密碼學第一次課

1、密碼趣談,計算機系 李 莉 lili_ abcd1234,飲食密碼，健康密碼，風水密碼 ？ 刷銀行卡、登錄計算機、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)容簡介,密碼技術是信息安全的關鍵技術之一。 密

2、碼技術是一門古老的技術，大概自人類社會出現(xiàn)戰(zhàn)爭便產(chǎn)生了密碼。戰(zhàn)爭和科學技術的進步推動了密碼學的發(fā)展。計算機和計算機網(wǎng)絡的廣泛應用，電子政務、電子商務的發(fā)展給密碼學開拓了廣泛的應用空間，從而使密碼學進入了空前繁榮的階段。 本課程是面向全校各專業(yè)學生開設的一門公共選修課程。課程教學立足于信息安全知識體系的框架之下，講授密碼學的歷史、現(xiàn)狀及展望未來技術，以及基本的密碼學理論和應用技術。,課程基本要求,了解密碼學的發(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，掌握密碼學系統(tǒng)相關的一些重要概念，熟悉密碼學技術在日常生活中的應用。,教材及參考書籍,教材,參考書籍

3、,課程安排,學時：16學時 時間：13-20周，周三第四大節(jié),密碼導論,通信是人類社會的重要活動之一。 保密通信的兩種基本方法：密碼術和隱寫術。,現(xiàn)代密碼學,信息隱藏和數(shù)字水印,密碼學要解決的基本問題: (1) 信息的保密傳輸和存儲問題; (2) 信息的認證問題。,例: 我收到你寫給我1封信,那么我問: -信的內(nèi)容是否被改動? -是否真是你寫的信? -是否真是寫給我信? -有沒有人看過這封信？,密碼學能夠解決的問題,信息系統(tǒng)的安全與保密問題； 電子商務、電子政務中的安全和保密問題； 銀行系統(tǒng)、證券系統(tǒng)、保險系統(tǒng)等的安全問題； 商品、票據(jù)、信用卡等的防偽與審核問題。,密碼學的發(fā)展,1949年之前

4、 密碼學是一門藝術 19491975年 密碼學成為科學 1976年以后 密碼學的新方向公鑰密碼學,密碼學已經(jīng)成為結合物理、量子力學、電子學、語言學等多個專業(yè)的綜合科學，出現(xiàn)了如“量子密碼”、“混沌密碼”等先進理論，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，被視為羅馬帝國的奠基者。他曾經(jīng)出任高盧總督，花了8年時間征服了高盧全境（基本就是現(xiàn)在的法國），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),密碼技術發(fā)展的3個時期,古典密碼時期 從古代到19世紀末，長達幾千年 紙、筆或簡單器械實現(xiàn)的代替和換位 通信手段：信使 近代密碼時期 從20世紀初到20世紀50年代，即一戰(zhàn)及二戰(zhàn)時期 手工或電動機械實現(xiàn)的復雜的代替或換位 通信手段：電報通信 現(xiàn)代密碼時期 從20世紀50年代初至今 分組密碼、序列密碼及公開密鑰密碼，有數(shù)學理論基礎 通信手段：無線通信、有

6、線通信、計算機網(wǎng)絡等,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方式寫出，再按密鑰指示逐列寫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,將明文按密鑰長度分組，每組中的字符按密鑰K中的數(shù)字的指示位置進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,建立一個明-密文對照表，加密時依次將需要加密的明文字符通過查表替換為相應的密文字符。,單表代替密碼,加密時沒有密鑰參與，一個明文字符永遠用固定的一個密文字符代替。 凱撒密碼是單表代替密碼的典型實例。,數(shù)學描述：P(明文)，C(密文)，E(加密變換)，D(解密變換),設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,針對漢字加密設計的一種特殊的單表代替密碼。 常用一級漢字3400多個，二級漢字有6700多個。 字典密碼：每個漢字用4位數(shù)字進行編碼，按照字典的方式印制成一本書的形式。,簡介區(qū)位碼,1980年，為了使每一個漢字有一個全國統(tǒng)一的代碼，我國頒布了第一個漢字編碼 的國家標準： GB2312-80信息交換用漢字編碼字符集基本集，這個字符集是我國中文信息處理技術的發(fā)展基礎，也是目前國內(nèi)所有漢字系統(tǒng)的統(tǒng)一標準。 國標碼是一個四位十六進制數(shù)，區(qū)位碼是一個四位的十進制數(shù)，每個國標碼或區(qū)位碼都對應著一個唯一的漢字或符號，但因為十六進制數(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。 漢字庫分布情況如下： 一級漢字 10-55區(qū) （3755個最常用的漢字，按拼音次序排列） 二級漢字 56-87區(qū) （3008個漢字，按部首次序排列） 三級漢字 1-9區(qū) 空閑未用 10-15區(qū),例1: 漢字和符號的區(qū)位碼(單表代替),2211,2277,多表代替密碼,加密時有密鑰參與，且明密對照表有若干個，加密時根據(jù)密鑰的指示使用不同的明密對照表加密。 這樣同一個明文字符可由不同的密文字符來代替。,Vigenere（維吉尼亞）密碼,以16世紀法國密碼學家Blaise de Vigenere的名字命名。,原理：對給定的明文字符和密鑰，以明文為列號，以密鑰為行號查表所得的字符即為對應的密文。 如果密鑰長度比明文短時，密鑰可周期性地重復使用。,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,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，密文字符為行號,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密碼的解密過程。,思考：換位密碼和代替密碼有什么弱點，如何破解？,密文：wsm yvw