CISP-2-密码技术

信息安全技术密码技术中国信息安全产品测评认证中心（CNITSEC）密码技术（培训样稿）第0章绪论cnitsec密码学与信息安全信息的私密性(Privacy)对称加密信息的完整性(Integrity)数字签名信息的源发鉴别(Authentication)数字签名信息的防抵赖性(Non-Reputation)数字签名＋时间戳cnitsec互联网困境cnitsecOverviewofCryptographyInformationsecurityandcryptographyBackgroundonfunctionsBasicterminologyandconceptsSymmetric-keyencryptionDigitalsignaturesAuthenticationandidentificationPublic-keycryptographyHashfunctionsProtocolsandmechanismsKeyestablishment,management,andcertificationPseudorandomnumbersandsequencesClassesofattacksandsecuritymodelscnitsecMathematicalBackgroundProbabilitytheoryInformationtheoryComplexitytheoryNumbertheoryAbstractalgebraFinitefieldscnitsecSomeinformationsecurityobjectivescnitsec密码学分类第1章密码学基础cnitsec§1.1密码学的历史与发展密码学的演进单表代替－多表代替－机械密(恩格玛)－现代密码学(对称与非对称密码体制)－量子密码学密码编码学和密码分析学应用领域军事，外交，商业，个人通信，古文化研究等cnitsec§1.2基础术语点对点通信消息与加密鉴别、完整性与抗抵赖算法与密钥对称算法公开密钥算法密码分析与密码攻击cnitsec点对点通信通信由发起方（发送方）与接收方组成通过通信基础设施传送cnitsec消息与加密消息（message）--明文M加密（encryption）--逻辑扰乱E－－目的：对消息进行伪装C，为非授权或非意向接收者制造麻烦。E(M)=Ccnitsec鉴别、完整性与抗抵赖鉴别（authentication）消息来源确认、防假冒、证明你是否就是你所声明的你完整性（integrity）防篡改、证明消息与过程的正确性抗抵赖（nonrepudiation）你或其他主体对所作所为的可确认性cnitsec算法与密钥数学理论的应用－算法算法保密算法参数控制－密钥密钥保密－为了消息保密cnitsec对称算法与公开密钥算法锁门的钥匙与开门的钥匙是同一把钥匙－－对称算法锁门的钥匙与开门的钥匙不是同一把钥匙两把或更多－－公开密钥算法cnitsec密码分析与密码攻击攻击（数学方法与计算支持）密文攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、选择密文攻击、野蛮攻击泄露（非技术方法）cnitsec§1.3密码政治国家政策绝密、普密、商密国际惯例国家安全◎密码技术◎出入控制cnitsec第2章传统密码学cnitsec§2.1传统密码学简介历史悠久，最古老与最现代的密码学基本特点：加密和解密采用同一个密钥letC=Ciphertext,P=Plaintext,kiskey,E()/D()istheencryption/decryptionfunction,thenC=E(P,k),P=D(C,k)基本技术替换/置换和移位cnitsec§2.2DESDES是第一个得到广泛应用的密码算法；DES是一种分组加密算法，输入的明文为64位，密钥为56位，生成的密文为64位；DES是一种对称密码算法，源于Lucifer算法，其中采用了Feistel网络(FeistelNetwork)，即DES已经过时，基本上认为不再安全；),(111iiiiiiKRfLRRLcnitsec§2.3IDEAXuejiaLai和JamesMassey提出；IDEA是对称、分组密码算法，输入明文为64位，密钥为128位，生成的密文为64位；IDEA是一种相对较新的算法，虽有坚实的理论基础，但仍应谨慎使用(尽管该算法已被证明可对抗差分分析和线性分析)；IDEA是一种专利算法(在欧洲和美国)，专利由Ascom-TechAG拥有;PGP中已实现了IDEA；cnitsec§2.4RC系列RC系列是RonRivest为RSA公司设计的一系列密码：•RC1从未被公开，以致于许多人们称其只出现在Rivest的记事本上；•RC2是变长密钥加密密法；(RC3在设计过程中在RSADSI内被攻破);•RC4是Rivest在1987年设计的变长密钥的序列密码；•RC5是Rivest在1994年设计的分组长、密钥长的迭代轮数都可变的分组迭代密码算法；DES(56),RC5-32/12/5,RC5-32/12/6,RC-32/12/7已分别在1997年被破译；cnitsec§2.5AESCandidate和RijndealAES评选过程最后的5个候选算法：Mars,RC6,Rijndael,Serpent,andTwofishRijndael算法的原型是Square算法，其设计策略是宽轨迹策略(WideTrailStrategy)，以针对差分分析和线性分析；Rijndael是迭代分组密码，其分组长度和密钥长度都是可变的；为了满足AES的要求，分组长度为128bit，密码长度为128/192/256bit，相应的轮数r为10/12/14。