密碼學(xué)概述與古典密碼

密碼學(xué)概述與古典密碼教學(xué)要求4、前導(dǎo)課程編程語言C、計算機網(wǎng)絡(luò)5、參考書目《密碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全》《應(yīng)用密碼學(xué)手冊》《密碼學(xué)導(dǎo)引:原理與應(yīng)用》《現(xiàn)代密碼學(xué)教程》2024/10/152章節(jié)內(nèi)容第1章密碼學(xué)概述與古典密碼第2章編程基礎(chǔ)與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第3章序列密碼第4章分組密碼第5章公鑰密碼第6章認(rèn)證和哈希函數(shù)第7章數(shù)字簽名、密鑰管理技術(shù)(選講)2024/10/153引例1早妝未罷暗凝眉,

迎戶愁看紫燕飛,

無力回天春已老,

雙棲畫棟不如歸。2024/10/154王先生:來信收悉,您得盛情真就是難以報答。我已在昨天抵達(dá)廣州。秋雨連綿,每天需備傘一把方能上街,苦矣。大約本月中旬我才能返回,屆時再見。引例2---卡丹網(wǎng)格式密碼2024/10/155密碼學(xué)古典密碼學(xué)現(xiàn)代密碼學(xué)置換密碼代替密碼序列密碼分組密碼公鑰密碼哈希密碼對稱密碼非對稱密碼圖1密碼學(xué)分類2024/10/156第1章密碼學(xué)引論

與古典密碼本章重點:掌握常用得古典密碼得加密解密。學(xué)時:6-8學(xué)時2024/10/157主要內(nèi)容1、1信息安全與密碼學(xué)1、2信息安全得模型1、3密碼學(xué)概述1、4幾種古典密碼(補充內(nèi)容,重點)2024/10/1581、1信息安全與密碼學(xué)一網(wǎng)絡(luò)信息安全面臨得威脅20世紀(jì)70年代,面向單機得,主要內(nèi)容就是信息得保密性。20世紀(jì)80年代,安全服務(wù)、安全機制等基本框架,成為信息安全得重要內(nèi)容。20世紀(jì)90年代,因特網(wǎng)具有高度分布、邊界模糊、層次欠清、動態(tài)演化,而用戶又在其中扮演主角得特點,如何處理好這一復(fù)雜而又巨大得系統(tǒng)得安全,成為信息安全得主要問題。2024/10/159大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點1、1信息安全與密碼學(xué)1、信息安全所面臨得威脅可以宏觀地分為人為攻擊和自然威脅。人為攻擊具有智能性、嚴(yán)重性、隱蔽性和多樣性等特點。人為攻擊分為被動攻擊和主動攻擊。2024/10/1511信源接收者正常得信息流信源接收者竊聽信源接收者篡改圖2攻擊得主要形式信源接收者重放信源接收者偽造信源接收者中斷2024/10/15122人為攻擊被動攻擊:即竊聽,就是對系統(tǒng)得保密性進(jìn)行攻擊,如搭線竊聽、對文件或程序得非法拷貝等以獲取她人得信息,并不修改信息。被動攻擊又分為兩類: 一就是獲取消息得內(nèi)容; 二就是進(jìn)行業(yè)務(wù)流分析。 抗擊重點在于預(yù)防而非檢測。2024/10/15132人為攻擊主動攻擊:包括對數(shù)據(jù)流得某些篡改或產(chǎn)生某些假得數(shù)據(jù)流。