第七章 简答题及计算题
⑴公钥密码体制与对称密码体制相比有哪些优点和不足？ 答：对称密码
一般要求： 1、加密解密用相同的密钥 2、收发双方必须共享密钥
安全性要求： 1、密钥必须保密 2、没有密钥，解密不可行 3、知道算法和若干密文不足以确定密钥 公钥密码
一般要求：1、加密解密算法相同，但使用不同的密钥 2、发送方拥有加密或解密密钥，而接收方拥有另一个密钥 安全性要求： 1、两个密钥之一必须保密 2、无解密密钥，解密不可行 3、知道算法和其中一个密钥以及若干密文不能确定另一个密钥
⑵RSA 算法中n ＝11413，e ＝7467，密文是5859，利用分解11413＝101×113，求明文。 解：
10111311413n p q =?=?=
()(1)(1)(1001)(1131)11088n p q ?=--=--=
显然，公钥e=7467，满足1＜e ＜
()
n ?，且满足
gcd(,())1e n ?=，通过公式
1m o d 1108d e ?≡求出1
mod ()3d e n ?-≡=，
由解密算法mod d
m c
n ≡得3mod 5859mod114131415d m c n ≡==
⑶在RSA 算法中，对素数p 和q 的选取的规定一些限制，例如： ①p 和q 的长度相差不能太大，相差比较大； ②P-1和q-1都应有大的素因子；请说明原因。
答：对于p ，q 参数的选取是为了起到防范的作用，防止密码体制被攻击 ①p ，q 长度不能相差太大是为了避免椭圆曲线因子分解法。 ②因为需要p ，q 为强素数，所以需要大的素因子
⑸在ElGamal 密码系统中，Alice 发送密文（7，6），请确定明文m 。
⑺11
Z 上的椭圆曲线E ：
23
6y x x =++，且m=3。 ①请确定该椭圆曲线上所有的点；
②生成元G=（2,7），私钥(5,2)2B B n P ==，明文消息编码到(9,1)m P =上，加密是选取随机
数k=3，求加解密过程。
解：①取x=0,1，…，10 并计算
23
6(mod11)y x x =++，现以x=0为例子。
因为x=0，
23006(mod11)6mod11y =++=，没有模11的平方根，所以椭圆上不存在横坐标为0
的点；同理依次可以得到椭圆上的点有（2 , 4） （2，7） （3 , 5） （3，6） （5,9） （5 , 2） （7 , 9） （7 ，2） （8 , 8） （8 , 3） （10 , 9） (10 , 2) ②密钥生成：由题得B 的公钥为{E:
236(mod11)y x x =++，(2,7)G =，(5,2)B P =}，私钥为
⑻与RSA 密码体制和ElGamal 密码体制相比，简述ECC 密码体制的特点。
答：①椭圆曲线密码体制的安全性不同于RSA 的大整数因子分解问题及ElGamal 素域乘法群离散对数问题。自公钥密码产生以来，人们基于各种数学难题提出了大量的密码方案，但能经受住时间的考验又广泛为人
们所接受的只有基于大整数分解及离散对数问题的方案，且不说这两种问题受到亚指数的严重威胁，就如此狭窄的数学背景来说，也不能不引起人们的担忧，寻找新的数学难题作为密码资源早就是人们努力的一个方向，而椭圆曲线为公钥密码体制提供一类新型的机制。
②椭圆曲线资源丰富。同在一个有限域上存在着大量不同的椭圆曲线，这位安全性增加了额外的保障。
③效率方面。在同等安全水平上，椭圆曲线密码体制的密钥长度与RSA，ElGamal的密钥小得多，所以，计算量小，处理速度快，存储空间占用小，传输带宽要求低，特别在移动信号，无线设备上的应用前景非常好。
④安全性。而显然是任何密码体制的必备条件，椭圆曲线密码体制的安全性分析因而也引起了各国密码学家及有关部门的关注和重视，但成果并不丰硕。也许这可视为椭圆曲线密码体制具有高安全性的一种证据，因此，大多是密码学家对其前景持乐观态
第六章
4.简答题
（1）简要说明散列（哈希）函数的特点。
答：哈希函数有如下特点:输入数字串与输出数字串具有唯一的对应关系;输入数字串中任何变化会导致输出数字串也发生变化;从输出数字串不能够反求出输入数字串。哈希函数算法有多种,它受到广泛的应用,在信息安全领域,它是实现数字签名和认证的重要工具。
（3）简述MD5算法。
答：Md5的全称是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法），在90年代初由Mit Laboratory For Computer Science和Rsa Data Security Inc的Ronaldl.rivest开发出来，经md2、md3和md4发展而来。它的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被“压缩”成一种保密的格式。MD5是一个安全的散列算法，输入两个不同的明文不会得到相同的输出值，根据输出值，不能得到原始的明文，即其过程不可逆；所以要解密MD5没有现成的算法，只能用穷举法，把可能出现的明文，用MD5算法散列之后，把得到的散列值和原始的数据形成一个一对一的映射表，通过比在表中比破解密码的MD5算法散列值，通过匹配从映射表中找出破解密码所对应的原始明文。
（4）MD5在MD4基础上做了哪些改进，其改进的目的是什么?
答：MD5在MD4基础上增加了Safety-Belts，所以MD5又被称为是“系有安全带的MD4”，它虽然比MD4慢一点，但更为安全。
(5)简述SHA1算法。
答：SHA1也叫安全哈希算法（Secure Hash Algorithm）主要适用于数字签名标准（Digital Signature Standard DSS）里面定义的数字签名算法（Digital Signature Algorithm DSA）。对于长度小于2^64位的消息，SHA1会产生一个160位的消息摘要。当接收到消息的时候，这个消息摘要可以用来验证数据的完整性。在传输的过程中，数据很可能会发生变化，那么这时候就会产生不同的消息摘要。SHA1有如下特性：不可以从消息摘要中复原信息；两个不同的消息不会产生同样的消息摘要。
（6）简述SHA256算法。
答：SHA256算法是SHA家族算法里面的一种，它的输入时最大长度小于2^64的消息，输出是256bit消息摘要，输入以512bit的分组为单位处理。该过程包括：附加填充位和长度，初始化散列缓冲区，以512bit 分组为单位处理消息，经过64轮操作。
（7）简述HMAC算法。
答：HMAC是密钥相关的哈希运算消息认证码（keyed-Hash Message Authentication Code）,HMAC运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。 HMAC引擎提供HMAC运算功能，发挥两方面的作用：
a）验证TPM接受的授权数据和认证数据；
b）确认TPM接受到的命令请求是已授权的请求，并且，命令在传送的过程中没有被改动过。
（9）如图6-17所示的认证码是基于分组密码的CBC模式，其他模式是否也可以用来认证消息？请简要说明原因。
答：可以的，依据数据认证算法的思想，可选用其他分组密码算法来生产数据认证码，同时考虑安全性分组长度应选择更长。
（10）数字签名算法中，对消息的Hash值签名，而不对消息本身签名有哪些好处？
答：由于安全的Hash函数具有抗碰撞性，所以利用消息散列值实现数字签名，能够满足消息的完整性，防伪造性以及不可否认性等特点，而且签名短，更容易管理，有利于签名的扩展。
第五章（1）简述序列密码算法和分组密码算法的不同。
序列密码分组密码
明文长度可以小于1字节，有记忆；
加密不仅与密钥和明文有关，还与当前状态有关，也叫状态密码；
设计关键在于密钥序列产生器，使生成的密钥序列尽可能高的不可预测性。明文分成比较大的块，无记忆；
每块使用相同的加密函数进行处理；
增加记忆模块，形成一种序列密码；
设计关键在于加解密算法，是明文密文之间的关联在密钥控制下尽可能复杂；
（2）密钥序列生成器是序列密码算法的核心，请说出至少5点关于密钥序列生成器的基本要求。
①种子密钥K的长度足够大，一般应在128位以上；
②KG生成的密钥序列｛ki｝具极大周期；
③｛ki｝具有均匀的n元分布；
④利用统计分析方法由｛ki｝提取关于KG结构或K的信息在计算上不可行；
⑤混乱性，即｛ki｝的每一比特位均与K的大多数比特有关；
⑥扩散性，即K的任一比特的改变要引起｛ki｝在全貌上的变化；
