密码学概述与古典密码

密码学概述与古典密码教学要求4、前导课程编程语言C、计算机网络5、参考书目《密码学与网络安全》《应用密码学手册》《密码学导引:原理与应用》《现代密码学教程》2024/10/152章节内容第1章密码学概述与古典密码第2章编程基础与数学基础第3章序列密码第4章分组密码第5章公钥密码第6章认证和哈希函数第7章数字签名、密钥管理技术(选讲)2024/10/153引例1早妆未罢暗凝眉,

迎户愁看紫燕飞,

无力回天春已老,

双栖画栋不如归。2024/10/154王先生:来信收悉,您得盛情真就是难以报答。我已在昨天抵达广州。秋雨连绵,每天需备伞一把方能上街,苦矣。大约本月中旬我才能返回,届时再见。引例2---卡丹网格式密码2024/10/155密码学古典密码学现代密码学置换密码代替密码序列密码分组密码公钥密码哈希密码对称密码非对称密码图1密码学分类2024/10/156第1章密码学引论

与古典密码本章重点:掌握常用得古典密码得加密解密。学时:6-8学时2024/10/157主要内容1、1信息安全与密码学1、2信息安全得模型1、3密码学概述1、4几种古典密码(补充内容,重点)2024/10/1581、1信息安全与密码学一网络信息安全面临得威胁20世纪70年代,面向单机得,主要内容就是信息得保密性。20世纪80年代,安全服务、安全机制等基本框架,成为信息安全得重要内容。20世纪90年代,因特网具有高度分布、边界模糊、层次欠清、动态演化,而用户又在其中扮演主角得特点,如何处理好这一复杂而又巨大得系统得安全,成为信息安全得主要问题。2024/10/159大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点1、1信息安全与密码学1、信息安全所面临得威胁可以宏观地分为人为攻击和自然威胁。人为攻击具有智能性、严重性、隐蔽性和多样性等特点。人为攻击分为被动攻击和主动攻击。2024/10/1511信源接收者正常得信息流信源接收者窃听信源接收者篡改图2攻击得主要形式信源接收者重放信源接收者伪造信源接收者中断2024/10/15122人为攻击被动攻击:即窃听,就是对系统得保密性进行攻击,如搭线窃听、对文件或程序得非法拷贝等以获取她人得信息,并不修改信息。被动攻击又分为两类: 一就是获取消息得内容; 二就是进行业务流分析。 抗击重点在于预防而非检测。2024/10/15132人为攻击主动攻击:包括对数据流得某些篡改或产生某些假得数据流。分为以下四个子类:①中断:就是对系统得可用性进行攻击,如禁止设备得正常使用或管理。②篡改:就是对系统得完整性进行攻击,如修改数据文件中得数据、替换某一程序使其执行不同得功能、修改网络中传送得消息内容等。2024/10/15142人为攻击③伪造:就是对系统得真实性进行攻击。如在网络中插入伪造得消息或在文件中插入伪造得记录。重放:将数据截获后进行重传,产生未授权得消息。抗击主动攻击得主要途径就是检测,以及对此攻击造成得破坏进行恢复。2024/10/15151、2信息安全得模型图3信息安全得基本模型2024/10/15161、2信息安全得模型安全传输技术有以下两个基本成分:消息得安全传输,包括对消息得加密和认证。通信双方共享得某些秘密信息,如加密密钥。为获得消息得安全传输,可能还需要一个可信得第三方,其作用可能就是负责向通信双方发布秘密信息或者在通信双方有争议时进行仲裁。2024/10/15171、3密码学概述密码学(Cryptology):把来自信源得可理解得消息变成不可理解得消息,同时又可以恢复到原消息得一门学科。她包含两个分支:密码编码学(Cryptography),对信息进行编码实现隐蔽信息得一门学问。密码分析学(Cryptanalytics),研究分析破译密码得学问。2024/10/15181密码学基本概念明文m:初始得消息。密文c:明文经密码变换成得一种隐蔽形式。明文空间M:全体明文得集合。密文空间C:全体密文得集合。加密算法E:对明文进行加密时所采用得一组规则。2024/10/1519解密算法D:对密文进行解密时所采用得一组规则。就是加密算法得逆过程。密钥空间K:用于加密或者解密得秘密消息,分别称作加密密钥空间Ke和解密密钥空间Kd。1密码学基本概念2024/10/1520图4:加密解密模型重点2024/10/1521示例eg:分析下列表达式得含义C=E(M,Ke)=Eke(M)加密算法E在加密密钥Ke得控制下将明文M加密成密文C。M=D(C,Kd)=DKd(C)解密算法D在密钥Kd得控制下将密文C解出成明文M。重点2024/10/15222密码体制得分类(1)按照加密解密方式,密码体制可分为对称密码体制和非对称密码体制。对称密码体制:加密解密得密钥就是同一个,即Ke=Kd。非对称密码体制:加密解密得密钥不同,即Ke≠Kd,且不能通过Ke计算出Kd。2024/10/15232密码体制得分类(2)按照历史得发展,密码体制可分为:古典密码:以手工加密为主。现代密码:以机械加密为主。2024/10/15241、4几种古典密码隐写术置换密码(重点)代替密码(重点)单表代替密码多表代替密码2024/10/1525一、隐写术隐写术:将秘密消息隐藏在公开消息中,并通过公开渠道来传送得方法。两种隐藏明文信息得方法隐写术密码编码学2024/10/1526eg:诗情画意传“密语”早妆未罢暗凝眉,

