信息安全原理及应用第2章密码学基础

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1、第2章密码学基础主要内容密码学的发展历史密码学的基本概念密码系统的分类密码分析经典密码学密码学的发展历史(1)自人类社会出现战争便产生了密码Phaistos圆盘，一种直径约为160mm的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元前17世纪。表面有明显字间空格的字母，至今还没有破解。JuliusCaesar发明了凯撒密码密码学的发展历史(2)1834年，伦敦大学的实验物理学教授惠斯顿发明了电机，这是通信向机械化、电气化跃进的开始，也为密码通信采用在线加密技术提供了前提条件。1920年，美国电报电话公司的弗纳姆发明了弗纳姆密码。其原理是利用电传打字机的五单位码与密

2、钥字母进行模2相加。密码学的发展历史(3)两次世界大战大大促进了密码学的发展。二战中美国陆军和海军使用的条形密码设备M-138-T4。根据1914年ParkerHitt的提议而设计。25个可选取的纸条按照预先编排的顺序编号和使用，主要用于低级的军事通信。Kryha密码机大约在1926年由AlexandervoKryha发明。这是一个多表加密设备，密钥长度为442，周期固定。一个由数量不等的齿的轮子引导密文轮不规则运动。密码学的发展历史(4)两次世界大战大大促进了密码学的发展。转轮密码机ENIGMA，由ArthurScherbius于1919年发明，面板前有灯泡和

3、插接板；4轮ENIGMA在1942年装备德国海军，英国从1942年2月到12月都没能解读德国潜艇的信号。英国的TYPEX打字密码机，是德国3轮ENIGMA的改进型密码机。它在英国通信中使用广泛，且在破译密钥后帮助破解德国信号。密码学的发展历史(5)1949年香农发表了一篇题为《保密系统的通信理论》的著名论文，该文首先将信息论引入了密码，从而把已有数千年历史的密码学推向了科学的轨道，奠定了密码学的理论基础。1976年，美国密码学家W.Diffie和M.Hellman在一篇题为《密码学的新方向》一文中提出了一个崭新的思想，不仅加密算法本身可以公开，甚至加密用的密钥也

4、可以公开。1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES2001年11月26日，正式颁布AES为美国国家标准。密码学的基本概念(1)密码学是关于加密和解密变换的一门科学，是保护数据和信息的有力武器。密码是什么?密码就是变换。（信息代码变换、数据电平变换）变换是什么？变换是一种算法实现过程。谁来做变换？变换可以由硬件和软件实现。（人、器件部件、计算机）密码学的基本概念(2)密码学(Cryptology)：研究信息系统安全保密的科学。它包含两个分支密码编码学(Cryptography)，对信息进行编码实现隐蔽信息的一门学问密码分析学(Cryptanalytic

5、s)，研究分析破译密码的学问。明文(消息)(Plaintext)：被隐蔽消息。密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密码变换成的一种隐蔽形式。加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复出原明文的过程。加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加密操作的人员。密码学的基本概念(3)加密算法(Encryptionalgorithm)：密码员对明文进行加密时所采用的一组规则。接收者(Receiver)：传送消息的预定对象。解密算法：接收者对密文进行解密时所采用

6、的一组规则。密钥(Key)：控制加密和解密算法操作的数据处理，分别称作加密密钥和解密密钥。截收者(Eavesdropper)：在信息传输和处理系统中的非受权者，通过搭线窃听、电磁窃听、声音窃听等来窃取机密信息。密码学的基本概念(4)密码分析(Cryptanalysis)：截收者试图通过分析从截获的密文推断出原来的明文或密钥。密码分析员(Cryptanalyst)：从事密码分析的人。被动攻击(Passiveattack)：对一个保密系统采取截获密文进行分析的攻击。主动攻击(Activeattack)：非法入侵者(Tamper)、攻击者(Attcker)或黑客(Ha

7、cker)主动向系统窜扰，采用删除、增添、重放、伪造等窜改手段向系统注入假消息，达到利已害人的目的。密码学的基本概念(5)一个密码系统，通常简称为密码体制，由5部分组成：明文空间M全体明文的集合密文空间C全体密文的集合密钥空间K全体密钥的集合加密算法E一组由M到C的加密变换解密算法D一组由C到M的解密变换密码体制基本组成信息加密传输的过程加密:C=E(M,Ke)MCEKeCMKdD解密:M=D(C,Kd)M------明文C------密文Ke-----加密密钥Kd-----解密密钥E-------加密算法D------解密算法明文加密算法加密密钥K1网络信道解

8、密算法明文解密密钥K2密