网络与信息安.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六级,第七级,第八级,2021/12/10,Network and Information Security,网络与信息安全,Network and Information Security,1 张世永.网络安全原理与应用.科学出版社,2003,5,2 William Stallings密码编码学与网络安全：原理与实践（第2版）北京：电子工业出版社，2001,3 冯登国.密码分析学.清华大学出版社,2000.,4 胡建伟网络安全与保密西安：西安电子科技大学出版社，2002,5 王凤英,程震.网络与信息安全,中国铁道出版社,2015,6,网络教学综合系统 and Information Security,学习目的,掌握网络信息安全的,基本概念,理解网络提供的,安全服务,了解网络,安全标准,掌握网络,安全的层次,理解,安全机制的内容,学会使用,安全技术,学习目标,面对林林总总的网络信息安全隐患和威胁：,1 学会,辨识,安全威胁,学会,绕开,安全威胁,当遇到,不同安全威胁,时知道,采取什么样的安全策略,能够采取,安全技术和措施,抵御安全威胁,5 能够,实现,安全技术（,最高阶,）,Network and Information Security,网络信息安全实现途径,硬件：,防火墙、加密机、加密卡、U盾软件：,杀毒软件、防火墙软件、安全软件,软硬结合：,入侵检测、防御系统,Network and Information Security,Network and Information Security,学习这门课有什么用？,找工作,面试，网管，软件开发，网络安全维护,哪些单位和部门涉及本门课的知识,公安、国家安全、保密部门、银行、证券、保险、涉及资金流的部门、航空航天、网上交易,3,研究生,面试，研究生方向,你遇到的网络安全隐患和危险,载体：,手机、计算机,方式：,电子支付、诽谤,信息社会中，只有掌握和运用先进的,信息安全防护技术和方法,，做到心中有数、技高一筹，才能获得信息安全防护优势置对手于无可奈何的境地。,Network and Information Security,Network and Information Security,依赖信息进行,研究和决策,网络空间安全 一级学科,Cyberspace Security,第1章 网络信息安全综述,1.1 网络与信息安全的重要性,网络安全渗透各个领域,1,网络安全与政治,恐怖分子都使用加密的电子邮件互相联络。一些国内外反动势力和非法组织还利用因特网在境外设立网站。,2,网络安全与经济,数字现金和纸质现金一样是不可追踪的。,目前美国、德国、英国、法国每年由于网络安全问题而遭受的经济损失达数百亿美元。,3,网络安全与军事海湾战争初期，美军就对伊军实施了“病毒”战，使其防空指挥控制系统失灵。,正如美国未来学家托尔勒所说：“谁掌握了信息，谁控制了网络，谁就将拥有整个世界。”网络安全已成为左右国家政治命脉、经济发展、军事强弱和文化复兴的关键因素。,Network and Information Security,Network and Information Security,网络是把双刃剑,网络安全已发展为计算机科学的一个重要分支，而网络安全的内涵非常丰富，它涉及到,法律学、犯罪学、心理学、经济学、应用数学、数论、计算机科学、加密学及审计学,等相关学科。,网络的,开放和安全本身是一对矛盾，是对立的。,如果想“鱼和熊掌”都能兼得，就必须对,开放系统,的安全性进行深入和自主的研究，找到并理清实现,开放系统的安全性,所涉及的关键技术环节，并掌握设计和实现开放系统安全性的方案和措施。,Network and Information Security,网络安全、信息安全和计算机安全,之间的关系:,计算机、网络和信息,这三个概念已变得唇齿相依、相辅相成、不可分割.,探讨和研究三者中的任何一个问题，都离不开另外的两者。,涉及到,网络安全的问题,，也都与,信息安全和计算机安全相关,。,1.2 网络与信息安全的基本概念,Network and Information Security,（1）,机密性,，即消息只有合法的接收者才能读出，其他人即使收到也读不出。,（2）,真实性,，即消息的确是由宣称的发送者发送的，如冒名顶替则会被发现。