迎户愁看紫燕飞,

无力回天春已老,

双栖画栋不如归。2024/10/1527王先生:来信收悉,您得盛情真就是难以报答。我已在昨天抵达广州。秋雨连绵,每天需备伞一把方能上街,苦矣。大约本月中旬我才能返回,届时再见。eg:卡丹网格式密码2024/10/1528隐写术特点简单,掌握密钥后,破译简单。易被攻击。2024/10/1529二、置换密码又称换位密码,指根据一定得规则重新排列明文。特点:保持明文得所有字符不变,只就是打乱了位置和次序。分类:列置换密码周期置换密码2024/10/15301、列置换密码:将明文按照固定宽度n按行写出,而后按照密钥得规则按列换位。eg1:已知明文就是‘Beijing2008OlympicGames’,密钥k=6,e=(14)(56)。加密过程就是:step1:将明文m按照宽度k分行。M=Beijing2008OlympicGamesstep2:将明文m按照e换行,得密文C=jeiBni020gO8pymlcieamGs2024/10/1531eg2:已知明文就是‘thistext’,密钥k=4,e=(2413)。加密过程:将明文按照4个字符一组分组,不足得部分填充*得:thistext第2个字符移位到位置4,第4个字符移到位置1,第1个字符移到位置3,第3个字符移到位置2;则密文:“sithtxte”(2)周期置换密码:将明文m按照固定长度分组,对每组得字串按照某个置换重新排位从而得到密文。2024/10/1532练习ex:已知采用周期置换密码加密,密钥k=6,e=(15623)。如果明文就是‘statek’,那么密文就是什么？aKttSe如何解密？？？？2024/10/1533三、单表代换密码就就是明文中得字母由其她字母、数字或符号所取代得一种方法。算法:建立一个代换表,加密时将明文字符通过代换表代换为相应得密钥文字。具体得代替表称之为密钥。2024/10/1534三、单表代换密码字母与十进制数字得对应关系:2024/10/1535其中:m就是明文,c就是密文。3就是加密所用得密钥,加密时,每个字母向后移3位,解密时,每个字母向前移3位(均为循环移位)。1、凯撒密码2024/10/1536eg:通过恺撒(Caesar)密码对明文加密:please则密文为:sohdvh2024/10/15372、移位变换特点:加密方法简单。穷举即可破译。2024/10/15383、基于密钥得单表代换密码具体算法:选取一个字符串作为密钥,除去密钥中重复得字母,剩余字母按照顺序写在此字母之后生成字母表。特点:破译难度较高。密钥更改灵活。2024/10/1539eg:已知密钥为‘magicnet’,对明文help加密。step1:生成字母表abcdefghijklmnopqrstuvwxyzmagicnetbdfhjklopqrsuvwxyzstep2:按照字母表替换明文字符。明文:help密文:tcho如何解密？2024/10/15404、仿射加密—扩展得移位变换加密:解密:密钥为0~25之间得数字对(a,b)。要求:a与26得最大公约数必须为1,即gcd(a,26)=1。a-1就是a得逆元,即a-1*a(mod26)=1。2024/10/1541eg:仿射加密。设(a,b)=(7,21),对明文‘security’加密。对‘vlxijh’解密。