《現(xiàn)代密碼學(xué)2》課程教學(xué)大綱

《現(xiàn)代密碼學(xué)2》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱(chēng)現(xiàn)代密碼學(xué)ModernCryptography課程編碼SCC262121030開(kāi)課院部理學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)學(xué)分3.0課內(nèi)學(xué)時(shí)52講授40實(shí)驗(yàn)0上機(jī)12實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)52適用專(zhuān)業(yè)信息與計(jì)算科學(xué)授課語(yǔ)言中文先修課程高等代數(shù)（2-1）、高等代數(shù)（2-2）、離散數(shù)學(xué)、概率論課程簡(jiǎn)介（限選）現(xiàn)代密碼理論是現(xiàn)代信息安全技術(shù)的理論基礎(chǔ)和核心。它包含兩個(gè)密切相關(guān)的方面，其一是密碼編碼學(xué)，研究如何設(shè)計(jì)好的密碼方案和密碼協(xié)議；其二是密碼分析學(xué)，研究攻破一個(gè)密碼系統(tǒng)的途徑，恢復(fù)被隱蔽信息的本來(lái)面目。本課程的主要目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)和了解密碼學(xué)的一些基本概念。具體來(lái)講，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解古典密碼體制、分組密碼體制、公鑰密碼體制、流密碼、數(shù)字簽名和密碼協(xié)議的基本概念、基本理論以及基本運(yùn)算，領(lǐng)會(huì)密碼體制設(shè)計(jì)與分析的基本思想與方法，了解密碼產(chǎn)品的基本工作原理，從而培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中解決問(wèn)題的能力。本課程屬于信息與計(jì)算科學(xué)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程，是數(shù)學(xué)在信息安全中的一個(gè)重要應(yīng)用，是一門(mén)理論性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。Moderncryptographyisthetheoreticalfoundationandcoreofmoderninformationsecuritytechnology.Itcontainstwocloselyrelatedaspects.Oneisthecodingtheorywhichfocusesondesigninggoodcryptographicschemesandcryptographicprotocols.Theotheriscryptanalysiswhichfocusesonbreakingacryptographicsystemandrestorethetrueinformation.Themaingoalofthiscourseistomakestudentslearnthebasicconceptsofcryptography.Specifically,bylearningthiscourse,studentswillunderstandbasicconcepts,theoriesandoperationsoftheclassicalcryptography,blockcipherandpublickeycryptography,streamcipher,digitalsignature,andcryptograph-icprotocols,comprehendthebasicideaandmethodofdesignandanalysisofcryptographicsystem,understandthebasicprincipleofcryptographicproductsandcultivatethestudents'abilitytosolveproblemsinpractice.Moderncryptographyisaprofessionalcourseforthespecialtiesofinformationandcomputingscience,anditisanimportantapplicationofmathematicsininformationsecurity.Additionally,itisalsoacoursewithstrongtheoryandapplication.