与技术研究所NIST）正式公布实施了美国的数据加密标准（DataEncryptionStandard，DES），公开它的加密算法，并被批准用于政府等非机密单位及商业上的保密通信。近代密码学开启。90年代出现椭圆曲线等其它新型公钥算法。公钥密码特征：加解密算法公开；两个密钥，公钥用于加密，私钥用于解密。通信双方无须事先交换密钥就可建立保密通信。公钥密码算法广泛应用于实现保密

8、性、数字签名、认证、密钥交换等安全功能。密码学发展简史密码学基本概念机密性（Confidentiality）：防止信息泄漏给未经授权的个人、实体或程序或为其所用。完整性（Integri