《密碼學(xué)基礎(chǔ)》PPT課件.ppt

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1、第四章密碼學(xué)基礎(chǔ)4.1密碼學(xué)概述4.1.1密碼學(xué)的發(fā)展密碼學(xué)是古老而深?yuàn)W的學(xué)科，歷史悠久。舉例：1949年，信息論的奠基人香農(nóng)發(fā)表《保密系統(tǒng)的通信理論》，為密碼學(xué)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。1977年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局僅公布了數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES),另一個(gè)Diffie和Hellman聯(lián)合提出的公鑰密碼體制，是密碼學(xué)發(fā)展史上兩個(gè)重要的成果。4.1.2密碼學(xué)的基本概念1密碼編碼學(xué)：研究密碼變化的客觀(guān)規(guī)律，設(shè)計(jì)各種加密方案，編制密碼以保護(hù)信息安全的技術(shù)。2密碼破譯學(xué)，也稱(chēng)密碼分析學(xué)在不知道任何加密細(xì)節(jié)的條件下，分析

2、、破譯經(jīng)過(guò)加密的消息以獲取信息的技術(shù)。3明文密碼學(xué)中，原始的消息稱(chēng)為明文。用字母P或M表示。4密文加密后的消息稱(chēng)為密文。用字母C表示。5加密將明文變換成密文，以使授權(quán)用戶(hù)不能獲取原始信息的過(guò)程。用某種方法偽裝消息以隱藏它的內(nèi)容的過(guò)程。6解密從密文恢復(fù)明文的過(guò)程。7加密算法明文到密文的變換法則，即加密方案。8解密方案密文到明文的變換規(guī)則。9密鑰加、解密過(guò)程中使用的明文、密文以外的其他參數(shù)，稱(chēng)之密鑰。用K表示。加密和解密的圖解用公式表示：加密E(P)=C；解密D(C)=P加密后再解密的公式表示：D(E(P

3、))=P加密密鑰K可以是很多數(shù)值中的一個(gè)任意值，密鑰K的可能值的范圍叫做密鑰空間。如果加密、解密用一個(gè)密鑰，是對(duì)稱(chēng)加密。Ek(P)=CDk(C)=P這兩個(gè)函數(shù)滿(mǎn)足：Dk(Ek(P))=P如果加密、解密用不同的密鑰，是非對(duì)稱(chēng)加密。圖解Ek1(P)=CDk2(C)=PDk2(Ek1(P))=P4.1.3密碼的分類(lèi)1按應(yīng)用技術(shù)分：手工密碼機(jī)械密碼電子機(jī)內(nèi)亂密碼通過(guò)電子電線(xiàn)，程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，以少量制亂元素產(chǎn)生大量的加密亂數(shù)。計(jì)算機(jī)密碼通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件或硬件來(lái)完成加密和解密的過(guò)程。2按加密過(guò)程轉(zhuǎn)換原理分：代換密

4、碼又稱(chēng)替換密碼，將明文的每個(gè)或每組字符由另一個(gè)或一級(jí)字符代替，形成密文。置換密碼又稱(chēng)移位密碼，加密時(shí)只對(duì)明文字母進(jìn)行重新排列，其位置發(fā)生了改變。上述兩種方法一般用于古典密碼中。3根據(jù)加、解使用相同的密鑰劃分對(duì)稱(chēng)密碼對(duì)稱(chēng)密碼體制也稱(chēng)單鑰密碼體制、秘密密鑰密碼體制。加密和解密使用完全相同的密鑰，或加密密鑰和解密密鑰彼此之間非常容易推導(dǎo)。非對(duì)稱(chēng)密碼非對(duì)稱(chēng)密碼體制也稱(chēng)為公鑰密碼體制。加密和解密使用不同的密鑰，而且由其中一個(gè)推導(dǎo)另一個(gè)很困難，兩個(gè)不同的密鑰，其中一個(gè)不公開(kāi)稱(chēng)為私鑰，另一個(gè)公開(kāi)叫公鑰。4按明文加密

5、處理單元分分組密碼加密時(shí)先將明文序列以固定長(zhǎng)度分組，每個(gè)明文組用相同的密鑰和算法進(jìn)行變換，得到一組密文。流密碼加密過(guò)程中，首先把報(bào)文、語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)等原始明文轉(zhuǎn)換成明文序列，然后將密鑰輸入到一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)（比特）發(fā)生器，產(chǎn)生一串隨機(jī)的8位比特?cái)?shù)，稱(chēng)為密鑰流或密鑰序列。將明文序列與密鑰序列進(jìn)行異或操作產(chǎn)生密文流。解密需要使用相同的密鑰序列，與密文相異或，得到明文。流密碼類(lèi)似于“一次一密”，不同的是，“一次一密”使用的是真正的隨機(jī)數(shù)流，而流密碼使用的是偽隨機(jī)數(shù)流。應(yīng)用如移動(dòng)充值卡、游戲充值卡。4.1.4密

6、碼分析分為密碼分析攻擊，窮舉攻擊1密碼分析攻擊唯密文攻擊：加密算法；要解密的密文已知明文攻擊：加密算法；要解密的密文；用（與待解的密文）同一密鑰加密的一個(gè)或多個(gè)明密文對(duì)。選擇明文攻擊：加密算法；要解密的密文；分析者任意選擇的明文，以及對(duì)應(yīng)的密文（與待解的密文使用同一密鑰加密）選擇密文攻擊：加密算法；要解密的密文；分析者有目的的選擇一些密文，以及對(duì)應(yīng)的明文（與待解的密文使用同一密鑰解密）2窮舉攻擊攻擊者對(duì)一條密文嘗試所有可能的密鑰，直到把它轉(zhuǎn)化為可讀的有意義的明文。4.2古典密碼體制古典密碼學(xué)充分體現(xiàn)了

7、現(xiàn)代密碼學(xué)的兩大基本思想：置換和代換，將數(shù)學(xué)的方法引入到密碼分析和研究中。有如下約定：加解密時(shí)忽略空格和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。4.2.1置換密碼對(duì)明文字每（字符、符號(hào)）按某種規(guī)律進(jìn)行位置的交換而形成密文的技術(shù)。1柵欄密碼把要加密的明文分成N個(gè)一組，然后把每組的第一個(gè)字符連起來(lái)，再加上第二個(gè)、第三個(gè)，以此類(lèi)推。舉例說(shuō)明：一種更復(fù)雜的方法是把消息按固定長(zhǎng)度分組，每組寫(xiě)成一行，則整個(gè)消息被寫(xiě)成一個(gè)矩形塊，然后按列讀出，但是把列的次序打亂。列的次序就是算法的密鑰。舉例：?jiǎn)渭兊闹脫Q字碼加密得到的密文中，有著與原始明文相的字

8、母頻率特征，因而較容易被識(shí)破。而且，雙字母章節(jié)和三字母音節(jié)分析辦法更是破譯這種密碼的有力工具。2多步置換較復(fù)雜，不容易構(gòu)造出來(lái)。上例中消息用相同算法再加密一次：4.2.2代換技術(shù)代換法是將明文字母用其他字母、數(shù)字或符號(hào)替換的一種方法。如果明文是二進(jìn)制序列，代換就是用密文位串來(lái)代換明文位串。代換密碼要建立一個(gè)或多個(gè)替換表，這樣的替換表就是密鑰。幾種代換密碼如下：1Caesar密碼2單表代換密碼3多表代換加密4Hill密碼1Caesar密碼Caesar密碼的