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：了解現(xiàn)代密碼學(xué)的基礎(chǔ)理論。是3.23.22M2目標(biāo)2：初步掌握信息安全領(lǐng)域常用密碼算法設(shè)計(jì)與密碼分析技術(shù)。是3.23.23M3目標(biāo)3：提高學(xué)生對(duì)學(xué)科和專(zhuān)業(yè)的認(rèn)知能力，了解學(xué)科發(fā)展前沿，培養(yǎng)學(xué)生自我更新知識(shí)的能力。是3.23.2三、課程內(nèi)容序號(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)11.11.1信息安全的模型消息的安全傳輸模型包括加密模型，認(rèn)證模型，秘鑰管理模型。M11講授1自學(xué)21.21.2密碼學(xué)基本概念密碼編碼學(xué)，密碼分析學(xué)，明文空間、密文空間、密碼方案和密鑰空間。M11講授1自學(xué)31.31.3古典密碼體制代換密碼、置換密碼、古典密碼的破譯。M1,M2,M31講授1自學(xué)41.41.4密碼學(xué)的復(fù)雜性理論基礎(chǔ)問(wèn)題與算法、算法復(fù)雜性、問(wèn)題按復(fù)雜性分類(lèi)M11講授1自學(xué)51.5實(shí)驗(yàn)課幾類(lèi)古典密碼的現(xiàn)代實(shí)現(xiàn)M1,M2,M32實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)報(bào)告62.12.1線性反饋移位寄存器LFSRLFSR序列的數(shù)學(xué)描述、周期、自相關(guān)、線性復(fù)雜度，生成多項(xiàng)式、采樣M1,M2,M31講授1作業(yè)，自學(xué)72.22.2m-序列m-序列的定義M1,M2,M31講授1作業(yè)，自學(xué)82.32.3非線性反饋移位寄存器非線性組合序列、鐘控序列，M序列M1,M2,M31講授1作業(yè)，自學(xué)92.42.4經(jīng)典的流密碼加密算法RC4算法，A5算法，祖沖之算法M1,M2,M31講授3作業(yè)，自學(xué)102.5實(shí)驗(yàn)課幾類(lèi)現(xiàn)代流密碼體制的實(shí)現(xiàn)M1,M2,M32實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)報(bào)告113.13.1分組密碼的一般模型分組密碼概述、Feistel結(jié)構(gòu)、分組密碼工作模式及攻擊方式M1,M2,M32講授2作業(yè)，自學(xué)123.23.2DESDES算法描述、DES安全性、三重DESM1,M2,M32講授3作業(yè)，自學(xué)133.33.3IDEAIDEA基本運(yùn)算、IDEA算法描述、IDEA安全性和效率M1,M2,M31講授2作業(yè)，自學(xué)143.43.4AES算法-RijndaelRijndael算法數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)原理、Rijndael算法描述、Rijndael安全性及效率M1,M2,M31講授2作業(yè)，自學(xué)153.53.5中國(guó)商用密碼分組算法SMS4設(shè)計(jì)原理、SMS4算法描述、SMS4安全性及效率M1,M2,M31講授1作業(yè)，自學(xué)163.63.6分組密碼運(yùn)算模式ECE、CBC、CFB、OFBM1,M2,M31講授1作業(yè)，自學(xué)173.7實(shí)驗(yàn)課分組密碼算法實(shí)現(xiàn)M1,M2,M32實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)報(bào)告183.8習(xí)題課第1-3章習(xí)題課M1,M2,M32講授2自學(xué)194.14.1公鑰密碼系統(tǒng)基本概念公鑰、私鑰、陷門(mén)、認(rèn)證、密鑰分發(fā)；公鑰密碼系統(tǒng)M1,M2,M32講授2作業(yè)，自學(xué)204.24.2RSA公鑰密碼系統(tǒng)RSA算法描述；對(duì)RSA的攻擊；RSA系統(tǒng)的參數(shù)選取M1,M2,M32講授2作業(yè)，自學(xué)214.34.3其它公鑰密碼系統(tǒng)ElGamal密碼系統(tǒng)，ElGamal密碼系統(tǒng)的安全性