對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用-01第一章 概述

1、北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用1北京郵電大學(xué)出版社對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用第一章第一章 概述概述北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用2第一章第一章 緒論緒論n密碼學(xué)簡(jiǎn)史密碼學(xué)簡(jiǎn)史 n密碼學(xué)的基本概念密碼學(xué)的基本概念n密碼體制的安全性要素密碼體制的安全性要素n對(duì)稱密碼體制的概念與分類對(duì)稱密碼體制的概念與分類 n對(duì)稱密碼學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ΨQ密碼學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域 北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用31.1 密碼學(xué)簡(jiǎn)史

2、密碼學(xué)簡(jiǎn)史 n古密碼時(shí)代古密碼時(shí)代n機(jī)器密碼時(shí)代機(jī)器密碼時(shí)代nVernam密碼機(jī)密碼機(jī) nENIGMA密碼機(jī)密碼機(jī)nSIGABA密碼機(jī)密碼機(jī)nPURPLE密碼機(jī)密碼機(jī)n現(xiàn)代密碼時(shí)代現(xiàn)代密碼時(shí)代n“保密系統(tǒng)的通信理論保密系統(tǒng)的通信理論 ”，仙農(nóng)，仙農(nóng)n“密碼學(xué)中的新方向密碼學(xué)中的新方向 ”，W. Diffie&M. E. Hellman n混沌密碼混沌密碼 n量子密碼量子密碼北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用41.2 密碼學(xué)的基本概念密碼學(xué)的基本概念n經(jīng)典保密通信模型經(jīng)典保密通信模型 北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用

3、對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用51.2 密碼學(xué)的基本概念密碼學(xué)的基本概念n專業(yè)術(shù)語專業(yè)術(shù)語n發(fā)送者和接收者發(fā)送者和接收者n消息和加密消息和加密n消息（消息（message）被稱為明文（）被稱為明文（plaintext）。用某種方法）。用某種方法偽裝消息以隱藏它的內(nèi)容的過程稱為加密（偽裝消息以隱藏它的內(nèi)容的過程稱為加密（encryption），），被加密的消息稱為密文（被加密的消息稱為密文（ciphertext），而把密文轉(zhuǎn)變?yōu)槊鳎?，而把密文轉(zhuǎn)變?yōu)槊魑牡倪^程稱為解密（文的過程稱為解密（decryption）。）。n使消息保密的技術(shù)和科學(xué)叫做密碼編碼學(xué)使消息保密的技術(shù)和科學(xué)叫做密碼編碼學(xué)（cryptograp

4、hy），從事此行業(yè)的叫做密碼編碼者），從事此行業(yè)的叫做密碼編碼者（cryptographer），密碼分析者（），密碼分析者（cryptanalyst）是從事密碼分析的專業(yè)人員，密碼分析學(xué)是從事密碼分析的專業(yè)人員，密碼分析學(xué)（cryptanalysis）就是破譯密文的科學(xué)和技術(shù)。密）就是破譯密文的科學(xué)和技術(shù)。密碼學(xué)（碼學(xué)（cryptology）作為數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，包括密碼）作為數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，包括密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)兩部分。編碼學(xué)和密碼分析學(xué)兩部分。北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用61.2 密碼學(xué)的基本概念密碼學(xué)的基本概念n專業(yè)術(shù)語專業(yè)術(shù)語n密

5、碼體制密碼體制 n所有可能的明文的集合所有可能的明文的集合P，稱為明文空間；，稱為明文空間；n所有可能的密文的集合所有可能的密文的集合C，稱為密文空間；，稱為密文空間；n所有可能的密鑰的集合所有可能的密鑰的集合K，稱為密鑰空間；，稱為密鑰空間；n加密算法：加密算法：n解密算法：解密算法：對(duì)對(duì) 有有 。五元組（五元組（P，C，K，E，D）稱為一個(gè)密碼體制。）稱為一個(gè)密碼體制。),(),( ,:mEkmCKPEk),(),( ,:cDkcPKCDk,KkPmmmEDkk)(北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用71.2 密碼學(xué)的基本概念密碼學(xué)的基本概念n

6、常見的密碼分析攻擊有四類：常見的密碼分析攻擊有四類：n唯密文攻擊（唯密文攻擊（ciphertext-only attack） 密碼分析密碼分析者有一些密文，這些消息都是用一加密算法加密。者有一些密文，這些消息都是用一加密算法加密。n已知明文攻擊（已知明文攻擊（know-plaintext attack）密碼分）密碼分析這不僅可以得到一些消息的密文，而且也知道這析這不僅可以得到一些消息的密文，而且也知道這些消息的明文。些消息的明文。n選擇明文攻擊（選擇明文攻擊（chosen-plaintext attack）分析）分析這不但可以得到一些消息的明文，而且它們可以選這不但可以得到一些消息的明文，而且

