密碼學(xué)第一次課

1、密碼趣談,計(jì)算機(jī)系 李 莉 lili_ abcd1234,飲食密碼，健康密碼，風(fēng)水密碼 ？ 刷銀行卡、登錄計(jì)算機(jī)、登錄電子郵箱、登錄論壇、登錄QQ ？,密碼是什么？,密碼？ 口令,i love you,LORYHBRX,00001110011011100111101100011101010010111001001010111100101011100001101001100101100111000010111001100101011000000100001100011001,CLUPQYUM,明文,密文,算法+密鑰,凱撒密碼、仿射密碼、DES,課程內(nèi)容簡(jiǎn)介,密碼技術(shù)是信息安全的關(guān)鍵技術(shù)之一。 密

2、碼技術(shù)是一門(mén)古老的技術(shù)，大概自人類社會(huì)出現(xiàn)戰(zhàn)爭(zhēng)便產(chǎn)生了密碼。戰(zhàn)爭(zhēng)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了密碼學(xué)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，電子政務(wù)、電子商務(wù)的發(fā)展給密碼學(xué)開(kāi)拓了廣泛的應(yīng)用空間，從而使密碼學(xué)進(jìn)入了空前繁榮的階段。 本課程是面向全校各專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)公共選修課程。課程教學(xué)立足于信息安全知識(shí)體系的框架之下，講授密碼學(xué)的歷史、現(xiàn)狀及展望未來(lái)技術(shù)，以及基本的密碼學(xué)理論和應(yīng)用技術(shù)。,課程基本要求,了解密碼學(xué)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀，理解古典密碼、序列密碼、分組密碼、公鑰密碼、數(shù)字簽名、密鑰管理等主要知識(shí)，掌握密碼學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的一些重要概念，熟悉密碼學(xué)技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用。,教材及參考書(shū)籍,教材,參考書(shū)籍

3、,課程安排,學(xué)時(shí)：16學(xué)時(shí) 時(shí)間：13-20周，周三第四大節(jié),密碼導(dǎo)論,通信是人類社會(huì)的重要活動(dòng)之一。 保密通信的兩種基本方法：密碼術(shù)和隱寫(xiě)術(shù)。,現(xiàn)代密碼學(xué),信息隱藏和數(shù)字水印,密碼學(xué)要解決的基本問(wèn)題: (1) 信息的保密傳輸和存儲(chǔ)問(wèn)題; (2) 信息的認(rèn)證問(wèn)題。,例: 我收到你寫(xiě)給我1封信,那么我問(wèn): -信的內(nèi)容是否被改動(dòng)? -是否真是你寫(xiě)的信? -是否真是寫(xiě)給我信? -有沒(méi)有人看過(guò)這封信？,密碼學(xué)能夠解決的問(wèn)題,信息系統(tǒng)的安全與保密問(wèn)題； 電子商務(wù)、電子政務(wù)中的安全和保密問(wèn)題； 銀行系統(tǒng)、證券系統(tǒng)、保險(xiǎn)系統(tǒng)等的安全問(wèn)題； 商品、票據(jù)、信用卡等的防偽與審核問(wèn)題。,密碼學(xué)的發(fā)展,1949年之前

4、 密碼學(xué)是一門(mén)藝術(shù) 19491975年 密碼學(xué)成為科學(xué) 1976年以后 密碼學(xué)的新方向公鑰密碼學(xué),密碼學(xué)已經(jīng)成為結(jié)合物理、量子力學(xué)、電子學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等多個(gè)專業(yè)的綜合科學(xué)，出現(xiàn)了如“量子密碼”、“混沌密碼”等先進(jìn)理論，在信息安全中起著十分重要的角色。,凱撒的密信,凱撒又被稱為凱撒大帝，是杰出的軍事統(tǒng)帥、政治家，被視為羅馬帝國(guó)的奠基者。他曾經(jīng)出任高盧總督，花了8年時(shí)間征服了高盧全境（基本就是現(xiàn)在的法國(guó)），公元前44年，凱撒遭到眾多元老院成員暗殺身亡 。,蓋烏斯尤利烏斯愷撒,明文：caesar,密文：fdhvdu,他的高盧戰(zhàn)記中包含了第一次有史料記載的加密信息的使用的事例 。,密碼學(xué)基本概念,明文(p

5、laintext) 密文(ciphertext) 加密算法(encryption algorithm) 解密算法(decryption algorithm) 密鑰(key),明文：caesar,密文：fdhvdu,C=Ek(P),P=Dk(C),密碼技術(shù)發(fā)展的3個(gè)時(shí)期,古典密碼時(shí)期 從古代到19世紀(jì)末，長(zhǎng)達(dá)幾千年 紙、筆或簡(jiǎn)單器械實(shí)現(xiàn)的代替和換位 通信手段：信使 近代密碼時(shí)期 從20世紀(jì)初到20世紀(jì)50年代，即一戰(zhàn)及二戰(zhàn)時(shí)期 手工或電動(dòng)機(jī)械實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜的代替或換位 通信手段：電報(bào)通信 現(xiàn)代密碼時(shí)期 從20世紀(jì)50年代初至今 分組密碼、序列密碼及公開(kāi)密鑰密碼，有數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ) 通信手段：無(wú)線通信、有

