《密码编码学与网络安全》复习题答案课件

《密码编码学与网络安全》复习题1．信息安全（计算机安全）目标是什么？机密性（confidentiality）：防止未经授权的信息泄漏完整性（integrity）：防止未经授权的信息篡改可用性（avialbility）：防止未经授权的信息和资源截留抗抵赖性、不可否认性、问责性、可说明性、可审查性（accountability）：真实性（authenticity）：验证用户身份2．理解计算安全性(即one-timepad的理论安全性)使用与消息一样长且无重复的随机密钥来加密信息，即对每个明文每次采用不同的代换表不可攻破，因为任何明文和任何密文间的映射都是随机的，密钥只使用一次3．传统密码算法的两种基本运算是什么？代换和置换前者是将明文中的每个元素映射成另外一个元素；后者是将明文中的元素重新排列。4．流密码和分组密码区别是什么？各有什么优缺点？分组密码每次处理一个输入分组，对应输出一个分组；流密码是连续地处理输入元素，每次输出一个元素流密码Stream:每次加密数据流的一位或者一个字节。连续处理输入分组，一次输出一个元素，速度较快。5．利用playfair密码加密明文bookstore，密钥词是（HARPSICOD），所得的密文是什么？I/JDRGLRQDHGHARPSbookstorexI/JDDGPUGOGVI/JCODBEFGKLMNQTUVWXYZ6．用密钥词cat实现vigenere密码，加密明文vigenerecoper，所得的密文是什么？XIZGNXTEVQPXTKey:catcatcatcatcatcatPlaintext:vigenerecoperChipertext:XIZGNXTEVQPXT7．假定有一个密钥2431的列置换密码，则明文canyouunderstand的密文是多少？YNSDCODTNURNAUEAKey:2431Plaintext:canyouunderstandChipertext:YNSDCODTNURNAUEA8．什么是乘积密码？多步代换和置换，依次使用两个或两个以上的基本密码，所得结果的密码强度将强与所有单个密码的强度.9．混淆和扩散的区别是什么？扩散（Diffusion):明文的统计结构被扩散消失到密文的,使得明文和密文之间的统计关系尽量复杂.即让每个明文数字尽可能地影响多个密文数字混淆(confusion)：使得密文的统计特性与密钥的取值之间的关系尽量复杂，阻止攻击者发现密钥10．Feistel密码中每轮发生了什么样的变化？将输入分组分成左右两部分。以右半部数据和子密钥作为参数，对左半部数据实施代换操作。将两部分进行互换，完成置换操作。11．S-Box的概念S盒用在DES算法中，每个s盒都由6位输入产生4位输出，所有说，s盒定义了一个普通的可逆代换。相当程度上，DES的强度取决于s盒的设计，但是，s盒的构造方法是不公开的12．AES每轮变化中设计的基本操作有哪些？每轮包括4个阶段：字节代换、行移位、列混淆、轮密钥加13．DES、AES和RC4之间的比较（建议比较分组大小、密钥长度、相对速度、安全强度、轮数、是否Feistel体制、基本操作等若干方面）*算法DESAESRC4分组长度（bit）64128流密码密钥长度56128/196/256不少于128相对速度较快慢很快安全强度2^55（穷举）很难轮数1610/12/14-是否Feistel体制是不是？14．AES与DES相比有优点？3DES与DES相比的变化有哪些？什么是2DES中的中间相遇攻击?(1)AES更安全。(2)3DES增加了1到2个密钥，进行多轮DES，安全性更高。(3)C=EK2(EK1(P))⇒X=EK1(P)=DK2(C)给定明文密文对(P,C)对所有256个密钥,加密P,对结果按X排序与T中对所有256个密钥,解密C,解密结果与T中的值比较找出K1,K2使得EK1(P)=DK2(C)用k1和k2对P加密，若结果为C，则认定这两个密钥为正确的密钥15．