；橢圓曲線密碼系統(tǒng)M1,M2,M31講授2作業(yè)，自學(xué)224.44.4可證明安全公鑰密碼系統(tǒng)可證明安全性；公鑰密碼系統(tǒng)的安全性M1,M2,M31講授2作業(yè)，自學(xué)234.5實(shí)驗(yàn)課公鑰密碼實(shí)現(xiàn)M1,M2,M32實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)報(bào)告245.15.1Hash函數(shù)概述Hash函數(shù)定義、Hash函數(shù)的安全性、Hash函數(shù)的迭代構(gòu)造法M1,M2,M31講授1作業(yè)，自學(xué)255.25.2Hash函數(shù)MD5MD5算法描述、MD5的安全性M1,M2,M31講授1作業(yè)，自學(xué)265.35.3安全Hash算法SHA-1SHA-1算法描述、SHA-1和MD5的比較、SHA-1的修訂版M1,M2,M32講授2作業(yè),，自學(xué)275.45.4基于分組密碼與離散對(duì)數(shù)的Hash函數(shù)利用分組密碼構(gòu)造Hash函數(shù)、基于離散對(duì)數(shù)問(wèn)題構(gòu)造Hash函數(shù)M1,M2,M31講授2作業(yè)，自學(xué)285.55.5消息認(rèn)證消息認(rèn)證碼、HMAC算法M1,M2,M31講授1作業(yè)，學(xué)學(xué)295.6實(shí)驗(yàn)課Hash函數(shù)實(shí)現(xiàn)M1,M2,M32實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)報(bào)告305.7習(xí)題課習(xí)題課M1,M2,M32講授2作業(yè)，自學(xué)316.16.1數(shù)字簽名概述數(shù)字簽名體制M1,M2,M31講授1自學(xué)326.26.2RSA數(shù)字簽名體制RSA算法描述，RSA數(shù)字簽名的安全性M1,M2,M31講授1作業(yè)，自學(xué)336.36.3ElGamal數(shù)字簽名體制ElGamal算法描述、ElGamal數(shù)字簽名的安全性、ElGamal簽名體制的變形M1,M2,M32講授2作業(yè)，自學(xué)346.46.4其他數(shù)字簽名體制Schnorr數(shù)字簽名、Fiat-Shamir數(shù)字簽名、一次性數(shù)字簽名、不可否認(rèn)數(shù)字簽名、盲簽名.M1,M2,M31講授1作業(yè)，自學(xué)356.56.5數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)、俄羅斯數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)M1,M2,M31講授1作業(yè)，自學(xué)366.6習(xí)題課習(xí)題講解M1,M2,M32講授2自學(xué)376.7實(shí)驗(yàn)課數(shù)字簽名實(shí)現(xiàn)M1,M2,M32實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)報(bào)告四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1考勤與課堂表現(xiàn)1.通過(guò)刷卡點(diǎn)名、隨機(jī)點(diǎn)名等方式進(jìn)行考勤；2.通過(guò)隨機(jī)檢查學(xué)生上課的精神狀態(tài)及回答問(wèn)題的積極性和準(zhǔn)確性等考察課堂表現(xiàn)；3.采用等級(jí)制，分為A,B,C，D四個(gè)等級(jí)。10%2平時(shí)作業(yè)1.每周布置3-4道題目，平均每次課1道題以上。2.成績(jī)采用等級(jí)制，分為A,B,C，D四個(gè)等級(jí)，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)的基本知識(shí)的掌握程度，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，作業(yè)題型主要有分析和計(jì)算題。20%3實(shí)驗(yàn)課1.本課程12學(xué)時(shí)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)課，主要考察學(xué)生對(duì)密碼學(xué)中的經(jīng)典算法的掌握情況，使學(xué)生能進(jìn)行一定的應(yīng)用拓展思考，并給出利用實(shí)際問(wèn)題的解決案例。