⑦序列密钥｛ki｝不可预测，密文和相应明文的部分信息，不能确定整个｛ki｝。
（4）简述RC4算法的实现过程。详见166页。
（5）简述A5算法的实现过程。详见169页。
（6）简述SEAL算法的实现过程。详见171页。
（7）简述WAKE算法的实现过程。详见176页。
（8）简述PKZIP算法的实现过程。详见177页。
（9）简述FCSR算法的实现过程。详见161页。
第四章、简答题
（1）分组密码的设计应满足的要求是什么？
答：
①分组要足够长。假设n为分组长度，则要使分组代换字母表中的元素个数2n足够大，以防止
明文穷举攻击。
②密钥长度要足够长，以防止密钥穷举攻击。但密钥又不能过长，这不利于密钥的管理且影响加解密的速度。
③由密钥确定的置换算法要足够复杂，足以抵抗各种已知的攻击，如查分攻击和线性攻击等，使攻击者除了利用穷举攻击外，无其他更好的攻击方法。
④加密解密运算简单，易于软件和硬件的快速实现。为了便于软件编程和通过逻辑电路实现，算法中的运算应尽量简单，如二进制加法或移位运算，参与运算的参数长度也应选择在8的整数倍，可以充分发挥计算机中字节运算的优势。
⑤一般无数据扩展，即明文和密文长度相同。在采用同态置换和随机话加密技术时可引入数据扩展。
⑥差错传播尽可能的小。
设计密码时，①②③的安全性为必要条件，同时还需考虑④⑤⑥。
归纳起来，一个分组密码在实际应用中需要在安全性和实用性之间寻求一种平衡，使算法在足够安全的同时，又具有尽可能短的密钥，尽可能小的存储空间以及尽可能快的运行速度。
（2）简述分组密码设计的准则。
答：
①分组长度
分组长度越长意味着安全性越高，但是会影响加密解密的速度。1977年之后，由于计算速度和分析技术的提高，建议使用分组长度128位。
②密钥长度
密钥越长同样意味着安全性越高，但会影响加密和解密的速度。现在一般认为64位的密钥是不安全的，通常使用的密钥长度为128位。
③轮函数F
轮函数F通常之迭代分组密码中单轮加密解密算法的实现部分，是分组密码结构的核心，由其实现数据的混乱和扩散。在设计中，轮函数要遵循雪崩效应准则和位独立准则。评价轮函数实际质量的指标有安全性，速度和灵活性。
④迭代的轮数
迭代分组密码的本质是单轮不能提供足够的安全性而多伦迭代增强其安全性。一般而言，迭代轮数越多，密码分析越困难，但过多的迭代会使输入和输出的关系复杂化，影响加解密速度，而安全性增强不明显，一般而言，决定迭代轮数的准则是：是密码分析的难度大于简单穷举攻击的难度。
⑤子密钥的生成方法
理论设计目标是子密钥的统计独立性和密钥更换的有效性。包括：实现简单，便于硬件实现，子密钥的生成不影响迭代轮函数的执行；不存在简单关系；种子密钥的所有比特对每个子密钥比特影响大致相同；没有弱密钥或弱密钥容易避开；保证密钥和密文符合位独立准则和雪崩效应。
（3）简述DES算法中S盒的特点？
答：S盒是DES中唯一的非线性部分，DES的安全强度主要取决于S盒的安全强度。DES中8个S盒，输入均为6位，输出为4位。有以下特点：
①具有良好的非线性，即输出地每一个比特与全部输入比特有关；
②每一行包括所有16种4位二进制。
③两个输入相差1bit比特时，输出相差2bit。
④如果两个输入刚好在中间2个比特上不同，则输出至少有2个比特不同。
⑤如果两个输入前2位不同而最后2位相同，则输出一定不同。
⑥相差6bit的输入共32对，在这32对中有不超过8对的输出相同。
（4）DES算法具有互补性，而这个特性会使DES在选择明文攻击下所需的工作量减半。简要说明原因。答：
在选择明文攻击下，
C1=E k（m）, （1）
C2= E k（m）（2）
根据互补性，2c=E k(m) (3)
根据（1）式穷举搜索密钥k时，入输出密文是C1，则加密密钥就是多应用的密钥；若输出密文是2c，根据（3）可知加密密钥是多应用的密钥的补，这样，利用一个密钥的加密尝试，能够检测两个密钥是否为真正的加密密钥。因此，DES的互补性会使DES在选择明文攻击下所需的工作量减半。
（6）简述利用差分分析攻击DES算法的基本过程。
答：过程如下：首先攻击者选择具有固定差分（在DES分析中，“差分”定义为异或运算）的一对明文，这两个明文可以随机选取，攻击者甚至不必知道他们的值，但要求它们符合特定的差分条件；然后，使用输出密文中的差分，分析可能的密钥；随着分析的密文对越来越多有一个的概率明显增大，它就是正确的密钥。
（7）简述线性攻击的基本原理。
答：基本原理是寻求明文、密文和密钥间有效的线性逼近，当该逼近的线性偏差足够大时，就可以由一定量的明密文对推测出部分密钥信息。线性分析的关键是确定有效线性方程的线性偏差和线性组合系数。
（8）简述AES算法的正变换矩阵比逆变换矩阵简单的原因。
答：逆S盒比S盒复杂，需要将逆S盒中的每个字节映射到它在有限域GF（２８）中的逆。输出值不能通过一个简单的函数变换输入值所得到。S盒必须是可逆的，即S[S[a]]=a,而S[a]=S-1[a]不成立，在这个意义上S盒不是自逆的。
（9）简述AES的子密钥生成过程
答：AES首先将初始密钥输入到一个4*4矩阵中。这个4*4矩阵的每一列的4个字节组成一个字，矩阵4列的4个字依次命名为w[0]w[1]w[2]和w[3]。它们构成了一个以字为单位的数组w。
接着，对w数组扩充40个新列，构成总共44列的扩展密码数组。新列以如下的递归方式产生：
（1）如果i不是4的倍数，那么第i列由如下等式确定：
w[i]=w[i-4]⊕w[i-1]
（2）如果i是4的倍数，那么第i列由如下等式确定：
w[i]=w[i-4]⊕T（w[i-1]）
其中，T是一个复杂的函数。
函数T由三个部分组成：自循环、字节代换和轮常量异或，这三部分的作用分别如下：
（1）字循环：将1个字中的4个字节循环左移1个字节。
（2）字节代换：对字循环的结果使用S盒进行字节代换。
（3）轮常量抑或：将前两步的结果同轮常量Rcon[j]进行异或，其中J表示轮数。
（10）简述DES与AES的相同之处
答：①二者的轮函数都是由3层构成，非线性层、线性混合层、子密钥异或，只是顺序不同。
②AES的子密钥异或对应于DES中S盒之间的子密钥异或。
③AES的列混合运算的目的是让不同的字节相互影响，和DES中F函数的输出与左边一半数据相加也
有类似的效果。
④AES的非线性运算是字节代换，对应于DES中唯一的非线性运算S盒。
⑤行移位运算保证了每一行的字节不仅仅影响其他行对应的字节，而且影响其他行所有的字节，这与DES中置换P相似。
（11）简述实际分组密码的工作模式应遵循的基本原则。
答：①工作模式的运行应当简单；
②工作模式应当不会损害算法的安全性；
③工作模式应当不会明显的降低基本密码的效率；
④工作模式应易于实现。
第三章
（1）用C语言编写欧几里德算法的程序。
#include
unsigned int Gcd( unsigned int M, unsigned int N )
{
unsigned int Rem;
while( N > 0 )
{
Rem = M % N;
M = N;
N = Rem;
}
return M;
}
void main()
{
int temp;
int a,b;
scanf("%d",&a);
scanf("%d",&b);
printf("the greatest common factor of %d and %d is ",a,b);
printf("%d\n",Gcd(a,b));
}
（2）用欧几里德算法计算gcd（1024，888）。
1024=888*1+136 gcd（888，136）
888=136*6+72 gcd（136，72）
136=72*1+64 gcd（72，64）
72=64*1+8 gcd（64，8）
64=8*8+0 gcd（8，0）
gcd（1024，888）=8
（3）利用欧拉定理可简化大指数的幂运算，计算21000 000 mod99
gcd（2，99）=1
φ(99)=φ(9*11)=φ(32*11)=9*（1-1/3）*11=66
1000000=16666*60+40
21000 000 mod99≡216666*60+40 mod99≡240 mod99≡10244 mod99≡344mod99≡672mod99≡34
（4）设Z2[x]的两个元a(x)=2x4+2,b(x)=x5+2,求gcd[a(x),b(x)]=g(x),并找出s(x),t(x)使
g(x)=s(x)a(x)+t(x)b(x)。
x5+2≡2x(2x4+2)+(2x+2)
