加密技術(shù)

1、第七講 加密技術(shù)(一),,2,本講知識點(diǎn)介紹,密碼學(xué)術(shù)語密碼體制的定義古典密碼學(xué)代換密碼置換密碼,3,教學(xué)目標(biāo),密碼學(xué)的基本概念和術(shù)語對稱和非對稱密碼的區(qū)別古典密碼學(xué)的基本方法,4,密碼學(xué)概述,密碼學(xué)的發(fā)展史密碼系統(tǒng)密碼的分類近代加密技術(shù)密碼的破譯,5,密碼學(xué)術(shù)語,明文：原始的消息密文：加密后的消息加密：從明文到密文的變換過程解密：從密文到明文的變換過程密碼體制：即加密方案密碼分析學(xué)：研究破譯密碼獲得

2、消息的學(xué)科密碼學(xué)：密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)的統(tǒng)稱,6,密碼學(xué)的發(fā)展史,公元前1世紀(jì)，著名的愷撒（Caesar）密碼被用于高盧戰(zhàn)爭中，這是一種簡單易行的單字母替代密碼。 公元9世紀(jì)，阿拉伯的密碼學(xué)家阿爾·金迪提出解密的頻度分析方法，通過分析計算密文字符出現(xiàn)的頻率破譯密碼。意大利的數(shù)學(xué)家卡爾達(dá)諾,卡爾達(dá)諾漏格板 ,較早的一種分置式密碼 。公元16世紀(jì)晚期，英國的菲利普斯，頻度分析法破解蘇格蘭女王瑪麗的密碼信 。Blais

3、e de Vigenere（1523-1596）提出著名的維吉尼亞方陣密表和維吉尼亞密碼（Vigenere cypher），這是一種多表加密的替代密碼 ?！?7,密碼學(xué)的發(fā)展史,1975年1月15日，DES（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)）由美國國家標(biāo)準(zhǔn)局頒布為國家標(biāo)準(zhǔn)，這是密碼術(shù)歷史上一個具有里程碑意義的事件。1976年，當(dāng)時在美國斯坦福大學(xué)的Diffie和Hellman兩人在論文“New Direction in Cryptography”中

4、提出了公開密鑰密碼的新思想，把密鑰分為加密的公鑰和解密的私鑰，這是密碼學(xué)的一場革命。1977年，美國的Ronald Rivest、Adi Shamir和Len Adleman提出第一個較完善的公鑰密碼體制——RSA體制，這是一種建立在大數(shù)因子分解基礎(chǔ)上的算法?！?8,密碼學(xué)的發(fā)展史,,,第一階段：1949年之前，密碼學(xué)還不是科學(xué)。出現(xiàn)一些密碼算法和加密設(shè)備；密碼算法的基本手段出現(xiàn)，針對的是字符；簡單的密碼分析手段出現(xiàn)；這個分階段的

5、主要特點(diǎn)：數(shù)據(jù)的安全基于算法的保密。第二階段：1949～1975年，密碼學(xué)成為科學(xué)。計算機(jī)使得基于復(fù)雜計算的密碼成為可能，這個階段密碼學(xué)的主要特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)的安全基于密鑰的保密而不是算法的保密。第三階段：1976年以后，密碼學(xué)的新方向——公鑰密碼學(xué)。主要特點(diǎn)是：公鑰密碼使得發(fā)送端和接收端無密鑰傳輸?shù)谋Ｃ芡ㄐ懦蔀榭赡堋?9,密碼系統(tǒng),密碼系統(tǒng)的通信模型,,10,密碼系統(tǒng),通常一個密碼體制可以表達(dá)為一個五元組（?M，C，K，E，D?），其

6、中：（1）M是可能明文的有限集稱為明文空間（2）C是可能密文的有限集稱為密文空間（3）K是一切可能密鑰構(gòu)成的有限集稱為密鑰空間（4）對于密鑰空間的任一密鑰有一個加密算法和相應(yīng)的解密算法使得Ek：M->C 和Dk:C->M分別為加密和解密函數(shù)，且滿足Dk（Ek（M））=M。,11,密碼系統(tǒng),一個密碼系統(tǒng)要實際可用的還必須滿足如下特性：（1）每一個加密函數(shù)Ek和每一個解密函數(shù)Dk都能有效地計算；（2）破譯者取得密文后

7、將不能在有效的時間內(nèi)破解出密鑰k或明文M；（3）一個密碼系統(tǒng)是安全的必要條件是窮舉密鑰搜索將是不可行的，即密鑰空間非常大。,12,密碼的分類,1、按應(yīng)用的技術(shù)或歷史發(fā)展階段劃分：,（1）手工密碼（2）機(jī)械密碼（3）電子機(jī)內(nèi)亂密碼 （4）計算機(jī)密碼,13,密碼的分類,2、按保密程度劃分 （1）理論上保密的密碼。如：客觀隨機(jī)一次一密的密碼就屬于這種。 （2）實際上保密的密碼。在現(xiàn)有客觀條件下，無法通過計算來確定唯一解的密碼

8、。 （3）不保密的密碼。在獲取一定數(shù)量的密文后可以得到唯一解的密碼，叫作不保密密碼,如早期單表代替密碼，后來的多表代替密碼，以及明文加少量密鑰等密碼。,14,密碼的分類,3、按密鑰方式劃分：（1）對稱式密碼。收發(fā)雙方使用相同密鑰的密碼，叫作對稱式密碼。傳統(tǒng)的密碼都屬此類。（2）非對稱式密碼。收發(fā)雙方使用不同密鑰的密碼，叫作非對稱式密碼。如現(xiàn)代密碼中的公開密鑰密碼就屬此類。,15,密碼的分類,4、按明文形態(tài)：（1）模擬型密碼。用以

