第二章信息安全.pptx

12 21 1 密码学概述密码学概述 2一、保密通信模型一、保密通信模型 A向B发送一报文，为了不被E窃听，A对报文进行加密，然后在通信信道上进行传输，B收到报文后进行解密，得到原来的报文。E即使窃听到密文，由于其没有密钥，他也无法还原出明文。保密通信安全保密通信安全的关键？的关键？3二、数据加密概念二、数据加密概念1 1、基本术语、基本术语明文是要加密的报文。密文是加密后的报文。密码算法是一些函数、公式、法则或程序，密码算法分为加密算法和解密算法，前者是将明文变换成密文，后者是将密文变换成明文。密钥是密码算法中的可变参数，可以是数字、词汇或语句。密钥分为加密密钥和解密密钥。42 2、数据加密的数学描述、数据加密的数学描述一个加密系统数学符号描述如下（假设k1=k2=k）：S=M，C，K，E，D其中M是明文空间，C是密文空间，K是密钥空间，E是加密算法，D是解密算法，当给定密钥kK时，加、解密算法分别记作Ek和Dk，并有：C=Ek(M)M=Dk(C)=Dk(Ek(M),或记为Dk=Ek1且Ek=Dk15三、密码学概述三、密码学概述密码学概念密码学概念密码学是对信息进行编码实现隐蔽信息的一门学问。6密码学发展的三个阶段密码学发展的三个阶段阶段一：1949年之前，古典密码学密码学还不是科学,而是艺术。出现一些密码算法和加密设备。密码算法的基本手段出现，保密针对的是字符。简单的密码分析手段出现。阶阶段段一一密密码码学学主主要要特特点点：由由于于数数据据传传递递具具有有一一对对一一的的特特点点，数数据据的的安安全全基基于于算算法法的保密的保密7阶段二：1949年1976年，现代密码学l密码学成为科学，具有较严密的数学理论基础，其安全性可以论证。l计算机使得基于复杂计算的密码算法成为可能。l对称密码体制成熟应用：加密密钥=解密密钥。l主主要要特特点点：由由于于数数据据传传递递具具有有一一对对多多的的特特点点，数数据据的的安安全全基基于于算算法法的的保保密密已已不不再再可可行行。本本阶阶段段最最大大特特点点在在于于一一切切秘秘密密寓寓于于密密钥钥之之中中，数数据据的的安安全全基基于于密密钥钥而而不不是是算算法法的的保保密密。即即在在设设计计加加密密系系统统时时，总总是是假定密码算法是公开的，真正需要保密的是密钥。假定密码算法是公开的，真正需要保密的是密钥。8阶段三：1976年以后，公钥密码学l开辟了现代密码学的新方向l 公钥密码体制发展起来：一对密钥，一个公开，另一个保密。l主主要要特特点点：公公钥钥密密码码使使得得发发送送端端和和接接收收端端无无密密钥钥传输的保密通信传输的保密通信成为可能；成为可能；拓展了密码学的用途拓展了密码学的用途。9四、两类密码体制四、两类密码体制1 1、对称密码体制、对称密码体制对称密码体制即加密密钥和解密密钥相同或一个可由另一个导出。在对称密钥中，密钥的管理极为重要，一旦密钥丢失，密文将无密可保。10112 2、公钥密码体制、公钥密码体制公钥密码体制又称为非对称密码体制，两个密钥（加密密钥和解密密钥）各不相同。一个密钥公开，另一个密钥不公开，从一个推导出另一个是不可行的。公钥密码的优点是可以适应网络的开放性要求，且密钥管理问题也较为简单，尤其可方便的实现数字签名和验证。1213五、两类密码算法五、两类密码算法1 1、序列密码算法、序列密码算法如果密文不仅与给定的密码算法和密钥有关，同时也是被处理的明文数据段在整个明文（或密文）中所处的位置的函数，则称为序列密码体制。是一个比特一个比特地处理。2 2、分组密码算法、分组密码算法如果密文仅与给定的密码算法和密钥有关，与被处理的明文数据段在整个明文（或密文）中所处的位置无关，则称为分组密码体制。分组密码体制就是将明文分成固定长度的组，如64bit一组，用同一密钥和算法对每一组加密，输出也是固定长度的密文。