2x4+2≡(x3+2x2+x+2)(2x+2)+1
1≡2x4+2-(x3+2x2+x+2)(2x+2)
≡2x4+2-(x3+2x2+x+2)[(x5+2)-2x(2x4+2)]
≡(2x4+4x3+2x2+4x+1)(2x4+2)+(2x3+x2+2x+1)(x5+2)
≡(2x4+x3+2x2+x+1)(2x4+2)+(2x3+x2+2x+1)(x5+2)
所以，g(x)=1，s(x)=2x4+x3+2x2+x+1，t(x)=2x3+x2+2x+1。
（5）（韩信点兵问题）有兵一队，若列成五行纵队，则末行一人；成六行纵队，则末行五人；成七行纵队，则末行四人；成十一行纵队，则末行十人，求兵数。
x≡1mod5
x≡5mod6
x≡4mod7
x≡10mod11
m1 =5, m2 =6,m3 =7,m4 =11
a1 =1, a2 =5,a3 =4,a4 =10
M=5*6*7*11=2310
M1 =6*7*11=462, M2 =5*7*11=385, M3 =5*6*11=330,M4 =5*6*7=210
Mb≡1modm
462b1≡1mod5 b1≡3mod5
385b2≡1mod6 b2≡1mod6
330b3≡1mod7 b3≡1mod7
210b4≡1mod11 b4≡1mod11
1*3*462+5*1*385+4*1*330+1*10*210≡2111mod2310
兵数2111mod2310。
（6）设在Z+中，。为a。b=a+b+a.b,a,b∈Z+ ,这里+ ，.分别为数的加法和乘法，证明（Z+，。）是半群。证明：
①封闭性
∵a,b∈Z+
∴a+b+a.b∈Z+
∴a。b∈Z+
∴（Z+，。）满足封闭性
②结合律
（a。b）。c=(a+b+a.b)。c=(a+b+a.b)+c+(a+b+a.b)*c=a+b+c+ac+bc+ab+abc
a。(b。c)=a。(b+c+b.c)=a+b+c+b.c+a*(b+c+b.c)=a+b+c+ac+bc+ab+abc
∴（a。b）。c=a。(b。c)
（7）设密文空间共含有5个信息mi,(1≤i≤5),并且p(m1)=p(m2)=1/4,p(m3)=1/8,p(m4)=p(m5)=3/16,求H （m）。
H(x)=-∑p(xi)log(p(xi)) (i=1,2,3,4)
=-（2*（1/4log1/4）+1/8log1/8+2*（3/16log3/16））=23/8-3/8log3
（8）请给出一个NP完全类问题的例子。
旅行商问题（TSP Travelling Salesman Problem）该问题是在寻求单一旅行者由起点出发，通过所有给定的需求点之后，最后再回到原点的最小路径成本。可以用回溯法和贪心算法解决。
还有子集和问题，Hamilton回路，最大团问题等。
第二章
4、简答题及计算题
（1）求置换
的逆置换。
6=错误！未找到引用源。=(1 5 6 8 3 7 4 2)
6的逆=错误！未找到引用源。=(1 2 4 7 3 8 6 5)错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。
(2)用维吉尼亚密码加密明文“please keep this message in secret”其中使用的密钥为“computer”试求其密文。
K=computer 所以k=（2，14，12，15，20，19，4，17）
p l e a s e k e
15 11 4 0 18 4 10 4
2 14 12 15 20 19 4 17
17 25 16 15 12 23 14 21
R Z Q P M X O V
e p y h i s m e
4 1
5 19 7 8 18 12 4
2 14 12 15 20 19 4 17
6 3 5 22 2 11 16 21
G D F W C L Q V
s s a g e i n s
18 18 0 6 4 8 13 18
2 14 12 15 20 19 4 17
20 6 12 21 24 1 17 9
U G M V Y B R J
e c r e t
4 2 17 21 9
2 14 12 15 20
6 16 3 19 13
G Q D T N
得到的密文是：RZQPMXOVGFWCLQVUGMVYBRJGQDTN
（3）用Playfair密码加密明文“hide the gold in the tree stump”密钥是“cryptography”试求其密文。
由密钥得出的矩阵如下：
错误！未找到引用源。P=hide the gold in the tree stump
所以密文为：IQEFPBMEDUEKYSGIPCIMKMCZRQ（ee中间加q）
(4)用Hill密码加密明文“hill”,使用的密钥是：K=
错误！未找到引用源。
C=(7,8,11,11)错误！未找到引用源。=(269,268,268,258)mod26=(mod26)=(9,8,8,24)
密文为：JIIY
(5)题目：已知一下密文是由仿射密码得到的试求其明文。“FMXVEDKAPHFERBNDKRXRSREFMORUDSDKDVSHVUFEDKAPRKDLYEVLRHHRH”
解答：统计得出：
A：2 I:0 Q:0 Y：1
B：1 J:0 R:8 Z:0
C：0 K:5 S:3
D：7 L:2 T:0
E：5 M:2 U:2
F：4 N:1 V:4
G：0 O:1 W:0
H：5 P:2 X:2
根据统计规律我们猜想R是e加密得到的，D是t加密得到的，因为t，e出现频率较高，得到同余方程组（4a+b）mod26=17
（19a+b）mod26=13
得到a=6
b=19仿射密码要求gcd（a，26）=1，所以此解错误。
再次猜想R是e加密的得到的，k是t加密得到的，从而得到a=3，b=5，将此解带入密文测试发现k=（3,5）正确，推出解密函数d（y）=9y-19
得到解密结果：algorith msarequitegeneraldefinitionsofarithmeticprocesses
（8）简述单表代换密码和多表代换密码的基本思想及其优缺点
单表代换多表代换
基本思想明文消息中相同的字母，在加
密时都是用同一固定的字母
代换。明文消息中出现的同一个字母，在加密时不是完全被同一个固定的字母代换而是根据其出现的位置次序用不同的字母代换。
优点破译难度稍高，密钥更改便多表代换密码的破译则相对复杂，因为明文的统计特性
捷，增加了单表代换密码体制的灵活性。通过多个表的平均作用而而被隐藏起来了，能更好的抵抗明文分析。
缺点通过统计分析地方法很容易
破解。
Hill密码体制，可能抵抗不了已知明文攻击。
第一章
（1）信息安全中常用的攻击分别指什么？分别使用什么密码技术能抵御这些攻击？
答：常用的攻击形式有：中断、截取、篡改、伪造和重放五类。其中截取属被动攻击，其余属主动攻击。
对于被动攻击，可用数据加密技术进行数据保护，其重点是防止而不是检测；对于主动攻击，可采取适当措施加以检测，并从攻击引起的破坏或时延中予以回复。
（2）简述密码学和信息安全的关系。
答：密码学是保障信息安全的核心，信息安全是密码学研究与发展的目的。而密码技术又是保护信息安全的手段之一。使用密码技术不仅可以保证信息的机密性，而且具有数字签名、身份验证、秘密共享、信息认证等功能，可以保证信息的完整性、认证性和不可否认性，防止信息被篡改、伪造、假冒、否认。
密码学在信息安全中起着举足轻重的作用，但密码学也绝不是确保信息安全的唯一技术，也不可能解决信息安全中出现的所有问题。
（3）简述密码学发展史。
答：密码学发展史大致经历了两个阶段：
传统密码阶段1949年香农发表《保密系统的通信理论》现代密码学阶段
手工或机械操作方式实现计算机工具实现
采用代换和换位技术有坚实的数学理论基础
人工和电报为通信手段无线、有线通信，计算机网络
（4）公钥密码体制与对称密码体制相比，有哪些优点和不足？
答：优点：I.密钥的分发相对容易；
II.密钥管理简单；
III.可以有效地实现数字签名。
缺点：I.与对称密码体制相比，非对称密码体制加解密速度较慢；
II.同等安全强度下，非对称密码体制要求的密钥位数要多一些；
III.密文长度往往大于明文长度。
（5）简述密码体制的原则。
答：密码系统的安全性不应取决于不易改变的算法，而应取决于可以随时改变的密钥。加密和解密算法的安全性取决于密钥的安全性，而加密/解密的过程和细节是公开的，只要密钥是安全的，则攻击者就无法推导出明文。