,（3）,完整性,，即消息在传输过程中如果篡改则会被发现。,（4,）抗抵赖,，即消息的发送者在发送后不能否认他发送过该消息。,（5）,访问控制,信息安全，一般有以下5项基本要求：,Network and Information Security,网络安全遵循“木桶原理”,木桶原理:一个木桶由许多块木板组成，如果组成木桶的这些木板长短不一，那么木桶的最大容量不取决于长的木板，而,取决于最短的那块木板,。,网络安全界广泛认可“木桶理论”，整个系统的安全防护能力，取决于,系统中安全防护能力最薄弱的环节。,信息从产生到销毁的生命周期过程中包括了,产生、收集、加工、交换、存储、检索、存档、销毁,等多个事件，表现形式和载体会发生各种变化，这些环节中的任何一个都可能影响整体信息安全水平。,网络与信息安全是一个,系统工程,。,Network and Information Security,1.3 网络安全威胁,1.3.1 网络安全威胁的类型,（1）窃听 （2）假冒,（3）,重放,（4）,流量分析,（5）破坏完整性 （6）,拒绝服务,（7）资源的非授权使用 （8）特洛伊木马,（9）病毒 （10）诽谤,Network and Information Security,1.3.2 网络安全威胁的动机,威胁安全问题的实体是入侵者，因此,识别入侵者,是一项烦琐而艰巨的任务。,了解攻击的动机,可以帮助用户洞察网络中,哪些部分,容易受攻击以及攻击者最可能采取什么行动。,有的放矢,在网络入侵的背后，通常有以下5种形式的动机。,1商业间谍,2,经济利益,经济利益是一种普遍的网络攻击目的。,3报复或引人注意,4恶作剧,5无知,Network and Information Security,网络安全的结构层次主要包括：,物理安全、安全控制和安全服务。,1.3.1 物理安全,物理安全是指在,物理介质,层次上对,存储和传输,的网络信息的安全保护。物理安全是网络信息安全的,最基本保障,。该层次上常见的不安全因素包括三大类：,(1)自然灾害,(2)电磁辐射,(3)操作失误,1.4 网络安全的层次结构,第1章,Network and Information Security,安全控制是指在网络系统中对,存储和传输,信息的操作和进程进行,控制和管理,，重点是在,网络信息处理层次,上对信息进行初步的安全保护。安全控制可以分为以下三个层次：,(1),操作系统的安全控制,。包括对用户的,合法身份,进行核实(比如，开机时要求键入口令)和对文件的读/写存取的控制(,比如，文件属性控制机制)等。,(2),网络接口模块的安全控制,。指在网络环境下对,来自其它机器,的网络通信进程进行安全控制。此类控制主要包括,身份认证、客户权限设置与判别、审计日志,等。,(3),网络互联设备的安全控制,。指对整个子网内的,所有,设备（主机、路由器、交换机）的,传输信息和运行状态,进行安全,监测和控制,。此类控制主要通过,网管软件,或,路由器配置,实现。,Network and Information Security,第1章 综述,1.3.2 安全控制,Network and Information Security,安全服务是指在,应用程序层,对,网络信息的保密性、完整性和信源的真实性,进行,保护和鉴别,，以满足用户的安全需求，防止和抵御各种安全威胁和攻击手段。,安全服务可以在,一定程度上,弥补和完善,现有,操作系统和网络系统,的安全漏洞。,安全服务的主要内容包括：,安全机制、安全连接、安全协议、安全策略,。,Network and Information Security,第1章,1.3.3 安全服务,讨论安全服务内容所包含的,主要范畴,Network and Information Security,安全服务,(1)安全机制是用来,预防、检测或从安全攻击中恢复的机制,。,(2)安全连接是在,安全处理前网络通信双方之间的连接过程,。,(3)安全协议是,多个实体为完成某些安全任务所采取的一系列有序步骤,。,(4)安全策略是,决策的集合,。,Network and Information Security,1.5.1 可信计算机系统评估准则,为了保障计算机系统的信息安全，1985年，美国国防部发表了,可信,计算机系统评估准则,，它依据处理的信息等级采取相应的对策，划分了四类七个安全等级。,依照各类、级的安全要求从低到高，依次是D、C1、C2、B1、B2、B3和A1级。