密碼與隱藏技術(shù)

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1、第2章密碼與隱藏技術(shù)2.1密碼技術(shù)概述2.2古典加密方法2.3數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)DES2.4高級加密標(biāo)準(zhǔn)AES2.5公開密鑰體制2.6RSA算法2.7NTRU公開密鑰體制2.8對稱加密體制與公開密鑰體制比較2.9信息隱藏技術(shù)2.10數(shù)字水印12.1密碼技術(shù)概述密碼技術(shù)是防止信息泄露的技術(shù)，是信息安全技術(shù)中最重要和最基本的安全技術(shù)。密碼技術(shù)中常用的一些術(shù)語：1．明文P（Plaintext）：可以理解的信息原文。2.加密E（Encryption）：用某種方法偽裝明文以隱藏它的內(nèi)容的過程。3．密文C（Ciphertext）：經(jīng)過加密后將明文變換成不容易理解的信息。4．解密

2、D（Decryption）：將密文恢復(fù)成明文的過程。25．算法（algorithm）：就是用于加密或解密的方法，在現(xiàn)代密碼學(xué)中算法就是一個用于加密和解密的數(shù)學(xué)函數(shù)。6．密鑰K（key）：是用來控制加密和解密算法的實現(xiàn)。典型的加密和解密過程可以用圖2.1來描述。如果將加密過程看成是一個數(shù)學(xué)函數(shù)F的話，則密文C可以表示為：C=F（P，K）3這個函數(shù)具有兩個自變量P和K，在函數(shù)F的作用下得到密文。在已知密鑰K1、K2、加密算法E和解密算法D時，則加密和解密過程可以表示如下：EK1（P）=CDK2（C）=P顯然為使明文加密后能被解密必須有：P=DK2（EK1（P））=

3、P在實際加密和解密時，根據(jù)加密算法的特點，K1與K2的值可以不同，也可以相同。4例：設(shè)明文是一串二進(jìn)制序列，加密和解密算法都采用模2運算，即異或運算⊕，加密密鑰和解密密鑰也相同。若明文P=11001100加密和解密密鑰K=11000111則加密后的密文C=P⊕K=00001011解密后的密文P=C⊕K=11001100如字符串“HYIT”的ASCII碼為48594954H，密鑰用05H，密文為4D5C4C51H，對應(yīng)的ASCII碼為“MLQ”5現(xiàn)代密碼學(xué)已發(fā)展成兩個重要的研究分支：（1）對稱加密方法，其典型代表是數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)DES（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)）、IDEA（

4、國際數(shù)據(jù)加密算法）、AES（高級加密標(biāo)準(zhǔn)）等算法。（2）公開密鑰算法(也稱非對稱算法)，其典型代表是RSA、橢圓曲線加密、NTRU算法等。62.2古典加密方法2.2.1代替密碼代替密碼又稱替換密碼，就是按照一定要求，將明文中的每個字符替換成另一個字符，明文中字符的位置保持不變，但其本身改變了。分為單表代換和多表代換。（1）單表代換：同一個字符具有一個密文字符。（2）多表代換：同一個字符具有不同的密文字符。如：移位密碼：C=P+K(mod26),M=C-K(mod26)仿射變換：C=aP+b(mod26),M=a-1(C-b)(mod26)，a與26互素7多表代

5、換：密鑰由多個字母組成，依次用來對明文進(jìn)行加密。2.2.2換位密碼換位密碼也可稱為置換密碼，它是改變明文中字母的位置，明文中的字母不變。也就是明文中的字母保持不變，但順序被打亂了。例如可以將明文the變換成het。82.3對稱加密體制對稱加密算法，有時又叫傳統(tǒng)密碼算法，它的典型特點是：1．采用的解密算法就是加密算法的逆運算，或者解密算法與加密算法完全相同；2．加密密鑰和解密密鑰相同，或者加密密鑰能夠從解密密鑰中推算出來，反過來也成立。對稱算法要求發(fā)送者和接收者在安全通信之前，商定一個密鑰。它的安全性依賴于密鑰的保密性。9對稱算法可分為兩類：分組密碼和序列密碼或

6、流密碼。1．分組密碼是將明文分成固定長度的組或塊（如64比特為一組），然后用同一密鑰和算法對每一塊進(jìn)行加密，輸出密文的長度也是固定的，如圖2.3所示。教材P192．序列密碼（streamcipher）的主要原理是通過偽隨機序列發(fā)生器產(chǎn)生性能優(yōu)良的隨機序列，使用該序列與明文序列疊加來輸出密文序列。解密時，再用同一個隨機序列與密文序列進(jìn)行疊加來恢復(fù)明文，如圖2.4所示。教材P19102.3.1DES算法DES（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，DataEncryptionAlgorithm）算法：IBM提出，美國標(biāo)準(zhǔn)，世界首例標(biāo)準(zhǔn)。DES是分組加密算法，它以64位（二進(jìn)制）為一組，對

7、稱數(shù)據(jù)加密，64位明文輸入，64位密文輸出。密鑰長度為56位，但密鑰通常表示為64位，并分為8組，每組第8位作為奇偶校驗位，以確保密鑰的正確性，這樣對用戶來說每組密鑰仍是56位。利用密鑰，通過傳統(tǒng)的換位、替換和異或等變換，實現(xiàn)二進(jìn)制明文的加密與解密。11DES算法概要：1．對輸入的明文從右向左按順序每64位分為一組（不足64位時，在高位補0），并按組進(jìn)行加密或解密。2．進(jìn)行初始換位。3．將換位后的明文分成左、右兩個部分，每部分為32位長。4．進(jìn)行16輪相同的變換，包括密鑰變換。5．將變換后左右兩部分合并在一起。6．逆初始變換，輸出64位密文。12p=p1p2…

8、p64p’=p58p50…p7c’=c