（6）简述保密系统的攻击方法。
答：
唯密文攻击：密码分析者除了拥有截获的密文外，没有其他可以利用的信息。这种攻击的方法一般采用穷举搜索法，这种情况下进行密码破译最困难，经不起这种攻击的密码体制被认为是完全不安全的。
已知明文攻击：密码分析者不仅掌握了相当数量的密文，还有一些已知的明--密文对可供利用。
选择明文攻击：密码分析者不仅获得一定数量的明--密文对，还可以选择任何明文并在使用同一未知密钥的情况下能得到相应的密文。
选择密文攻击：密码分析者不仅能选择不同被加密的密文，并还可得到对应的明文，密码分析者的任务是推出密钥及其他密文对应的明文。
选择文本攻击：密码分析者在掌握密码算法的前提下，不仅能选择明文并得到对应的密文，而且还能选择密文得到对应的明文。
《现代密码学习题》答案 第一章 1、1949 年，（ A ）发表题为《保密系统的通信理论》的文章，为密码系统建立了理 论基础，从此密码学成了一门科学。 A、Shannon B 、Diffie C、Hellman D 、Shamir 2、一个密码系统至少由明文、密文、加密算法、解密算法和密钥 5 部分组成，而其安全性是由（ D）决定的。 A、加密算法 B、解密算法 C、加解密算法 D、密钥 3、计算和估计出破译密码系统的计算量下限，利用已有的最好方法破译它的所需要 的代价超出了破译者的破译能力（如时间、空间、资金等资源），那么该密码系统的安全性是（ B ）。 A 无条件安全 B计算安全 C可证明安全 D实际安全 4、根据密码分析者所掌握的分析资料的不通，密码分析一般可分为 4 类：唯密文攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、选择密文攻击，其中破译难度最大的是（ D ）。 A、唯密文攻击 B 、已知明文攻击 C 、选择明文攻击D、选择密文攻击 5、1976 年，和在密码学的新方向一文中提出了公开密钥密码的思想， 从而开创了现代密码学的新领域。 6、密码学的发展过程中，两个质的飞跃分别指1949年香农发表的保密系统的通
信理论和公钥密码思想。 7、密码学是研究信息寄信息系统安全的科学，密码学又分为密码编码学和密码分析学。 8、一个保密系统一般是明文、密文、密钥、加密算法、解密算法5部分组成的。 对9、密码体制是指实现加密和解密功能的密码方案，从使用密钥策略上，可分为 称和非对称。 10、对称密码体制又称为秘密密钥密码体制，它包括分组密码和序列密码。 第二章 1、字母频率分析法对（ B ）算法最有效。 A、置换密码 B 、单表代换密码C、多表代换密码D、序列密码 2、（D）算法抵抗频率分析攻击能力最强，而对已知明文攻击最弱。 A 仿射密码 B维吉利亚密码C轮转密码 D希尔密码 3、重合指数法对（ C）算法的破解最有效。 A 置换密码 B单表代换密码C多表代换密码 D序列密码 4、维吉利亚密码是古典密码体制比较有代表性的一种密码，其密码体制采用的是 （C ）。
现代密码学 第五十五讲后量子密码学信息与软件工程学院
第五十七讲后量子密码学 量子计算对密码学的影响 后量子密码学的研究方向
量子计算对密码学的威胁 ?贝尔实验室，Grove算法，1996年 ?针对所有密码（包括对称密码）的通用的搜索破译算法 ?所有密码的安全参数要相应增大 ?贝尔实验室，Shor算法，1994年 ?多项式时间求解数论困难问题如大整数分解问题、求解离散对数问题等?RSA、ElGamal、ECC、DSS等公钥密码体制都不再安全
量子计算对密码学的威胁（续） 密码算法类型目的受大规模量子计算机的影响 AES对称密钥加密密钥规模增大SHA-2, SHA-3Hash函数完整性输出长度增加RSA公钥密码加密，签名，密钥建立不再安全ECDSA，ECDH公钥密码签名，密钥交换不再安全DSA公钥密码签名不再安全
量子计算机的研究进展 ?2001年，科学家在具有15个量子位的核磁共振量子计算机上成功利用Shor算法对15进行因式分解。 ?2007年2月，加拿大D-Wave系统公司宣布研制成功16位量子比特的超导量子计算机，但其作用仅限于解决一些最优化问题，与科学界公认的能运行各种量子算法的量子计算机仍有较大区别。 ?2009年11月15日，世界首台可编程的通用量子计算机正式在美国诞生。同年，英国布里斯托尔大学的科学家研制出基于量子光学的量子计算机芯片，可运行Shor算法。 ?2010年3月31日，德国于利希研究中心发表公报：德国超级计算机成功模拟42位量子计算机。 ?2011年5月11日, 加拿大的D-Wave System Inc. 发布了一款号称“全球第一款商用型量子计算机”的计算设备“D-Wave One”。
古典密码 1.密码的基本概念 ○1作为数学的一个分支，是密码编码学和密码分析学的统称 ○2密码编码学：使消息保密的技术和科学 研究内容：1、序列密码算法的编码技术 2、分组密码算法的编码技术 3、公钥密码体制的编码技术 ○3密码分析学：破译密文的科学和技术 研究内容：1、密码算法的安全性分析和破译的理论、方法、技术和实践 2、密码协议的安全性分析的理论与方法 3、安全保密系统的安全性分析和攻击的理论、方法、技术和实践2.密码体制的5构成要素： ○1M：明文消息空间，表示所有可能的明文组成的有限集。 ○2C：密文消息空间，表示所有可能的密文组成的有限集。 ○3K：密钥空间，表示所有可能的密钥组成的有限集。 ○4E：加密算法集合。 ○5D：解密算法集合 3.密码体制的分类： ○1对称密匙密码系统加密密钥=解密密钥钥匙是保密的依赖密钥选择 ○2非对称密匙密码系统加密密钥≠解密密钥 加密密钥为公钥（Public Key）解密密钥为私钥（Private Key） 4.古典密码体制的算法 ○1棋盘密码希腊作家Polybius提出密钥空间：25 ○2移位密码 ○3代换密码 ○4维吉尼亚密码 ○5仿射密码：仿射密码是移位密码的一个推广，其加密过程中不仅包含移位操作，而且使用了乘法运算 例题： 1-1mod26=1 3-1mod26=9 5- 1mod26=21 7-1mod26=15 11-1mod26=19 17-1mod26=23 25- 1mod26=25 ○6置换密码 ○7Hill密码 例题： 5.密码分析的Kerckhoffs原 则：攻击者知道所用的加密算法的内部机理，不知道的仅仅是加密算法所采用的加密密钥 6.常用的密码分析攻击分为以下四类：
一．选择题 1、关于密码学的讨论中，下列（D ）观点是不正确的。 A、密码学是研究与信息安全相关的方面如机密性、完整性、实体鉴别、抗否认等的综 合技术 B、密码学的两大分支是密码编码学和密码分析学 C、密码并不是提供安全的单一的手段，而是一组技术 D、密码学中存在一次一密的密码体制，它是绝对安全的 2、在以下古典密码体制中，属于置换密码的是（B）。 A、移位密码 B、倒序密码 C、仿射密码 D、PlayFair密码 3、一个完整的密码体制，不包括以下（?C?? ）要素。 A、明文空间 B、密文空间 C、数字签名 D、密钥空间 4、关于DES算法，除了（C ）以外，下列描述DES算法子密钥产生过程是正确的。 A、首先将DES 算法所接受的输入密钥K（64 位），去除奇偶校验位，得到56位密钥（即经过PC-1置换，得到56位密钥） B、在计算第i轮迭代所需的子密钥时，首先进行循环左移，循环左移的位数取决于i的值，这些经过循环移位的值作为下一次 循环左移的输入 C、在计算第i轮迭代所需的子密钥时，首先进行循环左移，每轮循环左移的位数都相同，这些经过循环移位的值作为下一次循 环左移的输入 D、然后将每轮循环移位后的值经PC-2置换，所得到的置换结果即为第i轮所需的子密钥Ki 5、2000年10月2日，NIST正式宣布将（B ）候选算法作为高级数据加密标准，该算法是由两位比利时密码学者提出的。 A、MARS B、Rijndael C、Twofish D、Bluefish *6、根据所依据的数学难题，除了（A ）以外，公钥密码体制可以分为以下几类。 A、模幂运算问题 B、大整数因子分解问题 C、离散对数问题 D、椭圆曲线离散对数问题 7、密码学中的杂凑函数（Hash函数）按照是否使用密钥分为两大类：带密钥的杂凑函数和不带密钥的杂凑函数，下面（C ）是带密钥的杂凑函数。 A、MD4 B、SHA-1