,Network and Information Security,第1章,1.5 网络安全的评价标准,Network and Information Security,D级,最低安全保护,(Minimal Protection)。没有任何安全性防护，如DOS和Windows 95/98等操作系统。,C1级,自主安全保护Discretionary Security Protection)。,这一级的系统必须对所有的,用户进行分组,；每个用户必须,注册,后才能使用；系统必须,记录每个用户的注册活动,；系统对可能,破坏自身的操作将发出警告,。,用户可保护自己的文件不被别人访问，如典型的,多用户系统,。,Network and Information Security,第1章,Network and Information Security,C2级,可控访问保护,(Controled Access Protection)。,在C1级基础上，增加了以下要求：,所有的客体都只有一个,主体,；所有者？,对于每个试图访问客体的操作，都必须,检验权限,；,仅有主体和主体,指定的用户,才可以更改权限；,管理员,可以取得客体的所有权，但不能再归还；,系统必须保证自身,不能被管理员以外的用户改变,；,系统必须有能力对所有的,操作进行记录,，并且只有管理员和由管理员指定的用户可以访问该记录。,具备,审计,功能，不允许访问其他用户的内存内容和恢复其他用户已删除的文件。SCO UNIX和Windows NT属于C2级。,Network and Information Security,第1章,Network and Information Security,B1级,标识的安全保护,(Labeled Security Protection)。增加以下几条要求：,不同组的成员不能访问对方创建的客体，但管理员许可的除外；,管理员不能取得客体的,所有,权（拥有权）。,允许带级别的访问控制，如一般、秘密、机密、绝密等。Windows NT的定制版本可以达到B1级。,B2级,结构化保护,(Structured Protection)。增加以下几条要求：,所有的用户都被授予一个安全等级；,安全等级较低的用户不能访问高等级用户创建的客体。,银行的金融系统通常达到B2级。提供结构化的保护措施，对信息实现分类保护。,Network and Information Security,第1章,Network and Information Security,B3级,安全域保护,(Security Domain)。增加以下要求：,系统有自己的执行域，不受外界干扰或篡改。,系统进程运行在不同的地址空间从而实现隔离。,具有高度的抗入侵能力，可防篡改，进行安全审计事件的监视，具备故障恢复能力。,A1级,可验证设计,(Verified Design)。增加以下要求：,系统的整体安全策略一经建立便不能修改。,计算机的软、硬件设计均基于正式的安全策略模型，可通过理论分析进行验证，生产过程和销售过程,也绝对可靠,，但目前尚无满足此条件的计算机产品。,Network and Information Security,第1章,Network and Information Security,其中，C类称为酌情保护，B类称为强制保护，A类称为核实保护。,这个标准过分强调了保密性，而对系统的,可用性和完整性,重视不够，因此实用性较低。,1.5.2 网络安全体系结构,国际标准化组织（International Standard Organization,ISO）提出了OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model，开放系统互联参考模型,OSI）。,1988年，ISO发布了OSI,安全体系结构,ISO7498-2标准，作为OSI基本参考模型的补充。,这是基于OSI参考模型的七层协议之上的信息安全体系结构。它定义了,5类安全服务、8种特定安全机制、五种普遍性安全机制,。,它确定了安全服务与安全机制的关系以及在OSI七层模型中安全服务的配置，还确定了OSI安全体系的安全管理。,国际标准化组织在网络安全体系的设计标准（ISO 7498-2）中，定义了5大安全服务功能：,身份认证服务、数据保密服务、数据完整性服务、不可否认服务和访问控制服务,。