6、線通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等,古典密碼,換位密碼 列換位密碼 周期換位密碼 代替密碼 單表代替密碼 多表代替密碼,列換位密碼,將明文序列以矩陣m*n方式寫(xiě)出，再按密鑰指示逐列寫(xiě)出每列字符而得到密文的加密方法。,明文：are you a student,密鑰：3 4 2 1,密文：yearsaouedtuzznt,解密密鑰：4 3 1 2,周期換位密碼,將明文按密鑰長(zhǎng)度分組，每組中的字符按密鑰K中的數(shù)字的指示位置進(jìn)行換位的一種加密方法。,明文：can you understand,密鑰：4 3 1 2,cany ouun ders tand,4312 4312 4312 4312,nyac unuo r

7、sed ndat,P:,K:,C:,古典密碼,換位密碼 列換位密碼 周期換位密碼 代替密碼 單表代替密碼 多表代替密碼,建立一個(gè)明-密文對(duì)照表，加密時(shí)依次將需要加密的明文字符通過(guò)查表替換為相應(yīng)的密文字符。,單表代替密碼,加密時(shí)沒(méi)有密鑰參與，一個(gè)明文字符永遠(yuǎn)用固定的一個(gè)密文字符代替。 凱撒密碼是單表代替密碼的典型實(shí)例。,數(shù)學(xué)描述：P(明文)，C(密文)，E(加密變換)，D(解密變換),設(shè)a=0，b=1，c=2，x=23，y=24，z=25,則： C=E(P)=(P+3)mod26,P=D(C)=(C-3)mod26,(a+3)mod26=3=d,(c-3)mod26=(-1)mod26=25=z

8、,單表代替密碼字典密碼,針對(duì)漢字加密設(shè)計(jì)的一種特殊的單表代替密碼。 常用一級(jí)漢字3400多個(gè)，二級(jí)漢字有6700多個(gè)。 字典密碼：每個(gè)漢字用4位數(shù)字進(jìn)行編碼，按照字典的方式印制成一本書(shū)的形式。,簡(jiǎn)介區(qū)位碼,1980年，為了使每一個(gè)漢字有一個(gè)全國(guó)統(tǒng)一的代碼，我國(guó)頒布了第一個(gè)漢字編碼 的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)： GB2312-80信息交換用漢字編碼字符集基本集，這個(gè)字符集是我國(guó)中文信息處理技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，也是目前國(guó)內(nèi)所有漢字系統(tǒng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 國(guó)標(biāo)碼是一個(gè)四位十六進(jìn)制數(shù)，區(qū)位碼是一個(gè)四位的十進(jìn)制數(shù)，每個(gè)國(guó)標(biāo)碼或區(qū)位碼都對(duì)應(yīng)著一個(gè)唯一的漢字或符號(hào)，但因?yàn)槭M(jìn)制數(shù)我們很少用到，所以大家常用的是區(qū)位碼，它的前兩位叫做

9、區(qū)碼，后兩位叫做位碼。 漢字庫(kù)分布情況如下： 一級(jí)漢字 10-55區(qū) （3755個(gè)最常用的漢字，按拼音次序排列） 二級(jí)漢字 56-87區(qū) （3008個(gè)漢字，按部首次序排列） 三級(jí)漢字 1-9區(qū) 空閑未用 10-15區(qū),例1: 漢字和符號(hào)的區(qū)位碼(單表代替),2211,2277,多表代替密碼,加密時(shí)有密鑰參與，且明密對(duì)照表有若干個(gè)，加密時(shí)根據(jù)密鑰的指示使用不同的明密對(duì)照表加密。 這樣同一個(gè)明文字符可由不同的密文字符來(lái)代替。,Vigenere（維吉尼亞）密碼,以16世紀(jì)法國(guó)密碼學(xué)家Blaise de Vigenere的名字命名。,原理：對(duì)給定的明文字符和密鑰，以明文為列號(hào)，以密鑰為行號(hào)查表所得的字符即為對(duì)應(yīng)的密文。 如果密鑰長(zhǎng)度比明文短時(shí)，密鑰可周期性地重復(fù)使用。,維吉尼亞密碼的代替表為,明文字母,密鑰字母,密鑰字母 為 d , 明文字母為 b 時(shí),查表得密文字母 為 e,Vigenere（維吉尼亞）密碼舉例,明文：this is the plaintext 密鑰：hold,明文字符為列號(hào)，密文字符為行號(hào),古典密碼,換位密碼 列換位密碼 周期換位密碼 代替密碼 單表代替密碼 多表代替密碼,思考：Vigenere密碼的解密過(guò)程。,思考：換位密碼和代替密碼有什么弱點(diǎn)，如何破解？,密文：wsm yvw