深圳市携创技工学校
一体化课程教案（首页）
编号:QD-851b-07 版本：B/01 流水号：2017-C-168-
● 明文（plaintext ）：希望得到保密的原始信息。 ● 密文（ciphertext ）：明文经过密码变换后的消息。 ● 加密（encryption ）：由明文变换为密文的过程。 ● 解密（decryption ）：从密文恢复出明文的过程。 ● 加密算法（encryption algorithm ）：对明文进行
加密时采用的一组规则。
● 解密算法：对密文进行解密时采用的一组规则。 ● 密钥（key 是密码系统的关键）：控制加密和解密
算法操作的信息 3、密码加密与解密
加解密算法通常都是在一组密钥的控制下进行的，分别称为加密密钥和解密密钥。加密和解密过程如下图所示。
4、密码学系统构成其他术语
● 加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加密
操作的人员。
● 接收者(Receiver)：传送消息的预定对象。 ● 截收者(Eavesdropper)：在信息传输和处理系统中的
非授权者，通过搭线窃听、电磁窃听、声音窃听等来窃取机密信息。
● 密码分析(cryptanalysis)：截收者试图通过分析从
截获的密文推断出原来的明文或密钥。
● 密码分析员(Cryptanalyst)：从事密码分析的人。
三、密码学的分类（20分钟）
讲授密码学的定义介绍密码加密与解
第1章密码学概述 1.1信息安全 Alvin Toffler在《第三次浪潮》中预言：计算机网络的建立和普及将彻底改变人类生存和生活模式。 信息化以它有别于传统方式的信息获取、存储、处理、传输和使用，给现代社会的正常发展带来了一系列的前所未有的风险和威胁。 传统的一切准则在电子信息环境中如何体现与维护，到现在并没有根本解决，一切都在完善中。 今天，人们一方面享受着信息技术带来的巨大变革，同时也承受着信息被篡改、泄露、伪造的威胁，以及计算机病毒及黑客入侵等安全问题。信息安全的风险制约着信息的有效使用，并对经济、国防乃至国家的安全构成威胁。 一方面：没有信息安全，就没有完全意义上的国家安全。另一方面：信息安全还涉及个人权益、企业生存和金融风险防范等。 密码技术和管理是信息安全技术的核心，是实现保密性、完整性、不可否认性的关键。 “9.11事件”后，各国政府纷纷站在国家安全的角度把信息安全列入国家战略。重视对网络信息和内容传播的监控，更加严格的加固网络安全防线，把信息安全威胁降到最低限度。 2000年我国开始着力建立自主的公钥基础设施，并陆续启动了信息系统安全等级保护和网络身份认证管理服务体系。 因此，密码学的基本概念和技术已经成为信息科学工作者知识结构中不可或缺的组成部分。
1.2密码学引论 1. 密码学的发展概况 密码学是一门既古老又年轻的学科。 自有了战争，就有了加密通信。交战双方都为了保护自己的通信安全，窃取对方的情报而研究各种信息加密技术和密码分析技术。 古代行帮暗语和一些文字游戏等，实际上就是对信息的加密。这种加密方法通过原始的约定，把需要表达的信息限定在一定的范围内流通。古典密码主要应用于政治、军事及外交等领域。 电报发明以后，商业方面对密码学的兴趣主要集中在密码本的编制上。 20世纪初，集中在与机械和电动机械加密的设计和制造上。 进入信息时代，大量敏感信息要通过公共通信设施或计算机网络进行交换，密码学的应用已经不仅仅局限在政治、军事、外交等领域，其商业和社会价值日益显著，并与人们的日常生活紧密相关。 密码学被当作应用数学和计算机科学的一个分支，其理论和技术已经得到迅速发展。 2. 密码学发展的里程碑: 1949年，C. E. Shannon发表了“保密系统的通信理论(Communication Theory of Secrecy Systems)” 一文，为密码学奠定了坚实的理论基础，是密码学成为一门真正的科学。 1975年，W. Diffie和M . E. Hellman发表了“密码学中的新方向(New Directions in Cryptography )” 一文，提出了一种崭新的密码设计思想，导致了密码学的一场革命。首次证明了从发送端到接收端无密钥传输的保密通信的可能，开创了公钥密码学的新纪元。 1977年，美国国家标准局(National Bureau of Standards )正式公布了数据加密标准DES(Data Encryption Standard)，将DES算法公开，揭示了密码学的神秘面纱，密码学研究进入了一个崭新的时代。