9、加密模擬信息。如對連續(xù)變化的語音信號加密的密碼，叫作模擬式密碼。（2）數(shù)字型密碼。用于加密數(shù)字信息。對兩個離散電平構(gòu)成0、1二進(jìn)制關(guān)系的電報信息加密的密碼叫作數(shù)字型密碼。5、按編制原理劃分 移位、代替、置換三種以及它們的組合,16,近代加密技術(shù),1、對稱加密算法加密密鑰與解密密鑰相同或很容易相互推算出來分類： 序列密碼（流密碼）：以明文的單個位為單位進(jìn)行運(yùn)算 分組密碼：以明文的一組位為單位進(jìn)行運(yùn)算,17,近代加密技術(shù)

10、,算法基于混亂和擴(kuò)散混亂（confusion）：改變信息塊是輸出位和輸入位沒有明顯的統(tǒng)計關(guān)系擴(kuò)散（diffusion）：將明文位和密鑰的效應(yīng)傳播到密文的其他位置。,18,近代加密技術(shù),對稱加密算法的主要優(yōu)點(diǎn)： 運(yùn)算速度快，硬件容易實現(xiàn)；缺點(diǎn)： 密鑰的分發(fā)與管理比較困難特別是當(dāng)通信的人數(shù)增加時，密鑰數(shù)目急劇膨脹。因為每兩個人需要一個密鑰，當(dāng)n個人互相之間通訊時，需要n（n-1）/2個密鑰，假如一個公司里有10

11、0個，就需要分發(fā)和管理近5000把密鑰。,19,近代加密技術(shù),2、非對稱加密體制Whitfield Diffie 和Martin Hellman1976年發(fā)明 公開密鑰加密算法的核心是一種特殊的數(shù)學(xué)函數(shù)――單向陷門函數(shù)（trap-door one way function）該函數(shù)從一個方向求值是容易的，但是逆變換卻是極其困難的，因此利用公開的加密密鑰只能做正向變換，而逆變換只有依賴于私鑰的解密密鑰這一“陷門”才能實現(xiàn)。,20,近代

12、加密技術(shù),公開密鑰體制主要用途： 數(shù)據(jù)的加/解密：發(fā)送消息方用接收方的公鑰加密消息；接收方用自己的私鑰解密消息。數(shù)字簽名：接收方用發(fā)送方的公鑰來認(rèn)證消息的真實性和來源。密鑰交換：用于通令雙方進(jìn)行會話密鑰的交換。RSA可用于以上三個，Diffie-Hellman僅用于密鑰交換，DSS僅用于數(shù)字簽名。,21,密碼的破譯,1、密鑰的窮盡搜索 嘗試所有可能的鑰匙組合,22,密碼的破譯,2、密碼分析 已知明文的破譯方法：掌握一

13、定的明文和對應(yīng)的密文。 選定明文的破譯方法：密碼分析者選定一段明文，并獲得對應(yīng)的加密結(jié)果。 差別比較分析法 ：加密一組相似卻差別細(xì)微的明文，并獲得加密結(jié)果。,23,古典密碼學(xué),代換密碼置換密碼,24,代換密碼,1、移位密碼移位密碼基于數(shù)論中的模運(yùn)算。因為英文有26個字母，故可將移位密碼定義如下：令P={A,B,C,……Z}，C={A,B,C,……Z},K={0，1，2,……25}，加密變換：Ek（x）=（x+k）

14、mod 26解密變換：Dk（y）=（y-k）mod 26 其中：x∈P,y∈C,k∈K,25,代換密碼,例：假設(shè)移位密碼的密鑰k=10,明文為：computer,求密文。首先建立英文字母和模26的剩余0~25之間的對應(yīng)關(guān)系，如表利用上表可得computer所對應(yīng)的整數(shù)：2 14 12 15 20 19 4 17將上述每一數(shù)字與密鑰10相加進(jìn)行模26運(yùn)算得：12 24 22 25 4 3 14 1再對應(yīng)上表得出相就的字

15、母串：MYWZEDOA,26,代換密碼,2、單表代換密碼,明文為：networksecurity密文為：GDPTHMCODARMIPX,27,代換密碼,3、多表替換密碼Vigenere密碼：設(shè)密鑰K=k1k2……kn,明文M=m1m2……mn,加密變換:ci≡（mi+ki）mod 26,i=1,2,……,n解密變換：mi≡（ci-ki）mod 26,i=1,2,……,n例如：明文：X=cipher block,密鑰為：hit

16、 密文：JQI OMK ITH JS,28,置換密碼,保持明文的所有字母不變，只是打亂明文字母出現(xiàn)的位置 令m為一正整數(shù)，P=C={A,B,C,……Z}，對任意的置換π（密鑰），定義:加密變換：Eπ（x1,x2,……,xm）=（xπ（1）, xπ（2）……, xπ（m））解密變換：Dπ（y1,y2,……,ym）=（xπ-1（1）, xπ-1 （2）……, xπ-1 （m））,29,置換密碼,設(shè)m=6,密鑰

17、為如下的置換π,假設(shè)有一段明文：internet standards and rfcs.將明文每六個字母分為一組： intern|etstan|dardsa|ndrfcs 351642 351642 351642 351642 根據(jù)上面給出的π轉(zhuǎn)換，可得密文： tnirnesneattradsadrsncdf,30,置換密碼,將密文每六個字母分為一組: tnirne|sneatt|radsad|