分组密码的工作模式有哪些？及优缺点？A．ECB，电码本模式，一次处理64位明文，每次使用相同的密钥加密。任何64位的明文组都有唯一的密文与之对应，有“结构化”的缺点。B．CBC，密码分组连接模式，克服了ECB中“结构化”的缺点，同样的明文变成密文之后就不同了，而且加密必须从头到尾C．CFB，密码反馈模式．一次处理Ｍ位，上一个分组的密文产生一个伪随机数输出的加密算法的输入，该输出与明文的异或，作为下一个分组的输入。D．OFB，输出反馈模式，与ＣＦＢ基本相同，只是加密算法的输入是上一次DES的输出。E．计数器模式，计数器被初始化为某个值，并随着消息块的增加其值加1，在于明文组异或得到密文组。也可用于流密码。16．RSA算法中密钥的生成和加密解密过程。生成过程RSA的加解密为:给定消息M=88(88187)加密:C=887mod187=11解密:M=1123mod187=8817．RSA算法计算实例（给定p,q,e,m/c，计算n,)(n,d,c/m）1.选择素数:p=17&q=112.计算n=pq=17×11=1873.计算ø(n)=(p–1)(q-1)=16×10=1604.选择e:gcd(e,160)=1;选择e=75.确定d:de=1mod160andd160，d=23因为23×7=161=1×160+16.公钥KU={7,187}7.私钥KR={23,17,11}18．描述Diffie-Hellman密钥交换机制。算法：A．双方选择素数p以及p的一个原根aB．用户A选择一个随机数Xap，计算Ya=aXamodpC．用户B选择一个随机数Xbp，计算Yb=aXbmodpD．每一方保密X值，而将Y值交换给对方E．用户A计算出K=YbXamodpF．用户B计算出K=YaXbmodpG．双方获得一个共享密钥(aXaXbmodp)素数p以及p的原根a可由一方选择后发给对方19．描述Diffie-Hellman算法（DH算法）中中间人攻击发生的过程。中间人攻击1双方选择素数p以及p的一个原根a(假定O知道)2A选择Xap,计算Ya=aXamodp,AB:Ya3O截获Ya,选Xo,计算Yo=aXomodp,冒充AB:Yo4B选择Xbp,计算Yb=aXbmodp,BA:Yb5O截获Yb,冒充BA:Yo6A计算:(Xo)Xa≡(aXo)Xa≡aXoXamodp7B计算:(Xo)Xb≡(aXo)Xb≡aXoXbmodp产生随机数XAq计算YA=aXAmodq计算K=(YB)XAmodq产生随机数XBq计算YB=aXBmodq计算K=(YA)XBmodqYAYB用户A用户B8O计算:(Ya)Xo≡aXaXomodp,(Yb)Xo≡aXbXomodpO无法计算出aXaXbmodpO永远必须实时截获并冒充转发,否则会被发现20．如何使用公钥密码实现数据的保密性、完整性和数据源认证（签名）？发送方用其私钥对消息“签名”。可以通过对整条消息加密或者对消息的一个小的数据块（消息认证码/摘要）加密来产生。E(K,[M||E(PRa,H(M))])其中K为PUb解密时，第一步解密使用B的私钥，然后使用A的公钥。21．对比对称算法和公钥算法？（建议从用途，速度和效率等方面）对称算法：速度快，主要用于数据加密，只有一个密钥。公钥算法：速度较慢，主要用于数字签名和密钥交换，有两个密钥22．对称密钥分配有哪些方法？(注意和重放攻击相结合)对于参与者A和B，密钥分配有以下几种：A．密钥由A选择，并亲自交给BB．第三方选择密钥后亲自交给A和BC．如果A和B以前或最近使用过某密钥，其中一方可以用它加密一个新密钥后在发送给另一方。D．A和B与第三方均有秘密渠道，则C可以将一密钥分别发送给A和B别人卷子上的分配方式：传统加密方法Needham/SchroederProtocol[1978]1、AKDC：IDA||IDB||N12、KDCA：EKa[Ks||IDB||N1||EKb[Ks||IDA]]3、AB：EKb[Ks||IDA]4、BA：EKs[N2]5、AB：EKs[f(N2)]保密密钥Ka和Kb分别是A和KDC、B和KDC之间共享的密钥。