,Network and Information Security,Network and Information Security,1.5.3 网络安全服务,目标,类型,作家麦加在著名的暗算一书中，针对“保密性”写了如下一段话：,你肯定不是你，,我肯定不是我，,桌子肯定不是桌子，,黑板肯定不是黑板，,明天肯定不是明天，,阳光肯定不是阳光，,这里的“肯定”是不准确的说法，在部分你会看到“肯定”的反例。,5类安全服务功能描述,Network and Information Security,保密性,身份认证,完整性,访问控制,不可否认,你不是你，,我不是我，,明天不是明天，,阳光不是阳光。,你的确是你，,我的确是我，这个路由器的确是这个路由器。,你毫发无损，,我毫发无损。,你是完整的，,我是完整的。,你有权做你该做的事，,我有权做我该做的事。,我无权做你该做的事，,你无权做我该做的事。,你所做的不能抵赖，,我所做的不能抵赖。,一切以变换后的形式存在！,不能冒充！,完好无损！,不能越权！,做了就会留下痕迹！,Network and Information Security,1,身份认证服务,身份认证 确保会话对方的资源(人或计算机)同他声称的相一致。,这种服务在连接建立或在数据传送阶段的某些时刻使用,用以,证实一个或多个连接实体的身份。,2 数据保密服务,数据保密确保,敏感信息不被非法者获取,。这种服务对数据提供保护使之不被非授权地泄露。,3数据完整性服务,使系统只允许授权的用户修改信息，以保证所提供给用户的,信息是完整无缺的。,完整性有两方面的含义：数据本身的完整性和连接的完整性。,4不可否认服务,不可否认又称为审计确保任何发生的交互在,事后可以被证实,，即所谓的不可抵赖性。,5访问控制服务,访问控制(Access Control),确保会话对方(人或计算机)有权做他所声称的事情。,访问控制就是控制主体对客体资源的访问。,Network and Information Security,1.5.4 特定安全机制,ISO定义了8种特定安全机制,1 加密,加密是对数据进行,密码变换,以产生密文。,加密能为,数据,提供机密性（保密性）。,加密算法可以是,可逆,的,也可以是,不可逆,的。,Network and Information Security,2 数字签名机制,数字签名是,附加,在数据单元上的一些数据或是对数据进行的,密码变换,，以达到,不可否认,或,完整性,的目的。,这种机制有两个过程:,对数据单元,签名,;,验证,签过名的数据单元。,Network and Information Security,3 访问控制机制,访问控制机制,可以建立在使用下列所举的一种或多种手段之上:,(1)访问控制信息库,在这里保存有对等实体的访问权限。,这些信息可以由授权中心保存,或由正被访问的那个实体保存。,(2),鉴别信息,例如口令,对这一信息的占有和出示便证明正在进行访问的实体已被授权;,(3,)权力:,对它的占有和出示便证明有权访问由该权力所规定的实体或资源;,(4),安全标记:,当与一个实体相关联时,这种安全标记可用来表示同意或拒绝访问,通常根据安全策略而定;,(5)试图访问的时间;,(6)试图访问的路由;,(7)访问持续期。,Network and Information Security,4 数据完整性机制,数据完整性有两个方面:单个,数据单元或字段,的完整性,以及,数据单元流,或,字段流,的完整性。,5 鉴别交换机制,可用于鉴别交换的一些技术是:,(1)使用鉴别信息,例如口令,由,发送实体,提供而由,接收实体,验证;,(2)密码技术;,(3)使用该实体的特征或占有物。,Network and Information Security,6 通信业务填充机制,通信业务填充机制能用来提供,各种不同级别的保护,抵抗通信业务分析。这种机制只有在通信业务填充受到机密服务保护时才是有效的。,7 路由选择控制机制,路由能动态地或预定地选取,以便只使用物理上安全的子网络、中继站或链路。在检测到持续的操作攻击时,端系统可希望指示网络服务的提供者经不同的路由建立连接。,8 公证机制,有关在两个或多个实体之间通信的数据的性质,如它的完整性、原发、时间和目的地等能够借助公证机制而得到确保。这种保证是,由第三方公证人,提供的。,Network and Information Security,1.5.5 普遍性安全机制,1 可信功能,信息安全与“可信”具有千丝万缕的联系。