2.成績(jī)采用等級(jí)制，分為A,B,C,D四個(gè)等級(jí)，根據(jù)學(xué)生對(duì)算法的流程的掌握程度，總體理解深度，對(duì)知識(shí)的具體應(yīng)用環(huán)境的理解深度給出評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。3.考核學(xué)生對(duì)現(xiàn)代密碼學(xué)這門(mén)課程的整體理解程度，學(xué)生對(duì)密碼學(xué)的具體應(yīng)用的理解和實(shí)踐能力。25%4期末考試1.閉卷考試，成績(jī)采用百分制，卷面成績(jī)總分100分。2.主要考查學(xué)生對(duì)近世代數(shù)基本知識(shí)的掌握程度，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，題型主要有選擇題、填空題、計(jì)算題、應(yīng)用題，分析題等。45%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1考勤與課堂表現(xiàn)70%A-無(wú)遲到早退現(xiàn)象，上課精神飽滿，回答問(wèn)題積極。B-偶有遲到早退現(xiàn)象，上課精神狀態(tài)尚可。C-經(jīng)常遲到或早退，上課不積極。D-經(jīng)常遲到或早退，上課不積極，并曠課次數(shù)超過(guò)6次。2M1平時(shí)作業(yè)10%A-作業(yè)完成準(zhǔn)確，按時(shí)上交，獨(dú)立完成B-作業(yè)基本正確，按時(shí)上交，獨(dú)立完成C-作業(yè)完成錯(cuò)誤，不按時(shí)上交，或者有抄襲現(xiàn)象D-作業(yè)完成錯(cuò)誤，不按時(shí)上交或有抄襲現(xiàn)象，并不交作業(yè)次數(shù)超過(guò)3次。3M1實(shí)驗(yàn)課20%A-無(wú)拷貝現(xiàn)象，對(duì)算法的實(shí)現(xiàn)正確無(wú)誤，且算法的理解準(zhǔn)確無(wú)誤，并對(duì)課程的應(yīng)用背景有一定了解和認(rèn)識(shí)。B-無(wú)拷貝現(xiàn)象，能正確實(shí)現(xiàn)每個(gè)算法，但理解不深，表現(xiàn)為代碼現(xiàn)實(shí)時(shí)繁瑣不簡(jiǎn)潔。C-有少量拷貝現(xiàn)象，對(duì)一部分算法實(shí)現(xiàn)費(fèi)勁。D-有拷貝現(xiàn)象，不知道密碼算法的流程。4M2平時(shí)作業(yè)30%A-作業(yè)完成準(zhǔn)確，按時(shí)上交，獨(dú)立完成B-作業(yè)基本正確，按時(shí)上交，獨(dú)立完成C-作業(yè)完成錯(cuò)誤，不按時(shí)上交，或者有抄襲現(xiàn)象D-作業(yè)完成錯(cuò)誤，不按時(shí)上交或有抄襲現(xiàn)象，并不交作業(yè)次數(shù)超過(guò)3次。5M2實(shí)驗(yàn)課30%A-無(wú)拷貝現(xiàn)象，對(duì)算法的實(shí)現(xiàn)正確無(wú)誤，且算法的理解準(zhǔn)確無(wú)誤，并對(duì)課程的應(yīng)用背景有一定了解和認(rèn)識(shí)。B-無(wú)拷貝現(xiàn)象，能正確實(shí)現(xiàn)每個(gè)算法，但理解不深，表現(xiàn)為代碼現(xiàn)實(shí)時(shí)繁瑣不簡(jiǎn)潔。C-有少量拷貝現(xiàn)象，對(duì)一部分算法實(shí)現(xiàn)費(fèi)勁。D-有拷貝現(xiàn)象，不知道密碼算法的流程。6M2期末考試40%見(jiàn)試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)7M3平時(shí)作業(yè)30%A-作業(yè)完成準(zhǔn)確，按時(shí)上交，獨(dú)立完成B-作業(yè)基本正確，按時(shí)上交，獨(dú)立完成C-作業(yè)完成錯(cuò)誤，不按時(shí)上交，或者有抄襲現(xiàn)象D-作業(yè)完成錯(cuò)誤，不按時(shí)上交或有抄襲現(xiàn)象，并不交作業(yè)次數(shù)超過(guò)3次。8M3實(shí)驗(yàn)課30%A-無(wú)拷貝現(xiàn)象，對(duì)算法的實(shí)現(xiàn)正確無(wú)誤，且算法的理解準(zhǔn)確無(wú)誤，并對(duì)課程的應(yīng)用背景有一定了解和認(rèn)識(shí)。B-無(wú)拷貝現(xiàn)象，能正確實(shí)現(xiàn)