分為以下四個子類:①中斷:就是對系統(tǒng)得可用性進(jìn)行攻擊,如禁止設(shè)備得正常使用或管理。②篡改:就是對系統(tǒng)得完整性進(jìn)行攻擊,如修改數(shù)據(jù)文件中得數(shù)據(jù)、替換某一程序使其執(zhí)行不同得功能、修改網(wǎng)絡(luò)中傳送得消息內(nèi)容等。2024/10/15142人為攻擊③偽造:就是對系統(tǒng)得真實性進(jìn)行攻擊。如在網(wǎng)絡(luò)中插入偽造得消息或在文件中插入偽造得記錄。重放:將數(shù)據(jù)截獲后進(jìn)行重傳,產(chǎn)生未授權(quán)得消息。抗擊主動攻擊得主要途徑就是檢測,以及對此攻擊造成得破壞進(jìn)行恢復(fù)。2024/10/15151、2信息安全得模型圖3信息安全得基本模型2024/10/15161、2信息安全得模型安全傳輸技術(shù)有以下兩個基本成分:消息得安全傳輸,包括對消息得加密和認(rèn)證。通信雙方共享得某些秘密信息,如加密密鑰。為獲得消息得安全傳輸,可能還需要一個可信得第三方,其作用可能就是負(fù)責(zé)向通信雙方發(fā)布秘密信息或者在通信雙方有爭議時進(jìn)行仲裁。2024/10/15171、3密碼學(xué)概述密碼學(xué)(Cryptology):把來自信源得可理解得消息變成不可理解得消息,同時又可以恢復(fù)到原消息得一門學(xué)科。她包含兩個分支:密碼編碼學(xué)(Cryptography),對信息進(jìn)行編碼實現(xiàn)隱蔽信息得一門學(xué)問。密碼分析學(xué)(Cryptanalytics),研究分析破譯密碼得學(xué)問。2024/10/15181密碼學(xué)基本概念明文m:初始得消息。密文c:明文經(jīng)密碼變換成得一種隱蔽形式。明文空間M:全體明文得集合。密文空間C:全體密文得集合。加密算法E:對明文進(jìn)行加密時所采用得一組規(guī)則。2024/10/1519解密算法D:對密文進(jìn)行解密時所采用得一組規(guī)則。就是加密算法得逆過程。密鑰空間K:用于加密或者解密得秘密消息,分別稱作加密密鑰空間Ke和解密密鑰空間Kd。1密碼學(xué)基本概念2024/10/1520圖4:加密解密模型重點2024/10/1521示例eg:分析下列表達(dá)式得含義C=E(M,Ke)=Eke(M)加密算法E在加密密鑰Ke得控制下將明文M加密成密文C。M=D(C,Kd)=DKd(C)解密算法D在密鑰Kd得控制下將密文C解出成明文M。重點2024/10/15222密碼體制得分類(1)按照加密解密方式,密碼體制可分為對稱密碼體制和非對稱密碼體制。對稱密碼體制:加密解密得密鑰就是同一個,即Ke=Kd。非對稱密碼體制:加密解密得密鑰不同,即Ke≠Kd,且不能通過Ke計算出Kd。2024/10/15232密碼體制得分類(2)按照歷史得發(fā)展,密碼體制可分為:古典密碼:以手工加密為主?，F(xiàn)代密碼:以機械加密為主。2024/10/15241、4幾種古典密碼隱寫術(shù)置換密碼(重點)代替密碼(重點)單表代替密碼多表代替密碼2024/10/1525一、隱寫術(shù)隱寫術(shù):將秘密消息隱藏在公開消息中,并通過公開渠道來傳送得方法。兩種隱藏明文信息得方法隱寫術(shù)密碼編碼學(xué)2024/10/1526eg:詩情畫意傳“密語”早妝未罷暗凝眉,

