[理学]ch3 信息加密与pki

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1、第3章信息加密与PKI内容提要：密码学概述加密算法信息加密技术应用认证技术公开密钥基础设施（PKI）常用加密软件介绍本章小结3.1密码学概述1.密码学的发展密码学是一门古老而深奥的科学，它以认识密码变换为本质，以加密与解密基本规律为研究对象。密码学的发展历程大致经历了三个阶段：古代加密方法古典密码近代密码返回本章首页返回本章首页古代加密方法古代加密方法大约起源于公元前440年出现在古希腊战争中的隐写术。斯巴达人于公元前400年将Scytale加密工具用于军官间传递秘密信息。我国古代也早就出现以藏头诗、藏尾诗、漏格诗及绘画等形式，将需表达的消息或“密语”隐

2、藏在诗文或画卷中特定位置的记载。尽管这些古代加密方法只能限定在局部范围内使用，但却体现了密码学的若干典型特征。返回本章首页古典密码相比于古代加密方法，古典密码系统已变得复杂，并初步显现出近代密码系统的雏形，文字置换是其主要加密思想，一般通过手工或借助机械变换方式实现加密。古典密码的密码体制主要有，单表代替密码、多表代替密码及转轮密码。二战结束后，电子学开始被引入到密码机之中，第一个电子密码机也仅仅是一个转轮机，只是转轮被电子器件取代而已。返回本章首页近代密码近代密码学的理论基础之一是1949年Shannon发表的“保密系统的通信理论”。1976年Diff

3、ie和Hellman发表了“密码学的新方向”一文，提出了适用于网络保密通信的公钥密码思想，开辟了公开密钥密码学的新领域，掀起了公钥密码研究的序幕。RSA公钥密码体制的提出，是密码学史上的一个重要里程碑。“没有公钥密码的研究就没有近代密码学”。返回本章首页2.密码学的基本概念密码学（cryptology）作为数学的一个分支，是研究信息系统安全保密的科学，是密码编码学和密码分析学的统称。密码编码学（cryptography）是使消息保密的技术和科学。密码编码学是密码体制的设计学，即怎样编码，采用什么样的密码体制保证信息被安全地加密。密码分析学（cryptan

4、alysis）是与密码编码学相对应的技术和科学，即研究如何破译密文的科学和技术。密码分析学是在未知密钥的情况下从密文推演出明文或密钥的技术。返回本章首页在密码学中，有一个五元组：{明文、密文、密钥、加密算法、解密算法}，对应的加密方案称为密码体制。明文（Plaintext）：是作为加密输入的原始信息，即消息的原始形式，通常用m或p表示。所有可能明文的有限集称为明文空间，通常用M或P来表示。密文（Ciphertext）：是明文经加密变换后的结果，即消息被加密处理后的形式，通常用c表示。所有可能密文的有限集称为密文空间，通常用C来表示。密钥（Key）：是参与

5、密码变换的参数，通常用k表示。一切可能的密钥构成的有限集称为密钥空间，通常用K表示。返回本章首页加密算法（EncryptionAlgorithm）：是将明文变换为密文的变换函数，相应的变换过程称为加密，即编码的过程（通常用E表示，即c=Ek(p)）。解密算法（DecryptionAlgorithm）：是将密文恢复为明文的变换函数，相应的变换过程称为解密，即解码的过程（通常用D表示，即p=Dk(c)）。对于有实用意义的密码体制而言，总是要求它满足：p=Dk(Ek(p))，即用加密算法得到的密文总是能用一定的解密算法恢复出原始的明文来。而密文消息的获取同时依

6、赖于初始明文和密钥的值。返回本章首页一般地，密码系统的模型如下返回本章首页3.加密体制分类密码体制从原理上可分为两大类：单钥或对称密码体制（One-KeyorSymmetricCryptosystem）双钥或非对称密码体制（Two-KeyorAsymmetricCryptosystem）返回本章首页单钥密码体制单钥密码体制的本质特征是所用的加密密钥和解密密钥相同，或实质上等同，从一个可以推出另外一个。单钥体制不仅可用于数据加密，也可用于消息的认证，最有影响的单钥密码是1977年美国国家标准局颁布的DES算法。单钥系统对数据进行加解密的过程如图3-2所示，

7、其中系统的保密性主要取决于密钥的安全性。如何将密钥安全可靠地分配给通信对方，包括密钥产生、分配、存储、销毁等多方面的问题统称为密钥管理（KeyManagement），这是影响系统安全的关键因素。返回本章首页古典密码作为密码学的渊源，其多种方法充分体现了单钥加密的思想，典型方法如代码加密、代替加密、变位加密、一次性密码薄加密等。单钥密码体制的优点是保密度高且加解密速度快，其缺点主要体现在以下方面:密钥是保密通信安全的关键，密钥分发过程十分复杂，所花代价高。多人通信时密钥组合的数量会出现爆炸性膨胀。通信双方必须统一密钥，才能发送保密的信息。单钥密码算法还存在

8、数字签名困难问题。返回本章首页双钥密码体制双钥体制是由Diffie和Hellma