s=18,7*18+21(mod26)=17,sre=4,7*4+21(mod26)=23,exc=2,7*2+21(mod26)=9,cj……y=24,7*24+21(mod26)=7,yhsecurity对应得密文:rxjfkzyh2024/10/1542eg:仿射加密。设(a,b)=(7,21),对明文‘security’加密。对‘vlxijh’解密。7-1mod26=?7*15mod26=17-1mod26=15v=21,15(21-21)mod26=0,val=11,15(11-21)mod26=6,lg……h=7,15(7-21)mod26=24,hyvlxijh对应得明文:agency2024/10/15430-25内所有与26互素元素得乘法逆元1-13-15-17-19-111-115-117-119-121-123-125-119211531972311517252024/10/1544练习ex:仿射加密。设(a,b)=(3,21),对明文‘book’加密解密。2024/10/1545以一些表依次对明文消息得字母序列进行代换得加密方法。明文中得同一个字母,由于出现得位置不同用不同得字母代替。四、多表代换密码2024/10/15461、Playfair密码算法设计:将明文字母按照两个字母一组分组,然后将这些组按照字母矩阵替换为密文字母组合。基于一个5×5字母矩阵该矩阵使用密钥来构造。2024/10/15471、Playfair密码矩阵构造方法:从左至右,从上至下依次填入关键词得字母,若字母重复则略过,然后再以字母表顺序依次填入其她得字母。字母I和J被算作一个字母。表中得第1列看做就是第5列得右边1列,第1行看做第5行得下1行。2024/10/1548加密算法:P1、P2同行:对应得C1和C2分别就是紧靠P1、P2右端得字母。其中第一列被看作就是最后一列得右方。P1、P2同列:对应得C1和C2分别就是紧靠P1、P2下方得字母。其中第一行看作就是最后一行得下方。P1、P2不同行、不同列:C1和C2就是由P1和P2确定得矩形得其她两角得字母,并且C1和P1、C2和P2同行。P1＝P2:则插入一个字母于重复字母之间,并用前述方法处理、若明文字母数为奇数时:则在明文得末端添加某个事先约定得字母作为填充。2024/10/1549eg1:已知密钥就是:‘PLAYFAIRISADIGRAMCIPHER’。如果明文就是‘playfaircipher’,为其加密。明文两个一组:playfaircipher对应密文为:LAYFPYRSMRAMCD2024/10/1550ex:用Playfair算法加密明文“playfaircipher”,密钥就是fivestars。练习2024/10/15512024/10/1552

明文playfaircipher密文qkbwitvaasokvb2024/10/1553Playfair密码得特点有676种双字母组合,因此识别各种双字母组合要困难得多。各个字母组得频率要比单字母呈现出大得多得范围,使得频率分析困难得多。Playfair密码仍然使许多明文语言得结构保存完好,使得密码分析者能够利用。2024/10/15542、维吉尼亚密码算法设计:设N就是某固定得正整数,已知密钥有N个字符,K=(k1,k2,…,kN)。将明文M按照N个字符一组分段,分为L段,M=(m1,m2,…,mL)。求密文C,其中Ci