现代密码学教程第二版 谷利泽郑世慧杨义先 欢迎私信指正，共同奉献 第一章 1.判断题 2.选择题 3.填空题 1.信息安全的主要目标是指机密性、完整性、可用性、认证性和不可否认性。 2.经典的信息安全三要素--机密性，完整性和可用性，是信息安全的核心原则。 3.根据对信息流造成的影响，可以把攻击分为5类中断、截取、篡改、伪造和重放，进一 步可概括为两类主动攻击和被动攻击。
4.1949年，香农发表《保密系统的通信理论》，为密码系统建立了理论基础，从此密码学 成为了一门学科。 5.密码学的发展大致经历了两个阶段：传统密码学和现代密码学。 6.1976年，W.Diffie和M.Hellman在《密码学的新方向》一文中提出了公开密钥密码的 思想，从而开创了现代密码学的新领域。 7.密码学的发展过程中，两个质的飞跃分别指 1949年香农发表的《保密系统的通信理 论》和 1978年，Rivest，Shamir和Adleman提出RSA公钥密码体制。 8.密码法规是社会信息化密码管理的依据。 第二章 1.判断题 答案×√×√√√√××
2.选择题 答案：DCAAC ADA
3.填空题 1.密码学是研究信息寄信息系统安全的科学，密码学又分为密码编码学和密码分 析学。 2.8、一个保密系统一般是明文、密文、密钥、加密算法、解密算法 5部分组成的。 3.9、密码体制是指实现加密和解密功能的密码方案，从使用密钥策略上，可分为对称和 非对称。 4.10、对称密码体制又称为秘密密钥密码体制，它包括分组密码和序列 密码。
第三章5.判断 6.选择题
密码主要功能： 1.机密性：指保证信息不泄露给非授权的用户或实体，确保存储的信息和传输的信息仅能 被授权的各方得到，而非授权用户即使得到信息也无法知晓信息容，不能使用。 2.完整性：是指信息未经授权不能进行改变的特征，维护信息的一致性，即信息在生成、 传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为的非授权篡改(插入、替换、删除、重排序等)，如果发生，能够及时发现。 3.认证性：是指确保一个信息的来源或源本身被正确地标识，同时确保该标识的真实性， 分为实体认证和消息认证。 消息认证：向接收方保证消息确实来自于它所宣称的源； 实体认证：参与信息处理的实体是可信的，即每个实体的确是它所宣称的那个实体，使得任何其它实体不能假冒这个实体。 4.不可否认性：是防止发送方或接收方抵赖所传输的信息，要求无论发送方还是接收方都 不能抵赖所进行的行为。因此，当发送一个信息时，接收方能证实该信息的确是由所宣称的发送方发来的；当接收方收到一个信息时，发送方能够证实该信息的确送到了指定的接收方。 信息安全：指信息网络的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露、否认等，系统连续可靠正常地运行，信息服务不中断。 信息安全的理论基础是密码学，根本解决，密码学理论 对称密码技术——分组密码和序列密码——机密性； 消息认证码——完整性，认证性； 数字签名技术——完整性，认证性，不可否认性； 1949年Shannon发表题为《保密系统的通信理论》 1976年后，美国数据加密标准（DES）的公布使密码学的研究公开，密码学得到了迅速发展。1976年，Diffe和Hellman发表了《密码学的新方向》，提出了一种新的密码设计思想，从而开创了公钥密码学的新纪元。 置换密码 置换密码的特点是保持明文的所有字符不变，只是利用置换打乱了明文字符的位置和次序。列置换密码和周期置换密码 使用密码设备必备四要素：安全、性能、成本、方便。 密码体制的基本要求： 1.密码体制既易于实现又便于使用，主要是指加密函数和解密函数都可以高效地计算。 2.密码体制的安全性是依赖密钥的安全性，密码算法是公开的。 3.密码算法安全强度高，也就是说，密码分析者除了穷举搜索攻击外再找不到更好的攻击 方法。 4.密钥空间应足够大，使得试图通过穷举密钥空间进行搜索的方式在计算上不可行。 密码算法公开的意义： 有利于增强密码算法的安全性；
现代密码学考试总结 https://www.doczj.com/doc/3912665633.html,work Information Technology Company.2020YEAR
密码主要功能： 1.机密性：指保证信息不泄露给非授权的用户或实体，确保存储的信息和传输的信息仅 能被授权的各方得到，而非授权用户即使得到信息也无法知晓信息内容，不能使用。 2.完整性：是指信息未经授权不能进行改变的特征，维护信息的一致性，即信息在生 成、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为的非授权篡改(插入、替换、删除、重排序等)，如果发生，能够及时发现。 3.认证性：是指确保一个信息的来源或源本身被正确地标识，同时确保该标识的真实 性，分为实体认证和消息认证。 消息认证：向接收方保证消息确实来自于它所宣称的源； 实体认证：参与信息处理的实体是可信的，即每个实体的确是它所宣称的那个实体，使得任何其它实体不能假冒这个实体。 4.不可否认性：是防止发送方或接收方抵赖所传输的信息，要求无论发送方还是接收方 都不能抵赖所进行的行为。因此，当发送一个信息时，接收方能证实该信息的确是由所宣称的发送方发来的；当接收方收到一个信息时，发送方能够证实该信息的确送到了指定的接收方。 信息安全：指信息网络的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露、否认等，系统连续可靠正常地运行，信息服务不中断。 信息安全的理论基础是密码学，根本解决，密码学理论 对称密码技术——分组密码和序列密码——机密性； 消息认证码——完整性，认证性； 数字签名技术——完整性，认证性，不可否认性； 1949年Shannon发表题为《保密系统的通信理论》 1976年后，美国数据加密标准（DES）的公布使密码学的研究公开，密码学得到了迅速发展。 1976年，Diffe和Hellman发表了《密码学的新方向》，提出了一种新的密码设计思想，从而开创了公钥密码学的新纪元。 置换密码 置换密码的特点是保持明文的所有字符不变，只是利用置换打乱了明文字符的位置和次序。 列置换密码和周期置换密码 使用密码设备必备四要素：安全、性能、成本、方便。 密码体制的基本要求： 1.密码体制既易于实现又便于使用，主要是指加密函数和解密函数都可以高效地计算。 2.密码体制的安全性是依赖密钥的安全性，密码算法是公开的。 3.密码算法安全强度高，也就是说，密码分析者除了穷举搜索攻击外再找不到更好的攻 击方法。 4.密钥空间应足够大，使得试图通过穷举密钥空间进行搜索的方式在计算上不可行。
密码学认识与总结 专业班级信息112 学号201112030223 姓名李延召报告日期. 在我们的生活中有许多的秘密和隐私，我们不想让其他人知道，更不想让他们去广泛传播或者使用。对于我们来说，这些私密是至关重要的，它记载了我们个人的重要信息，其他人不需要知道，也没有必要知道。为了防止秘密泄露，我们当然就会设置密码，保护我们的信息安全。更有甚者去设置密保，以防密码丢失后能够及时找回。密码”一词对人们来说并不陌生，人们可以举出许多有关使用密码的例子。现代的密码已经比古代有了长远的发展，并逐渐形成一门科学，吸引着越来越多的人们为之奋斗。 一、密码学的定义 密码学是研究信息加密、解密和破密的科学，含密码编码学和密码分析学。 密码技术是信息安全的核心技术。随着现代计算机技术的飞速发展，密码技术正在不断向更多其他领域渗透。它是集数学、计算机科学、电子与通信等诸多学科于一身的交叉学科。使用密码技术不仅可以保证信息的机密性，而且可以保证信息的完整性和确证性，防止信息被篡改、伪造和假冒。目前密码的核心课题主要是在结合具体的网络环境、提高运算效率的基础上，针对各种主动攻击行为，研究各种可证安全体制。 密码学的加密技术使得即使敏感信息被窃取，窃取者也无法获取信息的内容；认证性可以实体身份的验证。以上思想是密码技术在信息安全方面所起作用的具体表现。密码学是保障信息安全的核心；密码技术是保护信息安全的主要手段。 本文主要讲述了密码的基本原理，设计思路，分析方法以及密码学的最新研究进展等内容 密码学主要包括两个分支，即密码编码学和密码分析学。密码编码学对信息进行编码以实现信息隐藏，其主要目的是寻求保护信息保密性和认证性的方法;密码分析学是研究分析破译密码的学科，其主要目的是研究加密消息的破译和消息的伪造。密码技术的基本思想是对消息做秘密变换，变换的算法即称为密码算法。密码编码学主要研究对信息进行变换，以保护信息在传递过程中不被敌方窃取、解读和利用的方法，而密码分析学则于密码编码学相反，它主要研究如何分析和破译密码。这两者之间既相互对立又相互促进。密码的基本思想是对机密信
