《密码学基础》PPT课件.ppt

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1、第四章密码学基础4.1密码学概述4.1.1密码学的发展密码学是古老而深奥的学科，历史悠久。举例：1949年，信息论的奠基人香农发表《保密系统的通信理论》，为密码学的发展奠定了理论基础。1977年，美国国家标准局仅公布了数据加密标准(DES),另一个Diffie和Hellman联合提出的公钥密码体制，是密码学发展史上两个重要的成果。4.1.2密码学的基本概念1密码编码学：研究密码变化的客观规律，设计各种加密方案，编制密码以保护信息安全的技术。2密码破译学，也称密码分析学在不知道任何加密细节的条件下，分析

2、、破译经过加密的消息以获取信息的技术。3明文密码学中，原始的消息称为明文。用字母P或M表示。4密文加密后的消息称为密文。用字母C表示。5加密将明文变换成密文，以使授权用户不能获取原始信息的过程。用某种方法伪装消息以隐藏它的内容的过程。6解密从密文恢复明文的过程。7加密算法明文到密文的变换法则，即加密方案。8解密方案密文到明文的变换规则。9密钥加、解密过程中使用的明文、密文以外的其他参数，称之密钥。用K表示。加密和解密的图解用公式表示：加密E(P)=C；解密D(C)=P加密后再解密的公式表示：D(E(P

3、))=P加密密钥K可以是很多数值中的一个任意值，密钥K的可能值的范围叫做密钥空间。如果加密、解密用一个密钥，是对称加密。Ek(P)=CDk(C)=P这两个函数满足：Dk(Ek(P))=P如果加密、解密用不同的密钥，是非对称加密。图解Ek1(P)=CDk2(C)=PDk2(Ek1(P))=P4.1.3密码的分类1按应用技术分：手工密码机械密码电子机内乱密码通过电子电线，程序进行逻辑运算，以少量制乱元素产生大量的加密乱数。计算机密码通过计算机软件或硬件来完成加密和解密的过程。2按加密过程转换原理分：代换密

4、码又称替换密码，将明文的每个或每组字符由另一个或一级字符代替，形成密文。置换密码又称移位密码，加密时只对明文字母进行重新排列，其位置发生了改变。上述两种方法一般用于古典密码中。3根据加、解使用相同的密钥划分对称密码对称密码体制也称单钥密码体制、秘密密钥密码体制。加密和解密使用完全相同的密钥，或加密密钥和解密密钥彼此之间非常容易推导。非对称密码非对称密码体制也称为公钥密码体制。加密和解密使用不同的密钥，而且由其中一个推导另一个很困难，两个不同的密钥，其中一个不公开称为私钥，另一个公开叫公钥。4按明文加密

5、处理单元分分组密码加密时先将明文序列以固定长度分组，每个明文组用相同的密钥和算法进行变换，得到一组密文。流密码加密过程中，首先把报文、语音、图像、数据等原始明文转换成明文序列，然后将密钥输入到一个伪随机数（比特）发生器，产生一串随机的8位比特数，称为密钥流或密钥序列。将明文序列与密钥序列进行异或操作产生密文流。解密需要使用相同的密钥序列，与密文相异或，得到明文。流密码类似于“一次一密”，不同的是，“一次一密”使用的是真正的随机数流，而流密码使用的是伪随机数流。应用如移动充值卡、游戏充值卡。4.1.4密

6、码分析分为密码分析攻击，穷举攻击1密码分析攻击唯密文攻击：加密算法；要解密的密文已知明文攻击：加密算法；要解密的密文；用（与待解的密文）同一密钥加密的一个或多个明密文对。选择明文攻击：加密算法；要解密的密文；分析者任意选择的明文，以及对应的密文（与待解的密文使用同一密钥加密）选择密文攻击：加密算法；要解密的密文；分析者有目的的选择一些密文，以及对应的明文（与待解的密文使用同一密钥解密）2穷举攻击攻击者对一条密文尝试所有可能的密钥，直到把它转化为可读的有意义的明文。4.2古典密码体制古典密码学充分体现了

7、现代密码学的两大基本思想：置换和代换，将数学的方法引入到密码分析和研究中。有如下约定：加解密时忽略空格和标点符号。4.2.1置换密码对明文字每（字符、符号）按某种规律进行位置的交换而形成密文的技术。1栅栏密码把要加密的明文分成N个一组，然后把每组的第一个字符连起来，再加上第二个、第三个，以此类推。举例说明：一种更复杂的方法是把消息按固定长度分组，每组写成一行，则整个消息被写成一个矩形块，然后按列读出，但是把列的次序打乱。列的次序就是算法的密钥。举例：单纯的置换字码加密得到的密文中，有着与原始明文相的字

8、母频率特征，因而较容易被识破。而且，双字母章节和三字母音节分析办法更是破译这种密码的有力工具。2多步置换较复杂，不容易构造出来。上例中消息用相同算法再加密一次：4.2.2代换技术代换法是将明文字母用其他字母、数字或符号替换的一种方法。如果明文是二进制序列，代换就是用密文位串来代换明文位串。代换密码要建立一个或多个替换表，这样的替换表就是密钥。几种代换密码如下：1Caesar密码2单表代换密码3多表代换加密4Hill密码1Caesar密码Caesar密码的