“可信”本身是一个多层次多范畴的概念，它是一个相对的概念，比较模糊。,“可信”既是信息安全的目标，也是一种方法。,传统的信息安全主要通过,防火墙、病毒检测、入侵检测及加密,等手段实现，是以,被动防御为主,，结果是不仅各种防御措施花样层出，防火墙越砌越高、入侵检测越做越复杂、恶意代码库越做越大，但是信息安全仍然得不到有效保障。,现在研究“可信”的主要目的就是要建立起,主动防御的信息安全保障体系。,近几年我们国家也非常重视可信计算，在这方面的研究有一定的进展。,上个世纪80年代中期，美国国防部制定并出版了“可信计算机安全评价标准”（TCSEC）。,Network and Information Security,2 安全标记,包含数据项的资源可能具有与这些数据相关联的安全标记,例如指明,数据敏感性级别的标记,。常常必须在转送中与数据一起运送适当的安全标记。,3 事件检测,与安全有关的事件检测包括对,明显的安全事件的检测,也可以包括对,“正常”事件的检测,例如一次成功的访问(或注册)。,与安全有关的事件的检测可由OSI内部含有安全机制的实体来做。,Network and Information Security,4 安全审计跟踪,安全审计跟踪提供了一种不可忽视的安全机制：,经事后的安全审计,得以,检测和调查安全漏洞,。,安全审计就是对,系统的记录,（日志）与行为进行独立的品评考查,目的是测试系统的控制是否恰当保证与,既定策略和操作的,协调一致,有助于做出,损害评估,以及对在,控制、策略与规程,中,指明的改变做出评价,。,5 安全恢复,安全恢复处理来自诸如事件处置与管理功能等机制的请求,并把,恢复动作,当作是应用一组规则的结果。,这种,恢复动作可能,有三种:(1)立即的;(2)暂时的;(3)长期的。,Network and Information Security,小结,网络安全的结构层次主要包括：,物理安全、安全控制和安全服务,。,网络安全服务的目标包括,身份认证、访问控制、数据保密性、数据完整性和可审计性。,网络面临众多的安全威胁，安全威胁的产生有其内在的原因。目前，国际和国内都有相关标准来评价网络安全。,绝对,的网络与信息安全是不存在的，在实际应用中应针对具体的安全需求制定安全策略，在制定,安全策略时应遵守“木桶原理”,，不可偏颇。,我们对安全方面的需求是要付出代价的，因此，不管应用的场合和环境,一味的追求高安全性,是不现实的,按需制定安全方案和策略是可行的。,Network and Information Security,第2章 对称秘钥密码体系,2.1 密码体系的原理和基本概念,2.2 数据加密标准(DES),2.3 IDEA,2.4 AES,2.5 序列密码,学习目标,理解密码学的基本原理；,了解DES加密算法；,了解IDEA 加密算法；,掌握AES加密算法；,了解A5加密算法；,理解序列密码原理。,Network and Information Security,Network and Information Security,2.1 密码学原理,Network and Information Security,加密解密公式,明文用M（消息）或P（明文）表示，密文用C表示。加密函数E作用于M得到密文C，用数学式子表示为：,E（M）=C,相反地，解密函数D作用于C产生M,D（C）=M,先加密后再解密消息，原始的明文将恢复出来，下面的等式必须成立：,D（E（M）=M,加密和解密离不开密钥的参与,Network and Information Security,安全密码准则,所有算法的安全性都,基于密钥的安全性,，而,不是,基于,算法细节的安全性,。,只有公开的算法才是安全的,。,Network and Information Security,对称密钥密码和非对称密钥密码,基于密钥的算法通常有两类：,对称算法和非对称算法,。,对称算法有时又叫传统密码算法，就是,加密密钥能够从解密密钥中容易地推算出来,，反过来也成立。,在大多数对称算法中，加/解密密钥是相同的。,对称算法可分为两类。,一,次只对明文中的单个比特（有时对字节）,运算的算法称为,序列密码,或流密码算法,。,另一类算法是对明文的一组比特进行运算，这些比特组,称为分组,，相应的算法称为,分组算法,。,Network and Information Security,图2-4 分组密码的工作原理,m、n、x长度之间的关系？