量子密码学导论期末论文 量子密码的简单介绍和发展历程及其前景 0引言 保密通信不仅在军事、社会安全等领域发挥独特作用，而且在当今的经济和日常通信等方面也日渐重要。在众多的保密通信手段中，密码术是最重要的一种技术措施。 经典密码技术根据密钥类型的不同分为两类:一类是对称加密(秘密钥匙加密)体制。该体制中的加解密的密钥相同或可以互推，收发双方之间的密钥分配通常采用协商方式来完成。如密码本、软盘等这样的密钥载体，其中的信息可以被任意复制，原则上不会留下任何印迹，因而密钥在分发和保存过程中合法用户无法判断是否已被窃听。另一类是非对称加密(公开密钥加密)体制。该体制中的加解密的密钥不相同且不可以互推。它可以为事先设有共享密钥的双方提供安全的通信。该体制的安全性是基于求解某一数学难题，随着计算机技术高速发展，数学难题如果一旦被破解，其安全性也是令人忧心的。
上述两类密码体系的立足点都是基于数学的密码理论。对密码的破解时间远远超出密码所保护的信息有效期。其实，很难破解并不等于不能破解，例如，1977年，美国给出一道数学难题，其解密需要将一个129位数分解成一个64位和一个65位素数的乘积，当时的计算机需要用64?10年，到了1994年，只用了8个月就能解出。 经典的密码体制都存在被破解的可能性。然而，在量子理论支配的世界里，除非违反自然规律，否则量子密码很难破解。量子密码是量子力学与信息科学相结合的产物。与经典密码学基于数学理论不同，量子密码学则基于物理学原理，具有非常特殊的随机性，被窃听的同时可以自动改变。这种特性，至少目前还很难找到破译的方法和途径。随着量子信息技术的快速发展，量子密码理论与技术的研究取得了丰富的研究成果。量子密码的安全性是基于Heisenberg 测不准原理、量子不可克隆定理和单光子不可分割性，它遵从物理规律，是无条件安全的。文中旨在简述量子密码的发展历史，并总结量子密码的前沿课题。 1 量子密码学简介 量子密码学是当代密码理论研究的一个新领域，它以量子力学为基础，这一点不同于经典的以数学为基础的密码体制。量子密码依赖于信息载体的具体形式。目前，量子密码中用于承载信息的载体主要有光子、微弱激光脉冲、压缩态光信号、相干态光信号和量子光弧子信号，这些信息载体可通过多个不同的物理量描述。在量子密码中，一般用具有共轭特性的物理量来编码信息。光子的偏振可编码为量子比特。量子比特体现了量子的叠加性，且来自于非正交量子比特信源的量子比特是不可克隆的。通过量子操作可实现对量子比特的密码变换，这种变换就是矢量的线性变换。不过变换后的量子比特必须是非正交的，才可保证安全性。一般来说，不同的变换方式或者对不同量子可设计出不同的密码协议或者算法，关键是所设计方案的安全性。 在量子密码学中，密钥依据一定的物理效应而产生和分发，这不同于经典的加密体制。目前，在经典物理学中，物体的运动轨迹仅山相应的运动方程所描述和决定，不受外界观察者观测的影响。但是在微观的量子世界中，观察量子系统的状态将不可避免地要破坏量子 系统的原有状态，而且这种破坏是不可逆的。信息一旦量子化，量子力学的特性便成为量子信息的物理基础，包括海森堡测不准原理和量子不可克隆定理。量子密钥所涉及的量子效应主要有： 1. 海森堡不确定原理：源于微观粒子的波粒二象性。自由粒子的动量不变，自由粒子同时 又是一个平面波，它存在于整个空间。也就是说自由粒子的动量完全确定，但是它的位置完全不确定. 2. 在量子力学中，任意两个可观测力学量可由厄米算符A B ∧∧来表示，若他们不对易，则不 能有共同的本征态，那么一定满足测不准关系式： 1,2A B A B ? ∧∧∧∧????≥ ||???? 该关系式表明力学量A ∧和B ∧不能同时具有完全确定的值。如果精确测定具中一个量必然无法精确测定以另一个力学量，即测不准原理。也就是说，对任何一个物理量的测量，都
武汉大学计算机学院 信息安全专业2004级“密码学”课程考试题 （卷面八题，共100分，在总成绩中占70分） 参考答案 （卷面八题，共100分，在总成绩中占70分） 一、单表代替密码（10分） ①使加法密码算法称为对合运算的密钥k称为对合密钥，以英文为例求出其对合密钥,并以明文 M＝WEWILLMEETATMORNING 为例进行加解密，说明其对合性。 ②一般而言，对于加法密码，设明文字母表和密文字母表含有n个字母，n为≥1的正整数，求出其对合密钥k。 解答： 1.加法密码的明密文字母表的映射公式： A为明文字母表,即英文字母表，B为密文字母表，其映射关系为： j=i＋k mod 26 显然当k=13时，j=i＋13 mod 26，于是有i = j＋13 mod 26。此时加法密码是对合的。称此密钥k=13为对合密钥。举例：因为k=13，所以明文字母表A和密文字母表B为 a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z n o p q r s t u v w x y z a b c d e f g h i j k l m 第一次加密：M＝W E W I L L M E E T A T M O R N I N G C＝J R J V Y Y Z R R G O G Z B E A V A T
第二次加密：C＝W E W I L L M E E T A T M O R N I N G?? 还原出明文，这说明当k=13时，加法密码是对合的。 称此密钥为对合密钥。 ②设n为模，若n为偶数，则k=n/2为对合密钥。若n为奇数，n/2不是整数，故不存在对合密钥。 二、回答问题（10分） 1)在公钥密码的密钥管理中，公开的加密钥Ke和保密的解密钥Kd的秘密性、真实性和完整性都需要确保吗？说明为什么？解答： ①公开的加密钥Ke：秘密性不需确保，真实性和完整性都需要确保。因为公钥是公开的，所以不需要保密。 但是如果其被篡改或出现错误，则不能正确进行加密操作。如果其被坏人置换，则基于公钥的各种安全性将受到破坏， 坏人将可冒充别人而获得非法利益。 ②保密的解密钥Kd：秘密性、真实性和完整性都需要确保。因为解密钥是保密的，如果其秘密性不能确保， 则数据的秘密性和真实性将不能确保。如果其真实性和完整性受到破坏，则数据的秘密性和真实性将不能确保。 ③举例 （A）攻击者C用自己的公钥置换PKDB中A的公钥： （B）设B要向A发送保密数据，则要用A的公钥加密，但此时已被换为C的公钥，因此实际上是用C的公钥加密。 （C）C截获密文，用自己的解密钥解密获得数据。 2)简述公钥证书的作用？ 公钥证书是一种包含持证主体标识，持证主体公钥等信息，并由可信任的签证机构（CA）签名的信息集合。 公钥证书主要用于确保公钥及其与用户绑定关系的安全。公钥证书的持证主体可以是人、设备、组织机构或其它主体。
2009年第11期，第42卷 通 信 技 术 Vol.42，No.11,2009 总第215期Communications Technology No.215,Totally 量子密码学的应用研究 何湘初 （广东工贸职业技术学院计算机系，广东 广州 510510） 【摘 要】文中首先对量子密码学作了简单的介绍，给出了量子密钥所涉及的几个主要量子效应，接着较为详细地阐述了国内外量子密码学发展的历史，给出了量子密码学研究的几个课题：量子密钥分配、量子签名、量子身份认证、量子加密算法、量子秘密共享等，并分别加以简单的说明并详细地分析了阻碍量子密码实用化的几个因素。最后对量子密码学的发展做了展望。 