现代计算机密码算法的典型分组长度为64位14六、对密码算法的要求六、对密码算法的要求（1）必须提供高度的安全性，并且能够被证明；（2）具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又便于理解和掌握；（3）安全性应不依赖于算法的保密，其加密的安全性仅以加密密钥的保密为基础；（4）必须适用于不同的用户和不同的场合；151 1、密码分析学概念、密码分析学概念密码分析学是研究分析破译密码的学问。与密码学相互对立、促进。密码分析学是在不知道密钥的情况下，恢复出明文的科学。成功的密码分析能恢复出消息的明文或密钥。密码分析也可以用来发现密码体制的弱点，以对其进行改进。七、密码分析学概述七、密码分析学概述16一）、破译算法的代价不能大于加密数据的价值；二）、破译算法所需的时间不能大于加密数据保密的时间。2 2、密码分析遵循的两条基本原则、密码分析遵循的两条基本原则172 22 2 古典密码体制古典密码体制 （略）（略）181 1、规则、规则将字母表中的每个字母用该字母后第三个字母代替。字母转换关系：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZdefghIjklmnopqrstuvwxyzabc一、一、CaesarCaesar密码密码192 2、算法描述、算法描述假设a=0,b=1,c=2,z=25则加密算法为C=E(p)=(p+3)mod26则解密算法为p=D(C)=(C-3)mod26203 3、通用的、通用的CaesarCaesar算法算法假设K（1=K1。b)若n是素数，则(n)=n-1c)若n=p*q，p、q是素数，则(n)=(p-1)*(q-1)3、Euler定理：对于任何互素的整数g和n，有g(n)modn=1注：mod为模运算算子4、Euler定理的一个推论：对于任何互素的M和n，存在k，有Mk(n)1=Mmodn。(证明略)733 3、RSARSA算法过程算法过程1取两个随机大素数p和q（保密）。2计算公开的模数n=p*q(公开)。3计算秘密的欧拉函数(n)=（p-1）*(q-1)（保密），丢弃p和q，不要让任何人知道。4随机选取整数e,满足gcd(e,(n)=1(公开e)。5计算d满足de=1(mod(n)(保密d)。6将明文M按模为n自乘e次幂以完成加密操作，从而产生密文C。C=Memodn注意要保证C、M值在0到n-1范围内747解密：将密文C按模为n自乘d次幂M=Cdmodn因为ed1（mod(n)）因此存在k使得e.d=1+k(n)因此Cd=(Me)d=Med=M1+k(n)=Mmodn754 4、RSARSA算法举例算法举例1.选择两个互异素数：p=17&q=112.计算n=pq=1711=1873.计算(n)=(p1)(q-1)=1610=1604.选择e:gcd(e,160)=1;e=75.确定d:de=1mod160且d160取d=236.所以，公钥KU=7,187；私钥KR=23,1877.假设发送消息M=88(8810100）及其本源根g(即对于任何数y都可以表示成y=gLmodp)，将p、g公开；2.随机选一整数x作为私钥(保密)；3.计算y=gxmodp;将y作为公开密钥。813 3、ELGamelELGamel算法加密过程算法加密过程l在公钥数据库中查找获取用户的公钥y；l在0p-1间取整数k0；设m为明文，计算下式:C1=gk0modpK=yk0modpC2=Kmmodp；l发送C1和C2824 4、ELGamelELGamel算法解密过程算法解密过程l计算L=C1xmodp/注:x为私钥l明文m=C2L-1modp=Km(gxk0)-1modp=Km(yk0)-1modp=KmK-1modp=m(modp)83本章小结本章小结