,加密算法可以认为是一种变换：化学变换、物理变换,加密算法比喻：,水-冰,不可逆加密算法,：蝌蚪-青蛙,可逆加密算法：,水-冰-水,Network and Information Security,非对称算法是这样设计的：用作,加密的密钥不同于用作解密的密钥,，而且,解密密钥不能根据加密密钥计算出来,（至少在合理假定的有限时间内）。,非对称算法也叫做,公开密钥算法,，是因为加密密钥能够公开，即他人能用,加密密钥,加密信息，但只有用相应的,解密密钥,才能解密信息。,Network and Information Security,密码分析,根据被破译的难易程度，不同的密码算法具有不同的安全等级,如果,破译算法的,代价,大于加密数据的价值,，那么可能是安全的。,如果破译算法,所需的,时间,比加密数据,保密,的时间更长，那么可能是安全的。,如果用单密钥,加密的,数据量,比破译算法需要的,数据量少得多,，那么可能是安全的。,Network and Information Security,复杂性,几乎所有密码系统在唯密文攻击中都是可破的,，只要简单地一个接一个地去试每种,可能的密钥,，并且检查所得明文是否有意义。这种方法叫做,蛮力攻击,。,密码学更关心,在计算上不可破译的密码系统,。如果一个算法用（现在或将来的一段时间）,可得到的资源,在可,接受的时间内,都不能破译，这个算法则被认为在,计算上是安全的,。,Network and Information Security,可以用不同方式衡量,攻击方法,的复杂性：,(1),数据复杂性,：用作攻击输入所需要的数据量。,(2),时间复杂性,：完成攻击所需要的时间。,(3),存储复杂性,：进行攻击所需要的存储量。,Network and Information Security,2.2 数据加密标准(DES),64位分组，密钥56位，16轮运算。,1.初始置换函数IP,2获取子密钥K,i,3密码函数,F,4末置换函数IP,-1,Network and Information Security,DES加密算法已经早已被破解，是不安全的加密算法，也可以说是弱加密算法，建议不要再使用。,1997年6月，,DESCHAL计划,第一次公开破解了DES加密的信息。1998年7月，,EFF,（Electronic Frontier Foundation，电子前哨基金会）的DES破解器（Deep Crack）在56小时内破解了DES密钥。1999年1月，,Deep Crack,和,合作在22小时15分钟内破解了一个DES密钥。,注：Deep Crack 是EFF制造的专用于破解des的机器,共耗资25万美元,该机器使用1536个专用处理器,平均破解(穷举)出一个正确的key需耗时4天左右.每秒钟可以穷举920亿个key。,DES已经早已被破解,Network and Information Security,2.3,IDEA,IDEA即国际数据加密算法，它的原型是PES(Proposed Encryption Standard)。对PES改进后的新算法称为IPES，并于1992年改名为IDEA(International Data Encryption Algorithm)。,Network and Information Security,IDEA是一个分组长度为,64位,的分组密码算法，密钥长度为128位,，同一个算法即可用于加密，也可用于解密。,IDEA的加密过程包括两部分：,(1),输入的64位明文组,分成,四个16位子分组,：X,1,、X,2,、X,3,和X,4,。,四个子分组作为算法第一轮的输入，总共进行八轮的迭代运算，产生64位的密文输出,。,(2),输入的128位会话密钥产生八轮迭代所需的52个子密钥,(八轮运算中每轮需要六个，还有四个用于输出变换)。,Network and Information Security,2.4 高级加密标准AES,回顾：DES IDEA，分组和密钥长度？,2.4.1 AES产生背景,1997年4月15日，美国国家标准与技术研究所（NIST）发起征集AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）的活动。,作为新的数据加密标准代替陈旧的DES。,对AES的基本要求是：,数据分组长度,至少,为128 bit，密钥长度为128/192/256 bit。