【关键词】量子密码；量子身份认证；量子通信 【中图分类号】TN918 【文献标识码】A【文章编号】1002-0802(2009)11-0093-03 Quantum Cryptography and its Applications HE Xiang-chu （Dep.of Computer, Guangdong Vocational College of Industry & Commerce, Guangzhou Guangdong 510510, China） 【Abstract】This paper first gives a brief introduction of quantum cryptography and several principal quantum effects involved by quantum key; then it describes in detail the development history of quantum cryptography at home, gives some topics in the research of quantum cryptography, including quantum key distribution, quantum signature, quantum identity authentication, quantum encryption, quantum secret-sharing, and their brief descriptions, and analyzes in depth some hindering factors in practical quantum cryptography; finally, the development of quantum cryptography is forecasted. 【Key words】quantum cryptography；quantum authentication; quantum communication 0 引言 随着科学技术的发展，信息交流己经深入到社会生活的各个角落，各种通信手段形成一张大网，将人们紧密联系在一起。人们对信息交流的依赖性越来越强，对信息交流的安全性要求也越来越高，基于数学理论的经典通信保密机制并不能从根本上保证通信的安全，然而，随着量子物理学的发展，人们有了一种基于物理理论的崭新的信息保密方法—量子密码学，理论上讲，这种保密机制可以从根本上保证信息的安全。 1 量子密码学简介 量子密码学是当代密码理论研究的一个新领域，它以量子力学为基础，这一点不同于经典的以数学为基础的密码体制。量子密码依赖于信息载体的具体形式。目前，量子密码中用于承载信息的载体主要有光子、微弱激光脉冲、压缩态光信号、相干态光信号和量子光弧子信号，这些信息载体可通过多个不同的物理量描述。在量子密码中，一般用具有共轭特性的物理量来编码信息。光子的偏振可编码为量子比特。量子比特体现了量子的叠加性，且来自于非正交量子比特信源的量子比特是不可克隆的。通过量子操作可实现对量子比特的密码变换，这种变换就是矢量的线性变换。不过变换后的量子比特必须是非正交的，才可保证安全性。一般来说，不同的变换方式或者对不同量子可设计出不同的密码协议或者算法，关键是所设计方案的安全性[1]。 在量子密码学中，密钥依据一定的物理效应而产生和分发，这不同于经典的加密体制。目前，量子密钥所涉及的量子效应主要有[2]： ① 海森堡不确定原理：源于微观粒子的波粒二象性。自由粒子的动量不变，自由粒子同时又是一个平面波，它存在于整个空间。也就是说自由粒子的动量完全确定，但是它的位置完全不确定； ② 光子的偏振现象：每个光子都具有一个特定的线偏 收稿日期：2008-12-18。 作者简介：何湘初（1977-），男，讲师，硕士，主要研究方向为通 信技术、虚拟一起。 93
第一章 1、1949年，（A ）发表题为《保密系统的通信理论》的文章，为密码系统建立了理论基础，从此密码学成了一门科学。 A、Shannon B、Diffie C、Hellman D、Shamir 2、一个密码系统至少由明文、密文、加密算法、解密算法和密钥5部分组成，而其安全性是由（D）决定的。 A、加密算法 B、解密算法 C、加解密算法 D、密钥 3、计算和估计出破译密码系统的计算量下限，利用已有的最好方法破译它的所需要的代价超出了破译者的破译能力（如时间、空间、资金等资源），那么该密码系统的安全性是（B ）。 A无条件安全B计算安全C可证明安全D实际安全 4、根据密码分析者所掌握的分析资料的不同，密码分析一般可分为4类：唯密文攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、选择密文攻击，其中破译难度最大的是（D ）。 A、唯密文攻击 B、已知明文攻击 C、选择明文攻击 D、选择密文攻击 5、1976年，W.Diffie和M.Hellman在密码学的新方向一文中提出了公开密钥密码的思想，从而开创了现代密码学的新领域。 6、密码学的发展过程中，两个质的飞跃分别指1949年香农发表的保密系统的通信理论和公钥密码思想。 7、密码学是研究信息及信息系统安全的科学，密码学又分为密码编码学和密码分析学。 8、一个保密系统一般是明文、密文、密钥、加密算法、解密算法5部分组成的。 9、密码体制是指实现加密和解密功能的密码方案，从使用密钥策略上，可分为对称和非对称。 10、对称密码体制又称为秘密密钥密码体制，它包括分组密码和序列密码。 第二章 1、字母频率分析法对（B ）算法最有效。 A、置换密码 B、单表代换密码 C、多表代换密码 D、序列密码 2、（D）算法抵抗频率分析攻击能力最强，而对已知明文攻击最弱。 A仿射密码B维吉利亚密码C轮转密码D希尔密码 3、重合指数法对（C）算法的破解最有效。 A置换密码B单表代换密码C多表代换密码D序列密码 4、维吉利亚密码是古典密码体制比较有代表性的一种密码，其密码体制采用的是（C ）。 A置换密码B单表代换密码C多表代换密码D序列密码 5、在1949年香农发表《保密系统的通信理论》之前，密码学算法主要通过字符间的简单置换和代换实现，一般认为这些密码体制属于传统密码学范畴。 6、传统密码体制主要有两种，分别是指置换密码和代换密码。 7、置换密码又叫换位密码，最常见的置换密码有列置换和周期转置换密码。 8、代换是传统密码体制中最基本的处理技巧，按照一个明文字母是否总是被一个固定的字母代替进行划分，代换密码主要分为两类：单表代换和多表代换密码。 9、一个有6个转轮密码机是一个周期长度为26 的6次方的多表代替密码机械装置。 第四章 1、在（ C ）年，美国国家标准局把IBM的Tuchman-Meyer方案确定数据加密标准，即DES。 A、1949 B、1972 C、1977 D、2001 2、密码学历史上第一个广泛应用于商用数据保密的密码算法是（B ）。 A、AES B、DES C、IDEA D、RC6 3、在DES算法中，如果给定初始密钥K，经子密钥产生的各个子密钥都相同，则称该密钥K为弱密钥，DES算法弱密钥的个数为（B ）。 A、2 B、4 C、8 D、16
? ? 一．选择题 ? ? 1、关于密码学的讨论中，下列（D ）观点是不正确的。 ? ? A 、密码学是研究与信息安全相关的方面如机密性、完整性、实体鉴别、抗否认等的综 ? ?合技术 号 ? 学 ? ? B 、密码学的两大分支是密码编码学和密码分析学 ? ? C 、密码并不是提供安全的单一的手段，而是一组技术 ? ? D 、密码学中存在一次一密的密码体制，它是绝对安全的 ? 线 2、在以下古典密码体制中，属于置换密码的是（B ）。 名 ? 姓 ? A 、移位密码 B 、倒序密码 ? ? ? C 、仿射密码 D 、PlayFair 密码 ? ? 3、一个完整的密码体制，不包括以下（C ）要素。 ? ? A 、明文空间 B 、密文空间 ? 级 ? C 、数字签名 D 、密钥空间 班 ?? 4、关于 DES 算法，除了（ C ）以外，下列描 述 DES 算法子密钥产生过程是正确的。 ? 封 ? A 、首先将 DES 算法所接受的输入密钥 K （ 64 位），去除奇偶校验位，得到 56 位密钥（即经过 PC-1 置换，得到 56 位 密钥） ? ? B 、在计算第 i 轮迭代所需的子密钥时，首先进行循环左移，循环左移的位数取决于 i 的值，这些经过循环移位的值作为 下一次 ? ? 循环左移的输入 ? 业 ? ? C 、在计算第 i 轮迭代所需的子密钥时，首先进行循环左移，每轮循环左移的位数都相同，这些经过循环移位的 值作为下一次 专 ? 循环左移的输入 ? ? ? D 、然后将每轮循环移位后的值经 PC-2 置换，所得到的置换结果即为第 i 轮所需的子密钥 Ki ? ? 5、2000 年 10 月 2 日， NIST 正式宣布将（ B ）候选算法作为高级数据加密标准，该算法是由两位比利时密 码学者提出的。 ? ? A 、MARS B 、 Rijndael 别 密 系 ? C 、 Twofish D 、Bluefish ? ? ? *6 、根据所依据的数学难题，除了（A ）以外，公钥密码体制可以分为以下几类。 ? ? A 、模幂运算问题 B 、大整数因子分解问题 ? ? C 、离散对数问题 D 、椭圆曲线离散对数问题 ?
