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2021/3/111网络信息安全Chapter1Introduction2021/3/112/411.3安全攻击对任何机构的信息资源进行破坏的行为即安全攻击信息安全就是要检测和防范这种攻击行为通常threat和attack指的是同样的事情安全攻击的行为范围很广通常有两大类安全攻击被动攻击：对传输进行窃听和监测，通信和信息不受影响，用户感觉不到攻击存在，攻击通常是窃听或流量分析，判断通信性质主动攻击：攻击者破坏通信过程，拦截、修改、伪造、丢弃信息、拒绝服务或假冒合法用户2021/3/113/41PassiveAttack--releaseofcontents被动攻击之消息内容的泄漏2021/3/114/41PassiveAttack—trafficanalysis被动攻击之流量分析2021/3/115/41ActiveAttack—Masquerade主动攻击之伪装2021/3/116/41ActiveAttack—Replay主动攻击之重放2021/3/117/41ActiveAttack—Modificationofmessages主动攻击之消息修改2021/3/118/41ActiveAttack—DenialofService主动攻击之拒绝服务2021/3/119/72网络信息安全Chapter2ClassicalEncryptionTechniques2021/3/1110/72理论安全，或无条件安全TheoreticalSecure(orPerfectSecure)攻击者无论截获多少密文，都无法得到足够的信息来唯一地决定明文。Shannon用理论证明：欲达理论安全，加密密钥长度必须大于等于明文长度，密钥只用一次，用完即丢，即一次一密，One-timePad，不实用。实际安全，或计算上安全PracticalSecure(orComputationallySecure)如果攻击者拥有无限资源，任何密码系统都是可以被破译的；但是，在有限的资源范围内，攻击者都不能通过系统的分析方法来破解系统，则称这个系统是计算上安全的或破译这个系统是计算上不可行(ComputationallyInfeasible)。理论安全和实际安全2021/3/1111/72对称密码体制(SymmetricSystem,One-keySystem,Secret-keySystem)加密密钥和解密密钥相同，或者一个密钥可以从另一个导出，能加密就能解密，加密能力和解密能力是结合在一起的，开放性差。非对称密码体制(AsymmetricSystem,Two-keySystem,Public-keySystem)加密密钥和解密密钥不相同，从一个密钥导出另一个密钥是计算上不可行的，加密能力和解密能力是分开的，开放性好。对称密码体制和非对称密码体制2021/3/1112/72序列密码如果密文不仅与最初给定的算法和密钥有关，同时也与明文位置有关(是所处位置的函数)，则称为序列密码体制。加密以明文比特为单位，以伪随机序列与明文序列模2加后，作为密文序列。分组密码如果经过加密所得到的密文仅与给定的密码算法和密钥有关，与被处理的明文数据在整个明文中的位置无关，则称为分组密码体制。通常以大于等于64位的数据块为单位，加密得相同长度的密文。序列密码体制和分组密码体制2021/3/1113/72确定型密码体制和概率密码体制确定型：当明文和密钥确定后，密文也就唯一地确定了。概率型：当明文和密钥确定后，密文通过客观随机因素从一个密文集合中产生，密文形式不确定，称为概率型密码体制。单向函数型密码体制和双向变换型密码体制单向函数型密码体制适用于不需要解密的场合，容易将明文加密成密文，如哈希函数；双向变换型密码体制可以进行可逆的加密、解密变换。其他加密体制2021/3/1114/72现代密码学的基本原则设计加密系统时，总是假定密码算法是可以公开的，需要保密的是密钥。一个密码系统的安全性不在算法的保密，而在于密钥，即Kerckhoff原则。对加密系统的要求系统应该是实际上安全的(practicalsecure)，截获密文或已知明文－密文对时，要决定密钥或任意明文在计算上是不可行的。加密解密算法适用于密钥空间中的所有元素。系统易于实现，使用方便。系统的安全性不依赖于对加密体制或加密算法的保密，而依赖于密钥。系统的使用不应使通信网络的效率过分降低。现代密码学基本原则2021/3/1115/72传统密码的简化模型2021/3/1116/72传统密码体制的模型Y=Ek(X)X=Dk(Y)2021/3/1117/36网络信息安全Chapter3BlockCipherandDataEncryptionStandard2021/3/11CryptographyandNetworkSecurity-218/36第3章分组密码和数据加密标准分组密码是一种加密解密算法，将输入明文分组当做一个整体处理，输出一个等长的密文分组。许多分组密码都采用Feistel结构，这样的结构由许多相同的轮函数组成。每一轮里，对输入数据的一半进行代换，接着用一个置换来交换数据的两个部分，扩展初始的密钥使得每一轮使用不同的子密钥。DES是应用最为广泛的分组密码，它扩展了经典的Feistel结构。DES的分组和密钥分别是64位和56位的。差分分析和线性分析是两种重要的密码分析方法。DES对这两种攻击有一定的免疫性。2021/3/11CryptographyandNetworkSecurity-219/36乘积密码的设计思想ClaudeShannonandSubstitution-PermutationCiphers1949年，ClaudeShannon引进了substitution-permutation(S-P)networks的思想，即现代的乘积加密器，形成了现代分组加密的基础。