应用密码学课件第1讲--概述

应用密码学解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日21课程相关介绍－－教材使用的教材解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日31课程相关介绍－－参考书籍教学参考书1解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日41课程相关介绍－－参考书籍教学参考书2解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日51课程相关介绍－－参考书籍(3)HandbookofAppliedCryptology(电子书籍,Internet网上可下载)解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日61课程相关介绍－－课程讲授主讲学时：60学时实践学时：10学时解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日7第一章概述解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日81课程相关介绍－－概念什么叫密码学？密码学(Cryptology)：是研究密码编制、密码破译和密码系统设计的的一门综合性科学，其包括密码编码学和密码分析学。密码编码学(Cryptography)：主要研究对信息进行编码,实现对信息的隐蔽。密码分析学(Cryptanalytics)：主要研究加密消息的破译或消息的伪造。解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日91课程相关介绍—密码学研究的内容编码学研究的主要内容：序列密码算法的编码技术分组密码算法的编码技术公钥密码体制的编码技术加密算法、数字签名方案、密钥分配方案认证方案单向函数等传统且主流的研究方向解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日101课程相关介绍—密码学研究的内容密码分析学研究的主要内容（1）密码算法的安全性分析和破译的理论、方法、技术和实践（2）密码协议的安全性分析的理论与方法（3）安全保密系统的安全性分析和攻击的理论、方法、技术和实践解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日111课程相关介绍－－密码学时干什么的？密码学是干什么的?密码学要解决的基本问题:(1)信息的保密传输和存储问题;(2)信息的认证问题.例:我收到你写给我1封信,那末我问:----信的内容是否被改动?----是否真是你写的信?----是否真是写给我信?----有没有人看过这封信？解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日121课程相关介绍—密码学的应用领域密码学能够解决的问题1.信息系统的安全与保密问题；2.电子商务、电子政务中的安全和保密问题；3.银行系统、证券系统、保险系统等的安全问题；4.商品、票据、信用卡等的防伪与审核问题。解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日132密码学发展1949年之前密码学是一门艺术1949～1975年密码学成为科学1976年以后密码学的新方向——公钥密码学解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日142密码学发展－－第一阶段概述第1阶段－古典密码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，针对的是字符简单的密码分析手段出现主要特点：数据的安全基于算法的保密解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日152密码学发展－－第一阶段中的例子第1阶段－古典密码几个典型的密码：卡撒密码、维几尼亚密码；几个典型的战例：1.一战时德国人的ADFGVX密码被法国密码分析家破译，间接的导致了德国一战的失败；2.二战德国人的恩尼格马密码被破，直接导致德军二战的失败解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日162密码学发展－－第一阶段中的实例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。解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日172密码学发展－－第一、二阶段中的密码机20世纪早期密码机解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日182密码学发展－－第二阶段概述第2阶段1949~19751.计算机使得基于复杂计算的密码成为可能2.相关技术的发展：1949年Shannon的《TheCommunicationTheoryofSecretSystems》1967年DavidKahn的《TheCodebreakers》1971-73年IBMWatson实验室的HorstFeistel等几篇技术报告主要特点：数据的安全基于密钥而不是算法的保密解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日192密码学发展－－第三阶段大事记第3阶段1976~1976年：Diffie&Hellman的“NewDirectionsinCryptography”提出了不对称密钥密码；1977年Rivest,Shamir&Adleman提出了RSA公钥算法1977年DES正式成为标准解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日202密码学发展－－第三阶段大事记80年代出现“过渡性”的“PostDES”算法,如IDEA,RCx,CAST等90年代对称密钥密码进一步成熟Rijndael,RC6,MARS,Twofish,Serpent等出现90年代逐步出现椭圆曲线等其他公钥算法2001年Rijndael成为DES的替代者2004年著名的MD5算法被中国的王小云破译解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日213密码学的基本概念－－信息传输中的基本概念信息传递的一般问题信源、信道、信宿攻击的种类：•中断（Interruption)（干扰）•截取（Interception)(侦听）•修改（Modification）•伪造（Fabrication)角色：通信双方(发送方和接收方)、第三方（可信、不可信第三方）、敌手也叫攻击者A：信源B：信宿信道解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日223密码学的基本概念－－信息传输过程中的攻击例子窃听：对传输的信息的攻击A：信源发送方B：信宿接收方C：敌手攻击者解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日233密码学的基本概念－－信息传输过程中的攻击例子对窃听的防护：加密技术A：信源B：信宿C：敌手加密脱密解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日243密码学的基本概念－－基本概念明文：被隐蔽的消息称作明文，通常用m表示。