密码学的研究方向与发展前景综述 摘要：如今，计算机网络环境下信息的保密性、完整性、可用性和抗抵赖性，都需要采用密码技术来解决。密码体制大体分为对称密码(又称为私钥密码)和非对称密码(又称为公钥密码)两种。对称密码术早已被人们使用了数千年，它有各种形式，从简单的替换密码到较复杂的构造方式。它通常非常快速，但容易遭受攻击，因为用于加密的密钥必须与需要对消息进行解密的所有人一起共享。而非对称密码在信息安全中担负起密钥协商、数字签名、消息认证等重要角色，已成为最核心的密码。无论我们在应用程序中使用哪种密码，都应该考虑使用的方法、认识到发生的折衷方案以及规划功能更强大的计算机系统的前景。 关键字：计算机网络；密码技术；私钥密码；公钥密码 一、引言 当前，公钥密码的安全性概念已经被大大扩展了。像著名的RSA公钥密码算法、Rabin公钥密码算法和ElGamal公钥密码算法都已经得到了广泛应用。但是，有些公钥密码算法在理论上虽然是安全的，在具体的实际应用中却并非安全。因为在实际应用中不仅需要算法本身在数学证明上是安全的，同时也需要算法在实际应用中也是安全的。比如，公钥加密算法根据不同的应用，需要考虑选择明文安全、非适应性选择密文安全和适应性选择密码安全三类。数字签名根据需要也要求考虑抵抗非消息攻击和选择消息攻击等。因此，近年来，公钥密码学研究中的一个重要内容——可证安全密码学正是致力于这方面的研究。 公钥密码在信息安全中担负起密钥协商、数字签名、消息认证等重要角色，已成为最核心的密码。目前密码的核心课题主要是在结合具体的网络环境、提高运算效率的基础上，针对各种主动攻击行为，研究各种可证安全体制。其中引人注目的是基于身份(ID)密码体制和密码体制的可证安全模型研究，目前已经取得了重要成果。这些成果对网络安全、信息安全的影响非常巨大，例如公钥基础设施(PKI)将会更趋于合理，使其变为ID-PKI。在密码分析和攻击手段不断进步，计算机运算速度不断提高以及密码应用需求不断增长的情况下，迫切需要发展密码理论和创新密码算法。 二、研究方向 1.在线/离线密码学 公钥密码学能够使通信双方在不安全的信道上安全地交换信息。在过去的几年里，公钥密码学已经极大地加速了网络的应用。然而，和对称密码系统不同，非对称密码的执行效率不能很
第1章 概论 习题 1．就你所在单位的某个信息系统，试做一个概略的安全风险评估。 2．网络上查找出分组秘密码DES （基本型）原程序或资料，回答：DES 的密钥空间大小？ 3．在国标GB2312的6763个汉字“字符”集上（即取q =6763），设计仿射密码，计算其密钥量。 4．在中途岛战争前，美军通过散布“中途岛淡水设备发生故障”的消息，在日军密报中确认了中途岛的代号，从而破译了日军的密报。问：美军的此次密码分析属于哪种破译类型？ 5．明文在整个消息空间中的一个很小的区域内，英语中某些字符不相等的频率就是这样 的一个例子。再给出两个也能说明英语明文消息有小的区域分布的例子。 6．编制欧几里德算法程序求gcd()u,v ，假设初值满足10240<2-1u,v N =≤。 7．假设,,x e n 均为正整数()x n <，（1）如果2n x 不超过计算机语言某基 本变量类型允许记录的最大整数，研究计算 mod e y x n =的快速算法；（2）如果n 达到计算机语言某基本变量类型允许记录的最大整数的 32倍，研究计算mod e y x n =的快速算法；（3）查找不依赖于通用计算 机的求mod e y x n =的快速算法。 8．判定问题（decision problem ）是仅有两个可能的解（“是”或“否”）的问题。判定问题∏的全部实例之集D ∏存在划分D Y N ∏∏∏=+，即解 为“是”（“否”）的实例均在Y N ∏∏（）。中。比如“正整数n 是素数吗？” 就是一个判定问题。依赖概率图灵机PTM （Probobilistic Turing machine, 即带有随机数发生器的DTM ）可以定义概率算法
第二章密码学概论 2.1 密码学的基本概念 密码学(Cryptology)是研究信息系统安全保密的科学，包括两个分支，即密码编码学和密码分析学。密码编码学(Cryptography)是对信息进行编码实现信息保密性的科学；而密码分析学(Cryptanalytics)是研究、分析、破译密码的科学。 对需要保密的信息进行编码的过程称为加密(Encrtption)，编码的规则称作加密算法(Encryption Algorithm) 。需要加密的消息称为明文(Plaintext)，明文加密后的形式称为密文(Ciphertext)。将密文恢复出明文的过程称为解密(Decryption)，解密的规则称为解密算法(Decryption Algorithm)。加密算法和解密算法通常在一对密钥密钥控制下进行，分别称为加密密钥和解密密钥。 一个密码系统(体制)包括所有可能的明文、密文、密钥、加密算法和解密算法。密码系统的安全性是基于密钥而不是加密和解密算法的细节。这意味着算法可以公开，甚至可以当成一个标准加以公布。 密码系统分类(从原理上) 密码系统从原理上可分为两大类，即单密钥系统双密钥系统。单密钥系统又称为对称密码系统和秘密密钥密码系统，单密钥系统的加密密钥和解密密钥相同，或实质上等同，即从一个易于得出另一个，如图2.1所示。
对明文的加密有两种形式，一种是对明文按字符逐位加密，称之为流密码或序列密码；另一种是先对明文消息分组，再逐步加密，称之为分组密码。 双密钥系统又称为非对称密码体制和公开密钥密码体制。双密钥体制有两个密钥，一个是公开的密钥，用K1表示，谁都可以使用；另一个是私人密钥，用K2表示，只由采用此体制的人自己掌握。从公开的密钥推不出私人密钥。如图2.2所示。 双钥密码体制的主要特点 双钥密码体制的主要特点是将加密和解密密钥分开，从而实现任何人都可以给持有私人密钥的人发送秘密消息，即用公开的密钥
