计算机网络安全_第2章_密码技术

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第二章

密码技术

计算机网络安全 张纯容

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知识点：◇ 密码技术概述◇ 古典密码技术

◇ 序列密码技术◇ 对称密码技术 ◇ 非对称密码技术 ◇ 密钥分配与管理技术

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信息安全的若干问题都与密码学紧密相关。密码技术是信息安 全的基石、核心技术和基础性技术。2.1 密码技术概述

2.1.1 密码技术简介

1. 密码学的发展简史早在四千多年以前，古埃及人就开始使用密码技术来保 密要传递的消息。 一直到第一次世界大战前，密码技术的进展很少见诸于 世，直到1918年，William F.Friedman的论文“The Index of Coincidence and Its Applications in Cryptography” (重合指数及其在密码学中的应用)发表时，情况才有所好 转。温州大学3

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隐写术 据Herodoti《历史》记载，Histiaeus想鼓动Miletus城 的Aristagoras反叛波斯国王，为了传达他的意思，他剃 光了一个信使的头发，将信写在头皮上。等信使头发重 新长出，就能够自由穿行，不会遇到麻烦

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棍子加密法 希腊人与斯巴达人的棍子加密法

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1949年，C.E. Shannon(香农)在《贝尔系统技 术杂志》上发表了“The Communication Theory of Secrecy System(保密系统的通信理论)”,为密码技术 奠定了坚实理论基础。使密码学真正成为一门科学。

1976年，W.E. Diffie和M.E. Hellman发表了“New Direction in Cryptography(密码学新方向)”一文，提 出了一种全新的密码设计思想，导致了密码技术上的一场 革命。他们首次证明了在发送端和接收端不需要传送密钥 的保密通信是可能的，从而开创了公钥密码技术的新纪元 ，成为现代密码技术的一个里程碑。温州大学6

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1977年美国国家标准局NBS(National Bureau of Standards,即现在的国家标准与技术研究所NIST)正式 公布了数据加密标准DES(Data Encryption Standard)

1978年，R.L.Rivest,A.Shamir和L.Adleman实现了RSA 公钥密码技术，此后成为了公钥密码技术中杰出代表。1984年，Bennett.Charles H.,Brassard. Gille首 次提出了量子密码技术(现称为BB84协议)。

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1985年，N.Koblitz和V.Miller把椭圆曲线理论 运用到公钥密码技术中，成为公钥密码技术研究的 新亮点。 密码技术的另一个重要方向——序列密码(也称为 流密码，序列密码主要用于政府、军方等国家要害部门 )理论也取得了重大的进展。1989年，R.Mathews, D.Wheeler,L.M.Pecora和Carroll等人首次把混沌理论 使用到序列密码及保密通信理论中，为序列密码的研究 开辟了一条新的途径。

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1997年，美国国家标准与技术研究所NIST开始征集 新一代数据加密标准来接任即将退役的DES,2000年10 月，由比利时密码学家Joan Dae

men,Vincent Rijmen 发明的Rijndael密码算法成为新一代数据加密标准—— AES(Advanced Encryption Standard)算法。

2000年1月，欧盟正式启动了欧洲数据加密、数字 签名、数据完整性计划NESSIE,旨在提出一套强壮的包 括分组密码、序列密码、散列函数、消息人证码(MAC )、数字签名和公钥加密密码标准。

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密码学的基本概念 经典密码学包括密码编码学和密码分析学。 密码编码学是研究把信息(明文)变换成没有密钥就 不能解读或很难解读的密文的方法，从事此行的称为密 码编码者； 密码分析学是研究分析破译密码的方法，从事此行的 称为密码分析者； 现代密码学除了包括密码编码学和密码分析学两个学科之 外，还包括近几年才形成的新分支——密钥密码学 密钥管理是一系列的规程，包括密钥的产生、分配、存储 、保护、销毁等环节，在保密系统中是至关重要的温州大学10

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保密通信系统模型 一个完整的保密通信系统是由一个密码体制、一个 信息源、一个信宿、一个攻击者或密码分析者构成 的密钥 K 不安全信道 密钥 K

明文 M

明文 M

加密变换

密文 C

解密变换

密码分析

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保密通信系统中的概念明文：信息的原始形式 密文：明文经过变换加密后的形式

加密：由明文变成密文的过程称为加密，加密通常由加密算法来实 现解密：将密文变成明文的过程称为解密，解密是由解密算法实现的 密钥：为了有效地控制加密和解密算法实现，在其处理过程中要有 通讯双方掌握的专门信息参与，这种专门信息叫做密钥

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密码体制 通常一个密码体制可以表达为一个五元组(M,C,K, E,D),其中： (1)M是可能明文的有限集称为明文空间 (2)C是可能密文的有限集称为密文空间 (3)K是一切可能密钥构成的有限集称为密钥空间

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密码技术的分类 对密码体制的分类有很多种标准： 比如按执行的操作方式不同，可以分为: 替换密码体制(Substitution Cryptosystem) 换位密码体制(Permutation Cryptosystem)

如果从收发双方使用的密钥是否相同，密码体制分为: 对称密码(或单钥密码)技术 非对称密码(或双钥密码或公钥密码)技术

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密码技术的分类 (续) 从不同的角度对密码体制进行分类，还可以有以下分类： 根据密文数据段是否与明文数据段在整个明文中的位置有关否分 为： 分组密码体制 序列密码体制 根据加密变换是否可逆，分为：

单向变换密码体制 双向变换密码体制 根据在加密过程中是否引入客观随机因素，分为：

确定型密码体制 概率密码体制温州大学15

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密码分析者分析密码算法 密码分析者分析密码算法主要有以下三种方法： 穷举法：密码分析者试图试遍所有的明文或密钥来进行破译。 穷举明文时，就是将可能的明文进行加密，将得到的密文与截取 到密文对比，来确定正确的明文。 统计分析法：密码分析者通过分析密文、明文和密钥的统计规 律来达到破译密码技术。 密码体制分析法：根据所掌握的明文、密文的有关信息，通过 数学求解的方法找到相应的加解密算法。

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