cnitsec§2.6分组密码工作模式ECB(TheElectronicCodebook)CBC(CipherBlockChaining)CFB(CipherFeedback)OFB(OutputFeedback)CTR(Counter).cnitsecElectronicCodebook(ECB)modeTheElectronicCodebook(ECB)modeisaconfidentialitymodethatfeatures,foragivenkey,theassignmentofafixedciphertextblocktoeachplaintextblock,analogoustothessignmentofcodewordsinacodebook.InECBencryption,theforwardcipherfunctionisapplieddirectlyandindependentlytoeachblockoftheplaintext.Theresultingsequenceofoutputblocksistheciphertext.InECBdecryption,theinversecipherfunctionisapplieddirectlyandindependentlytoeachblockoftheciphertext.Theresultingsequenceofoutputblocksistheplaintext.cnitsecElectronicCodebookModeECBEncryption:Cj=CIPHK(Pj)forj=1…n.ECBDecryption:Pj=CIPH-1K(Cj)forj=1…n.cnitsecCipherBlockChainingModeTheCipherBlockChaining(CBC)modeisaconfidentialitymodewhoseencryptionprocessfeaturesthecombining(“chaining”)oftheplaintextblockswiththepreviousciphertextblocks.TheCBCmoderequiresanIVtocombinewiththefirstplaintextblock.TheIVneednotbesecret,butitmustbeunpredictable;cnitsecCipherBlockChainingModecnitsecInCBCencryption,thefirstinputblockisformedbyexclusive-ORingthefirstblockoftheplaintextwiththeIV.Theforwardcipherfunctionisappliedtothefirstinputblock,andtheresultingoutputblockisthefirstblockoftheciphertext.Thisoutputblockisalsoexclusive-ORedwiththesecondplaintextdatablocktoproducethesecondinputblock,andtheforwardcipherfunctionisappliedtoproducethesecondoutputblock.Thisoutputblock,whichisthesecondciphertextblock,isexclusive-ORedwiththenextplaintextblocktoformthenextinputblock.Eachsuccessiveplaintextblockisexclusive-ORedwiththepreviousoutput/ciphertextblocktoproducethenewinputblock.Theforwardcipherfunctionisappliedtoeachinputblocktoproducetheciphertextblock.cnitsecCipherFeedback(CFB)modeTheCipherFeedback(CFB)modeisaconfidentialitymodethatfeaturesthefeedbackofsuccessiveciphertextsegmentsintotheinputblocksoftheforwardciphertogenerateoutputblocksthatareexclusive-ORedwiththeplaintexttoproducetheciphertext,andviceversa.TheCFBmoderequiresanIVastheinitialinputblock.TheIVneednotbesecret,butitmustbeunpredictable;cnitsecCipherFeedbackModecnitsecOutputFeedback(OFB)modeTheisaconfidentialitymodethatfeaturestheiterationoftheforwardcipheronanIVtogenerateasequenceofoutputblocksthatareexclusive-ORedwiththeplaintexttoproducetheciphertext,andviceversa.TheOFBmoderequiresthattheIVisanonce,i.e.,theIVmustbeuniqueforeachexecutionofthemodeunderthegivenkey;cnitsecOutputFee