德州学院期末考试试题 （至学年第学期） 课程名称：密码编码学与网络安全考试对象：试卷类型：考试时间：120 分钟 一、判断题(本题共10个小题，每题1分，共10分。) 1. 安全机制是一种处理过程，用来检测、阻止攻击或者从攻击状态里恢复为正常。 如加密算法、数字签名和认证攻击。() 2. Hall指出密钥扩展算法只是应该保证密钥和密文符合严格雪崩准则和位独立准则。 () 3. 在对AES的评估中，安全性是指用密码分析方法分析一个算法所需的代价。 4. AES的分组长度是192位，而密钥长度为128位。() 5. 通常局域网是一个广播网络，数据是以帧的形式传输的，每一帧都包含源地址和 目的地址。（） 6. 对于像具有存储功能的电子邮件这样的应用，获得端对端加密只能在应用层上进 行。（） 7. 在公钥密码体制中，两个密钥中的任何一个都可以用来加密，另一个用来解密。 () 8. 公钥加密可提供保密性，但不能提供认证性。() 9. 若HMAC中嵌入的散列函数的安全受到威胁，那么就需要重新设计整个HMAC。 () 10. 被动攻击易于检测但难以防止，主动攻击难于检测但易于防止。() 二、填空题(本题共12个空，每空1分，共12分。) 1.密码学的两个主要分支是___________和___________。 2.绝大部分基于网络的对称密码应用使用的是___________。 3.gcd(a,b)表示________________。 4. 正向字节代换变换中，State中每个字节把该字节的_______作为行值，______作 为列值。 5.流密码的输出明文是由_________逐位或者逐字节产生的。 6.每个会话密钥经过用于末端用户通信的相同网络设备，从___________获得密钥。 7.抵抗公钥体制中的穷举消息攻击的方法是在要发送的消息后附加上_________。 8.公钥证书包含_________________，整个数据块由可信第三方进行签名。 9.用于消息认证的最常见的密码技术是________和________。 三、名词解释（本题共10个小题，每小题3分，共30分） 1.安全机制 2.分组密码 3.AES 4.链路加密 5.单向函数 6.传输分析 7.安全服务8.流密码9.AES的安全性10.隐通道 四、简答题（本题共5个小题，共25分） 1.被动和主动攻击安全威胁的区别是什么？（4分） 2.为什么说研究Feistel密码很重要？（4分） 3.NIST评估AES的最初标准和最终标准是什么？（7分） 4.链路加密与端对端加密的区别是什么？（4分） 5.介绍公钥密码体制中的6个组成部分。(6分) 五、综合题（本题共3小题，共23分） 1.用Playfair密码加密Must see you，加密密钥为largest。(8分) 2. 求gcd(24140,16762)（7分） 3.在流密码中，如果发生器产生的下一字节为01101100，而下一明文字节为 11001100，求得出的密文字节，并写出解密过程。(8分) 密码编码学与网络安全共1页，第1页
密码学文献综述 学院 专业 姓名 班级 学号 教师
前言 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，称为编码学；应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译学，总称密码学。 密码学（在西欧语文中，源于希腊语kryptós“隐藏的”，和gráphein“书写”）是研究如何隐密地传递信息的学科。在现代特别指对信息以及其传输的数学性研究，常被认为是数学和计算机科学的分支，和信息论也密切相关。著名的密码学者Ron Rivest解释道：“密码学是关于如何在敌人存在的环境中通讯”，自工程学的角度，这相当于密码学与纯数学的异同。密码学是信息安全等相关议题，如认证、访问控制的核心。密码学的首要目的是隐藏信息的涵义，并不是隐藏信息的存在。密码学也促进了计算机科学，特别是在于电脑与网络安全所使用的技术，如访问控制与信息的机密性。密码学已被应用在日常生活：包括自动柜员机的芯片卡、电脑使用者存取密码、电子商务等等。 主题 AES（The Advanced Encryption Standard）是美国国家标准与技术研究所用于加密电子数据的规范。它被预期能成为人们公认的加密包括金融、电信和政府数字信息的方法。本文展示了AES的概貌并解析了它使用的算法。包括一个完整的C#实现和加密．NET数据的举例。在读完本文后你将能用AES加密、测试基于AES的软件并能在你的系统中使用AES加密。 美国国家标准与技术研究所(NIST)在2002年5月26日建立了新的高级数据加密标准(AES)规范。本文中我将提供一个用C#编写的的能运行的AES 实现，并详细解释到底什么是AES 以及编码是如何工作的。我将向您展示如何用AES 加密数据并扩展本文给出的代码来开发一个商业级质量的AES 类。我还将解释怎样把AES 结合到你的软件系统中去和为什么要这么做，以及如何测试基于AES的软件。