,2.4 高级加密标准AES(续),1998年8月12日,，在首届AES会议上公布了AES的,15个候选算法,，任由全世界各机构和个人测试和评论。,1999年3月,，在第二届AES会议上经过对全球各密码机构和个人对候选算法分析结果的讨论，,从15个候选算法中选出5个。,2000年4月13日和14日,，召开第三届AES会议，继续,对最后5个候选算法进行讨论。2000年10月2日,，NIST宣布Rijndael（荣代尔）作为新的AES脱颖而出。,Network and Information Security,2.4.2 AES 算法的特点,AES（Rijndael）是一个迭代型分组密码，它的设计策略是,宽轨迹策略,（Wide Trail Strategy），具有,可变的,分组长度和密钥长度。,宽轨迹策略是,针对差分分析和线性分析,提出的一种新的策略，由此可以,分析算法抵抗差分密码分析和线性密码分析的能力。,Network and Information Security,2.4.2 AES 算法的特点(续1),分组长度和密钥长度都可变,，,三个密钥长度分别为128/192/256 bit,，用于,加密分组长度为128/192/256,bit的分组，响应的,轮数分别为10/12/14,。,算法的迭代轮次依赖于数据分组的长度和密钥的长度，其关系如表 所示，其中,Nb=分组长度/32,，,Nk=密钥长度/32,，,Nr为迭代轮次,。,Network and Information Security,分组长度、密钥长度与迭代轮次的关系,除32后是字长,b-block,K-key,r-rotation,2.4.3 AES（Rijndael）算法,1 AES算法描述,以下具体描述AES算法的思路。,（1）基本概念,类似于明文分组和密文分组，将表示算法的,中间结果,的分组称为,状态（State），,状态用,矩阵,表示(以字节为单位),，,所有的,操作,都在状态上进行。,Network and Information Security,Nb=6,、,Nk=4时，分组和密钥长度是多少bit?,(2)轮变换,AES的每一轮，不同的变换作用于中间状态。,AES的轮变换包含四种不同的变换：,1）字节变换（SubBytes）,2）移行变换（ShiftRows）,3）混列变换（MixColumns）,4）轮密钥加（AddRoundKey）,Network and Information Security,动画演示加密过程！,分组长度和密钥长度均为128 bit的10轮加密过程,3轮密钥的生成,轮密钥的生成过程算法由密钥扩展和轮密钥选取两部分构成。,(1)密钥扩展。,(2)轮密钥选取。,Network and Information Security,4加密算法,加密算法为顺序完成以下操作：,初始的密钥加；(Nr-1)轮迭代；一个结尾轮。,即：,Rijndael,(,State，CipherKey,),KeyExpansion(CipherKey,ExpandedKey);,AddRoundKey(State，ExpandedKey);,for(i=1;iNr;i+)Round(State,ExpandedKey+Nb*i);,FinalRound(State,ExpandedKey+Nb*Nr),其中,CipherKey是种子密钥,，,ExpandedKey是扩展密钥,。密钥扩展可以事先进行（预计算），且Rijndael密码的加密运算可以用这一扩展来描述，即：,Rijndael(State，CipherKey),AddRoundKey(State，ExpandedKey);,for(i=1;iNr;i+)Round(State,ExpandedKey+Nb*i);,FinalRound(State,ExpandedKey+Nb*Nr),5解密算法,解密只需对所有操作逆序，设字节变换(ByteSub)、移行变换(ShiftRow)、混列变换(MixColumn)的逆变换分别为InvByteSub、InvShiflRow、InvMixColurnn，而AddRoundKey的逆操作就是它本身。Rijndael密码的解密算法为顺序完成以下操作：初始的密钥加；(Nr-1)轮迭代；一个结尾轮。