其英文为Message和Plaintext明文就是没有被加密的消息.密文：将明文隐蔽后的结果称作密文或密报，通常用c表示。其英文为Ciphertext密文就是加密后的结果.解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日253密码学的基本概念－－基本概念加密（Encryption）：将明文变换成密文的过程称作加密，该过程表示为脱密（Decryption）：由密文恢复出明文的过程称作脱密,该过程表示为密钥(key)：控制或参与密码变换的可变参数称为密钥。密钥又分为加密密钥和脱密密钥。加密密钥是加密时用的密钥;脱密密钥是脱密时用的密钥;)(mEcek)(cDmdk解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日263密码学的基本概念－－密码体制的概念密码体制的概念:一个密码体制(Cryptosystem)由四部分组成：(1)明文空间M;----所有可能的明文构成的集合(2)密文空间C;----所有可能的密文构成的集合(3)密钥空间----所有可用的密钥构成的集合----又包括加密密钥和脱密密钥(4)密码算法。包括加密算法和脱密算法.00011011F0F10011解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日273密码学的基本概念－－加密函数分析----从加密函数的角度理解密码体制的概念----加密函数:将明文m加密为密文c,即其(1)定义域是明文空间M;(2)值域是密文空间C;(3)加密函数就是加密算法;(4)控制参数就是加密密钥)(mEcekCMEek:ek解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日283密码学的基本概念－－脱密函数分析--针对脱密函数分析--脱密函数:将密文c脱密为明文m,即其(1)定义域是密文空间C;(2)值域是明文空间M;(3)脱密函数就是脱密算法;(4)控制参数就是脱密密钥.mcDdk)(dk:dkDCM解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日293密码学的基本概念－－加、脱密函数说明(1)加、脱密密钥与成对使用;(2)加密函数与脱密函数互为逆函数，即对所有明文m，都有一个密文只能有一个脱密结果!ekdkdkDekE),(dekkkmcDmEDdedkkk)())((解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日303密码学的基本概念－－好的密码体制的条件好的密码体制满主的条件：(1)即使达不到理论上是不可破的，也应当是实际上不可破的。（2）保密性不依赖于对加密体制或算法的保密,而依赖于密钥。(Kerckhoff假设)（3）加密算法和脱密算法适用于密钥空间中的所有元素。弱密钥除外!（4）易于实现和使用。----知道密钥时加、脱密快捷！解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日313密码学的基本概念－－密码分析学中的概念破译：对于一个密码体制，如果能够根据密文确定明文和密钥，或者根据明文或相应的密文确定密钥，我们就说这个密码体制时可破译的；否则，称其为不可破译的。解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日323密码学的基本概念－－攻击方法1、攻击密码体制的方法（1）穷举攻击：如果没有密钥会怎样?----谁都可脱密!如果可能的密钥太少会怎样?----若对每个可能的密钥都逐一测试，则一定可以碰到正确的密钥，利用它就可脱密!这就是穷举攻击方法！穷举攻击就是逐一利用每个可能的密钥对密文进行脱密测试，并将脱密结果合理的那个密钥判断为正确密钥。00011011E00000001100011011E111111100解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日333密码学的基本概念－－攻击方法要想能抵抗穷举攻击,一个密码算法的可能密钥总数不能太少!一个密码算法的可能密钥的总数称为该密码算法的密钥变化量.目前,密钥变化量少于264的密码算法是不安全的!密钥变化量为2128的密码算法是安全的!为什么?解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日343密码学的基本概念－－攻击方法假设密钥变化量为2128≈10128×0.301＝1038.5考查该密码算法的抗穷举攻击能力。假想为计算机速度为10亿次/每秒10亿＝1091年＝365×24×3600＝3.15×107秒1年可以穷举的密钥量为：3.15×107×109＝3.15×1016个密钥2128个密钥需要1038.5/3.15×1016≈1022年才能穷举完。（一万亿亿年）解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日353密码学的基本概念－－攻击方法（2）统计分析攻击：密码分析者通过分析:(A)密文与明文之间,或(B)明文--密文对与密钥之间的统计规律来进行破译。一个设计的不太差的密码算法一般只能用这种方法进行攻击!解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日363密码学的基本概念－－攻击方法（3）解密变换攻击：密码分析者针对加密变换的数学基础，通过数学求解的方法来设法找到相应的脱密变换或等价的脱密变换实现攻击。这种攻击通常用于对公钥密码的攻击之中！对付这种攻击的手段就是：采用坚实的数学基础和足够复杂的加密算法。解放军信息工程大学电子技术学院现代密码学2020年1月23日373密码学的基本概念－－攻击方法对密码体制进行攻击时,攻击对象是什么?(1)求出明文!(2)求出密钥,