S-PNetworks是基于替代和置换这两个基本操作的。提供了对明文信息处理所做的confusion和diffusion。Shannon认为，为了对付基于统计分析的密码破译，必须对明文作confusion(混淆)和diffusion(扩散)处理，以减少密文的统计特性，为统计分析制造障碍。diffusion–明文统计结构扩散消失到大批密文统计特性中，使明文和密文之间统计关系尽量复杂；confusion–混淆，使密文和加密密钥之间的关系尽量复杂。2021/3/11CryptographyandNetworkSecurity-220/362021/3/1121/51网络信息安全Chapter4FiniteFields2021/3/11现代密码学理论与实践0422/514.1群,环和域Groups,Rings,andFields群G,记作{G,•},定义一个二元运算•的集合，G中每一个序偶(a,b)通过运算生成G中元素(a•b)，满足下列公理：(A1)封闭性Closure:如果a和b都属于G,则a•b也属于G.(A2)结合律Associative:对于G中任意元素a,b,c，都有a•(b•c)=(a•b)•c成立(A3)单位元Identityelement:G中存在一个元素e，对于G中任意元素a，都有a•e=e•a=a成立(A4)逆元Inverseelement:对于G中任意元素a,G中都存在一个元素a’，使得a•a’=a’•a=e成立2021/3/11现代密码学理论与实践0423/51交换群和循环群交换群AbelianGroup：还满足以下条件的群称为交换群(又称阿贝尔群)(A5)交换律Commutative：对于G中任意的元素a,b，都有a•b=b•a成立当群中的运算符是加法时，其单位元是0；a的逆元是-a,并且减法用以下的规则定义：a–b=a+(-b)循环群CyclicGroup如果群中的每一个元素都是一个固定的元素a(a∈G)的幂ak(k为整数)，则称群G为循环群。元素a生成了群G，或者说a是群G的生成元。2021/3/11现代密码学理论与实践0424/51环(Rings)环R,由{R,+,x}表示,是具有加法和乘法两个二元运算的元素的集合，对于环中的所有a,b,c,都服从以下公理：(A1-A5),单位元是0，a的逆是-a.(M1),乘法封闭性,如果a和b属于R,则ab也属于R(M2),乘法结合律,对于R中任意a,b,c有a(bc)=(ab)c.(M3),乘法分配律,a(b+c)=ab+acor(a+b)c=ac+bc(M4),乘法交换律,ab=ba，交换环(M5),乘法单位元,R中存在元素1使得所有a有a1=1a.(M6),无零因子,如果R中有a,b且ab=0,则a=0orb=0.满足M4的是交换环；满足M5和M6的交换环是整环2021/3/11现代密码学理论与实践0425/51域(Fields)域F,可以记为{F,+,x},是有加法和乘法的两个二元运算的元素的集合，对于F中的任意元素a,b,c,满足以下公理：(A1-M6),F是一个整环(M7),乘法逆元,对于F中的任意元素a(除0以外),F中都存在一个元素a-1,使得aa-1=(a-1)a=1.域就是一个集合，在其上进行加减乘除而不脱离该集合,除法按以下规则定义:a/b=a(b-1).有理数集合,实数集合和复数集合都是域；整数集合不是域，因为除了1和-1有乘法逆元，其他元素都无乘法逆元2021/3/11现代密码学理论与实践0426/51(a1opa2)modn=[(a1modn)]op(a2modn)]modn①反身性：a=amodn②对称性：若a=bmodn，则b=amodn③传递性:若a=bmodn且b=cmodn，则a=cmodn④如果a=bmodn且c=dmodn，则a+c=(b+d)modna-c=(b-d)modna•c=(b•d)modn⑤(a+b)modn=(amodn+bmodn)modn(a-b)modn=(amodn-bmodn)modn(a•b)modn=(amodn•bmodn)modn模算术运算2021/3/11现代密码学理论与实践0427/51(a+b)modn=(amodn+bmodn)modn证明：定义(amodn)=ra,(bmodn)=rb于是存在整数j,k使得a=ra+jn,b=rb+kn.那么(a+b)modn=(ra+jn+rb+kn)modn=(ra+rb+(k+j)n)modn=(ra+rb)modn=[(amodn)+(bmodn)]modn模算术运算2021/3/11现代密码学理论与实践-0628/58网络信息安全Chapter6MoreonSymmetricCiphers2021/3/11现代密码学理论与实践-0629/576.1.1双重DES多次加密的最简单形式是进行两次加密，每次使用不同的密钥C=EK2(EK1(P))P=DK1(DK2(C))这种方法的密钥长度是56x2=112位虽然双重DES对应的映射与单DES对应的映射不同，但是有中途相遇攻击“meet-in-the-middle”只要连续使用密码两次，这种攻击总是有效因为X=EK1(P)=DK2(C)用所有可能的密钥加密明文P并把结果存储起来然后用所有可能的密钥解密密文C，寻找匹配的X值因此复杂度只有O(256)2021/3/11现代密码学理论与实践-0630/57双重DES和三重DES双重DES(DoubleDES)给定明文P和加密密钥K1和K2,加密：C=EK2[EK1[P]]解密：P=DK1[DK2[C]]密钥长度为56x2=112位存在中途相遇攻击问题2021/3/11现代密码学理论与实践-0631/576.2分组密码的工作模式2021/3/11现代密码学理论与实践-0832网络信息安全Chapter8IntroductiontoNumberTheory2021/3/11现代密码学理论与实践-0833/688.2费马定理和欧