其中解密算法的轮函数为：,InvRound(State,RoundKey),InvByteSub(State);,InvShiftRow(State);,InvMixColumn(State);,AddRoundKey(State,RoundKey),解密算法的结尾轮为：,InvFinalRound(State,RoundKey),InvByteSub(State);,InvShiftRow(State);,AddRoundKey(State,RoundKey),设加密算法的初始密钥加、第1轮、第2轮、第Nr轮的子密钥依次为：,k(0)，k(1)，k(2)，k(Nr-1)，k(Nr),则解密算法的初始密钥加、第1轮、第2轮、第Nr轮的子密钥依次为：,k(Nr)，InvMixColumn(k(Nr-1)，InvMixColumn(k(Nr-2)，InvMixColumn(k(1)，k(0),2.4.4 AES 算法的优点,1,安全性：,抵御,差分密码分析和线性密码分析,；,2,灵活性：,具有可变的分组长度和密钥长度；,3,高效性,：算法的执行效率较高，运算速度快；,4,空间少,：内存要求低；,5,易实现：,每一种变换中的每一步运算都相对简单，用计算机都容易实现,Network and Information Security,2.4.5 AES 算法应用,AES 算法是强加密算法，已成为,虚拟专用网、SONET、远程访问服务器、高速ATM以太路由器、移动通信、电子金融业务,等的加密算法，并取代DES在IPSec、SSL和ATM中的加密功能。,IEEE 802.11i草案已经定义了,AES,JJI3的两种不同运行模式，成功解决了,无限局域网标准,中的诸多,安全问题,。,相对于采用64位加密算法的传统蓝牙设备而言，,小米手机2的蓝牙模块采用了AES的128位加密算法，,因此具有极高的安全性能，不用担心隐私的泄漏。,Network and Information Security,DES、IDEA、AES分组加密算法比较,DES,是现代密码学最早的对称分组加密算法。,IDEA,无论是速度还是安全性都有很好的表现，目前在PGP中使用。,AES,分组和密钥长度可变，使用者可自行选择，速度和安全性也都非常好，极具应用前景。,Network and Information Security,DES、IDEA、AES 的比较,算法名称,分组长度（位）,密钥长度（位）,循环轮数,速度,安全性,DES,64,56,16,慢,低,IDEA,64,128,8,快,高,AES,128,192,256,128,192,256,10,12,14,快,高,DES、IDEA、AES 的比较,算法名称,分组长度（位）,密钥长度（位）,循环轮数,速度,安全性,DES,64,56,16,慢,低,IDEA,64,128,8,快,高,AES,128,192,256,128,192,256,10,12,14,快,高,DES、IDEA、AES 的比较,算法名称,分组长度（位）,密钥长度（位）,循环轮数,速度,安全性,DES,64,56,16,慢,低,IDEA,64,128,8,快,高,AES,128,192,256,128,192,256,10,12,14,快,高,DES、IDEA、AES 的比较,算法名称,分组长度（位）,密钥长度（位）,循环轮数,速度,安全性,DES,64,56,16,慢,低,IDEA,64,128,8,快,高,AES,128,192,256,128,192,256,10,12,14,快,高,DES、IDEA、AES 的比较,算法名称,分组长度（位）,密钥长度（位）,循环轮数,速度,安全性,DES,64,56,16,慢,低,IDEA,64,128,8,快,高,AES,128,192,256,128,192,256,10,12,14,快,高,DES、IDEA、AES 的比较,算法名称,分组长度（位）,密钥长度（位）,循环轮数,速度,安全性,DES,64,56,16,慢,低,IDEA,64,128,8,快,高,AES,128,192,256,128,192,256,10,12,14,快,高,Network and Information Security,2.5 序列密码,2.5.1 序列密码原理,序列密码加密时将明文划分成字符（如单个字母）或其编码的基本单元（如0、1），然后将其与密钥流进行运算（通常为异或），解密时以同步产生的相同密钥流实现解密。,序列密码原理框图,Network and Information Security,序列密码强度,完全依赖于,密钥流产生器,所产生的序列的,随机性和