7、它們可以選擇被加密的明文。擇被加密的明文。n選擇密文攻擊（選擇密文攻擊（ chosen-ciphertext attack ）密）密碼分析者暫時(shí)獲得對(duì)解密機(jī)的訪問權(quán)限，可以選擇碼分析者暫時(shí)獲得對(duì)解密機(jī)的訪問權(quán)限，可以選擇一些密文，并可取得相應(yīng)的明文。一些密文，并可取得相應(yīng)的明文。北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用81.2 密碼學(xué)的基本概念密碼學(xué)的基本概念n 完整的保密通信模型完整的保密通信模型 北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用91.3 密碼體制的安全性要素密碼體制的安全性要素n理論安全性，完善保密

8、性或無條件安全性理論安全性，完善保密性或無條件安全性 n實(shí)際的不可破譯性，實(shí)際安全性實(shí)際的不可破譯性，實(shí)際安全性 n一個(gè)密碼體制的安全性涉及兩方面的因素：一個(gè)密碼體制的安全性涉及兩方面的因素： n所使用的密碼算法的保密強(qiáng)度所使用的密碼算法的保密強(qiáng)度n密碼算法之外的不安全因素密碼算法之外的不安全因素 北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用101.4 對(duì)稱密碼體制的概念與分類對(duì)稱密碼體制的概念與分類n密碼算法分類密碼算法分類n按照保密的內(nèi)容分按照保密的內(nèi)容分:n受限制的（受限制的（restricted)算法算法: 算法的保密性基于算法的保密性基于保持算法

9、的秘密。保持算法的秘密。n基于密鑰（基于密鑰（key-based)的算法的算法: 算法的保密性基算法的保密性基于對(duì)密鑰的保密。于對(duì)密鑰的保密。北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用11密碼算法分類密碼算法分類-iin基于密鑰的算法，按照密鑰的特點(diǎn)分類：基于密鑰的算法，按照密鑰的特點(diǎn)分類：n對(duì)稱密碼算法（對(duì)稱密碼算法（symmetric cipher）：又稱又稱傳統(tǒng)密碼傳統(tǒng)密碼算法（算法（conventional cipher），），就是加密密鑰和解密就是加密密鑰和解密密鑰相同，或?qū)嵸|(zhì)上等同，即從一個(gè)易于推出另一密鑰相同，或?qū)嵸|(zhì)上等同，即從一個(gè)易于推出

10、另一個(gè)。又稱個(gè)。又稱秘密密鑰算法或或單密鑰算法。n非對(duì)稱密鑰算法（asymmetric cipher）:加密密鑰和加密密鑰和解密密鑰不相同，從一個(gè)很難推出另一個(gè)。又稱解密密鑰不相同，從一個(gè)很難推出另一個(gè)。又稱公開密鑰算法（public-key cipher）。 公開密鑰算法用一個(gè)密鑰進(jìn)行加密公開密鑰算法用一個(gè)密鑰進(jìn)行加密, 而用另一個(gè)進(jìn)行而用另一個(gè)進(jìn)行解密解密.其中的加密密鑰可以公開其中的加密密鑰可以公開，又稱又稱公開密鑰（public key），簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱公鑰; 解密密鑰必須保密解密密鑰必須保密，又稱又稱私人密鑰（private key），簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱私鑰。北郵信息安全中心 北郵信息安全中心2008年版對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用對(duì)稱密碼學(xué)及其應(yīng)用12密碼算法分類密碼算法分類-iiin按照明文的處理方法：按照明文的處理方法：n分組密碼（分組密碼（block cipher）:將明文分成固定長度的將明文分成固定長度的組，用同一密鑰和算法對(duì)每一塊加密，輸出也是組，用同一密鑰和算法對(duì)每一塊加密，輸出也是固定長度的密文。固定長度的密文。n流密碼（流密碼（stream cipher）:又稱又稱序列密碼序列密碼。序列密序列密碼每次加密一位或一字節(jié)的明文，也可以稱為流碼每次加密一位或一字節(jié)的明文，也可以稱為流密碼。密碼。 序列密碼是手工和機(jī)械密碼時(shí)代的主流序列密碼是手