本协议的目的就是要安全地分发一个会话密钥Ks给A和B。A在第2步安全地得到了一个新的会话密钥，第3步只能由B解密、并理解。第4步表明B已知道Ks了。第5步表明B相信A知道Ks并且消息不是伪造的。第4，5步目的是为了防止某种类型的重放攻击。特别是，如果敌方能够在第3步捕获该消息，并重放之，这将在某种程度上干扰破坏B方的运行操作。上述方法尽管有第4,5步的握手，但仍然有漏洞假定攻击方C已经掌握A和B之间通信的一个老的会话密钥。C可以在第3步冒充A利用老的会话密钥欺骗B。除非B记住所有以前使用的与A通信的会话密钥，否则B无法判断这是一个重放攻击。如果C可以中途截获第4步的握手信息，则可以冒充A在第5步响应。从这一点起，C就可以向B发送伪造的消息而对B来说认为是用认证的会话密钥与A进行的正常通信。DenningProtocol[1982]改进（加入时间戳）：1、AKDC：IDA||IDB2、KDCA：EKa[Ks||IDB||T||EKb[Ks||IDA||T]]3、AB：EKb[Ks||IDA||T]4、BA：EKs[N1]5、AB：EKs[f(N1)]|Clock-T|t1+t2其中：t1是KDC时钟与本地时钟（A或B）之间差异的估计值；t2是预期的网络延迟时间。23．公钥算法中公钥的分配和管理有哪些方法？公钥的分配A．公开发布B．公开可访问目录C．公钥授权D．公钥证书24．消息认证码的概念和基本用途？（237页图）MAC（MessageAuthenticationCode），消息认证码，也是一种认证技术，它利用密钥来产生一个固定长度的短数据块，并将数据块附加在消息之后，格式如：MAC（M）||M。消息和MAC一起发送到接受方。从而，接受方可以知道消息没有经过篡改,真正来自发送方（MAC的密钥）和消息的时效性（如果MAC中包含序列号）。从这个层面来说，hash是没有密钥的MAC25．什么是散列函数的基本用途有哪些？（239页图）保密、认证和签名26．安全散列函数有哪些特性？什么是碰撞？找到一个碰撞意味着什么？代价是多大？生日悖论和生日攻击。Hash算法的特点有输入变长的分组，输出是一定长的分组；任意x，计算H（x）容易，软件和硬件都可以实现已知H（x）=h，求x是不可行的，只是在计算上不可行（单向性）任意x，找到y，使H（x）=H（y）计算上不可行（抗弱碰撞性）找到满足H（x）=H（y）的（x，y）计算上不可行（抗强碰撞性）碰撞指的是散列值相同而原值不同。找到一个碰撞意味着可以替换原来的消息。单向2^n弱无碰撞2^n强无碰撞2^n/2生日问题：一个教室中，最少应有多少学生，才使至少有两人具有相同生日的概率不小于1/2？概率结果与人的直觉是相违背的.实际上只需23人,即任找23人，从中总能选出两人具有相同生日的概率至少为1/2。根据生日攻击原理，对长度为m位的散列码，共有2^m个可能的散列码，若要使任意的x,y有H(x)=H(y)的概率为0.5,只需k=2m/227．消息认证码和散列函数有哪些区别？散列函数(Hash)：将任意长度的消息变换为定长的消息摘要，并加以认证。消息认证码(MAC)：依赖公开的函数（密钥控制下）对消息进行处理，生成定长的认证标识，并加以认证。28．HMAC的原理hash是没有密钥的MAC,所以不可以直接将hash算法（MD5，SHA1）直接用在MAC上，所以，HMAC实现的目标就是将密钥加入到hash函数中，简单的说，就是“带密钥的hash”。29．安全hash码的基本结构（Merkle提出的）？30．MD5和SHA-1间的差异？（建议从输入、输出、轮数、强度和速度等几个方面比较）MD5SHA-1摘要长度128位160位基本处理单位512位512位步数64(4