迎戶愁看紫燕飛,

無力回天春已老,

雙棲畫棟不如歸。2024/10/1527王先生:來信收悉,您得盛情真就是難以報答。我已在昨天抵達(dá)廣州。秋雨連綿,每天需備傘一把方能上街,苦矣。大約本月中旬我才能返回,屆時再見。eg:卡丹網(wǎng)格式密碼2024/10/1528隱寫術(shù)特點簡單,掌握密鑰后,破譯簡單。易被攻擊。2024/10/1529二、置換密碼又稱換位密碼,指根據(jù)一定得規(guī)則重新排列明文。特點:保持明文得所有字符不變,只就是打亂了位置和次序。分類:列置換密碼周期置換密碼2024/10/15301、列置換密碼:將明文按照固定寬度n按行寫出,而后按照密鑰得規(guī)則按列換位。eg1:已知明文就是‘Beijing2008OlympicGames’,密鑰k=6,e=(14)(56)。加密過程就是:step1:將明文m按照寬度k分行。M=Beijing2008OlympicGamesstep2:將明文m按照e換行,得密文C=jeiBni020gO8pymlcieamGs2024/10/1531eg2:已知明文就是‘thistext’,密鑰k=4,e=(2413)。加密過程:將明文按照4個字符一組分組,不足得部分填充*得:thistext第2個字符移位到位置4,第4個字符移到位置1,第1個字符移到位置3,第3個字符移到位置2;則密文:“sithtxte”(2)周期置換密碼:將明文m按照固定長度分組,對每組得字串按照某個置換重新排位從而得到密文。2024/10/1532練習(xí)ex:已知采用周期置換密碼加密,密鑰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、單表代換密碼就就是明文中得字母由其她字母、數(shù)字或符號所取代得一種方法。算法:建立一個代換表,加密時將明文字符通過代換表代換為相應(yīng)得密鑰文字。具體得代替表稱之為密鑰。2024/10/1534三、單表代換密碼字母與十進(jìn)制數(shù)字得對應(yīng)關(guān)系:2024/10/1535其中:m就是明文,c就是密文。3就是加密所用得密鑰,加密時,每個字母向后移3位,解密時,每個字母向前移3位(均為循環(huán)移位)。1、凱撒密碼2024/10/1536eg:通過愷撒(Caesar)密碼對明文加密:please則密文為:sohdvh2024/10/15372、移位變換特點:加密方法簡單。窮舉即可破譯。2024/10/15383、基于密鑰得單表代換密碼具體算法:選取一個字符串作為密鑰,除去密鑰中重復(fù)得字母,剩余字母按照順序?qū)懺诖俗帜钢笊勺帜副?。特點:破譯難度較高。密鑰更改靈活。2024/10/1539eg:已知密鑰為‘magicnet’,對明文help加密。step1:生成字母表abcdefghijklmnopqrstuvwxyzmagicnetbdfhjklopqrsuvwxyzstep2:按照字母表替換明文字符。明文:help密文:tcho如何解密？2024/10/15404、仿射加密—擴展得移位變換加密:解密:密鑰為0~25之間得數(shù)字對(a,b)。要求:a與26得最大公約數(shù)必須為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。設(shè)(a,b)=(7,21),對明文‘security’加密。對‘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對應(yīng)得密文:rxjfkzyh2024/10/1542eg:仿射加密。設(shè)(a,b)=(7,21),對明文‘security’加密。對‘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(huán)=7,15(7-21)mod26=24,hyvlxijh對應(yīng)得明文:agency2024/10/15430-25內(nèi)所有與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練習(xí)ex:仿射加密。設(shè)(a,b)=(3,21),對明文‘book’加密解密。2024/10/1545以一些表依次對明文消息得字母序列進(jìn)行代換得加密方法。明文中得同一個字母,由于出現(xiàn)得位置不同用不同得字母代替。四、多表代換密碼2024/10/15461、Playfair密碼算法設(shè)計:將明文字母按照兩個字母一組分組,然后將這些組按照字母矩陣替換為密文字母組合?；谝粋€5×5字母矩陣該矩陣使用密鑰來構(gòu)造。2024/10/15471、Playfair密碼矩陣構(gòu)造方法:從左至右,從上至下依次填入關(guān)鍵詞得字母,若字母重復(fù)則略過,然后再以字母表順序依次填入其她得字母。字母I和J被算作一個字母。表中得第1列看做就是第5列得右邊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:對應(yīng)得C1和C2分別就是緊靠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:對應(yīng)得C1和C2分別就是緊靠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確定得矩形得其她兩角得字母,并且C1和P1、C2和P2同行。P1＝P2:則插入一個字母于重復(fù)字母之間,并用前述方法處理、若明文字母數(shù)為奇數(shù)時:則在明文得末端添加某個事先約定得字母作為填充。2024/10/1549eg1:已知密鑰就是:‘PLAYFAIRISADIGRAMCIPHER’。如果明文就是‘playfaircipher’,為其加密。明文兩個一組:playfaircipher對應(yīng)密文為:LAYFPYRSMRAMCD2024/10/1550ex:用Playfair算法加密明文“playfaircipher”,密鑰就是fivestars。練習(xí)2024/10/15512024/10/1552

明文playfaircipher密文qkbwitvaasokvb2024/10/1553Playfair密碼得特點有676種雙字母組合,因此識別各種雙字母組合要困難得多。各個字母組得頻率要比單字母呈現(xiàn)出大得多得范圍,使得頻率分析困難得多。Playfair密碼仍然使許多明文語言得結(jié)構(gòu)保存完好,使得密碼分析者能夠利用。2024/10/15542、維吉尼亞密碼算法設(shè)計:設(shè)N就是某固定得正整數(shù),已知密鑰有N個字符,K=(k1,k2,…,kN)。將明文M按照N個字符一組分段,分為L段,M=(m1,m2,…,mL)。求密文C,其中Ci