第七章 简答题及计算题 ⑴公钥密码体制与对称密码体制相比有哪些优点和不足？ 答：对称密码 一般要求： 1、加密解密用相同的密钥 2、收发双方必须共享密钥 安全性要求： 1、密钥必须保密 2、没有密钥，解密不可行 3、知道算法和若干密文不足以确定密钥 公钥密码 一般要求：1、加密解密算法相同，但使用不同的密钥 2、发送方拥有加密或解密密钥，而接收方拥有另一个密钥 安全性要求： 1、两个密钥之一必须保密 2、无解密密钥，解密不可行 3、知道算法和其中一个密钥以及若干密文不能确定另一个密钥 ⑵RSA 算法中n ＝11413，e ＝7467，密文是5859，利用分解11413＝101×113，求明文。 解： 10111311413n p q =?=?= ()(1)(1)(1001)(1131)11088n p q ?=--=--= 显然，公钥e=7467，满足1＜e ＜ () n ?，且满足 gcd(,())1e n ?=，通过公式 1m o d 1108d e ?≡求出1 mod ()3d e n ?-≡=， 由解密算法mod d m c n ≡得3mod 5859mod114131415d m c n ≡== ⑶在RSA 算法中，对素数p 和q 的选取的规定一些限制，例如： ①p 和q 的长度相差不能太大，相差比较大； ②P-1和q-1都应有大的素因子；请说明原因。 答：对于p ，q 参数的选取是为了起到防范的作用，防止密码体制被攻击 ①p ，q 长度不能相差太大是为了避免椭圆曲线因子分解法。 ②因为需要p ，q 为强素数，所以需要大的素因子 ⑸在ElGamal 密码系统中，Alice 发送密文（7，6），请确定明文m 。 ⑺11 Z 上的椭圆曲线E ： 23 6y x x =++，且m=3。 ①请确定该椭圆曲线上所有的点； ②生成元G=（2,7），私钥(5,2)2B B n P ==，明文消息编码到(9,1)m P =上，加密是选取随机 数k=3，求加解密过程。 解：①取x=0,1，…，10 并计算 23 6(mod11)y x x =++，现以x=0为例子。 因为x=0， 23006(mod11)6mod11y =++=，没有模11的平方根，所以椭圆上不存在横坐标为0 的点；同理依次可以得到椭圆上的点有（2 , 4） （2，7） （3 , 5） （3，6） （5,9） （5 , 2） （7 , 9） （7 ，2） （8 , 8） （8 , 3） （10 , 9） (10 , 2) ②密钥生成：由题得B 的公钥为{E: 236(mod11)y x x =++，(2,7)G =，(5,2)B P =}，私钥为 ⑻与RSA 密码体制和ElGamal 密码体制相比，简述ECC 密码体制的特点。 答：①椭圆曲线密码体制的安全性不同于RSA 的大整数因子分解问题及ElGamal 素域乘法群离散对数问题。自公钥密码产生以来，人们基于各种数学难题提出了大量的密码方案，但能经受住时间的考验又广泛为人
班级：________学号：_______ 班内序号_____ 姓名：_________ --------------------------------装----------------------订---------------------------------------线------------------------------------------------- 北京邮电大学2005——2006学年第二学期 《现代密码学》期末考试试题（B卷） 试题一（10分）：密码分析可分为那几类，它们的含义是什么？ 根据密码分析者可能取得的分析资料的不同，密码分析（或称攻击）可分为下列四类： 1）唯密文分析（攻击），密码分析者取得一个或多个用同一密钥加密的密文；
2）已知明文分析（攻击），除要破译的密文外，密码分析者还取得一些用同一密钥加密的明密文对； 3）选择明文分析（攻击），密码分析者可取得他所选择的任何明文所对应的密文（当然不包括他要恢复的明文），这些明密文对和要破译的密文是用同一密钥加密的； 4）选择密文分析（攻击），密码分析者可取得他所选择的任何密文所对应的明文（要破译的密文除外），这些密文和明文和要破译的密文是用同一解密密钥解密的，它主要应用于公钥密码体制。 试题二（15分）：假设Hill 密码加密使用密钥??? ? ? ?=73811K ，试对密文DHFL 解密。 答：密钥矩阵K 的逆矩阵是???? ??1123 187 ，所以，（d,h ）=(3,7)解密后变为（3,7）???? ? ? ?1123187 =(0,1)=(a,b)； 同理（F,L ）=(5,11) 解 密后变为（5,11）???? ? ??1123 187=(2,3)= (c,d)。所以，密文(DHFL)经过Hill 密码解密后，恢复的明文是（abcd ）。 试题三（15分）：考虑一个密码体制},,{c b a M =，{}321,,k k k K =和{ }4,3,2,1=C 。假设加密矩阵为
设 A = ' ∞ ， = = ≤ ? ≤ ∞ ' ? ≤ ? ≤ ∞ ' ? 可求得 A = ' 一、古典密码 （1,2,4） 11,23AGENCY ”加密，并使用解密变换 D 11,23(c)≡11-1(c-23) (mod 26) 验证你的加密结果。 解：明文用数字表示：M=[19 7 4 13 0 19 8 14 13 0 11 18 4 2 20 17 8 19 24 0 6 4 13 2 24] 密文 C= E 11,23(M)≡11*M+23 (mod 26) =[24 22 15 10 23 24 7 21 10 23 14 13 15 19 9 2 7 24 1 23 11 15 10 19 1] = YWPKXYHVKXONPTJCHYBXLPKTB ∵ 11*19 ≡ 1 mod 26 (说明：求模逆可采用第4章的“4.1.6欧几里得算法”，或者直接穷举1~25) ∴ 解密变换为 D(c)≡19*(c-23)≡19c+5 (mod 26) 对密文 C 进行解密： M ’=D(C)≡19C+5 (mod 26) =[19 7 4 13 0 19 8 14 13 0 11 18 4 2 20 17 8 19 24 0 6 4 13 2 24] = THE NATIONAL SECURITY AGENCY 2. 设由仿射变换对一个明文加密得到的密文为 edsgickxhuklzveqzvkxwkzukvcuh ，又已知明文 的前两个字符是“if ”。对该密文解密。 解： 设解密变换为 m=D(c)≡a*c+b (mod 26) 由题目可知 密文 ed 解密后为 if ，即有： D(e)=i ： 8≡4a+b (mod 26) D(d)=f ： 5≡3a+b (mod 26) 由上述两式，可求得 a=3，b=22。 因此，解密变换为 m=D(c)≡3c+22 (mod 26) 密文用数字表示为： c=[4 3 18 6 8 2 10 23 7 20 10 11 25 21 4 16 25 21 10 23 22 10 25 20 10 21 2 20 7] 则明文为 m=3*c+22 (mod 26) =[8 5 24 14 20 2 0 13 17 4 0 3 19 7 8 18 19 7 0 13 10 0 19 4 0 7 2 4 17] = ifyoucanreadthisthankateahcer 4. 设多表代换密码 C i ≡ AM i + B (mod 26) 中，A 是 2×2 矩阵，B 是 0 矩阵，又知明文“dont ” 被加密为“elni ”，求矩阵 A 。 解： dont = (3,14,13,19) => elni = (4,11,13,8) ?a b / ≤ c d ? 则有： ? 4 / ?a b / ? 3 / ?13/ ?a b / ?13/ '11∞ ' c d ?≤14∞ (mod 26) ， ' 8 ∞ ' c d ?≤19∞ (mod 26) ?10 13/ ≤ 9 23∞
量子密码 摘要 论文说明了量子密码的现实可行性与未来可行性，强调了量子密码比传统密码和公开密钥更加方便和安全，探讨了量子密码的理论基础与试验实践。密码技术是信息安全领域的核心技术，在当今社会的许多领域都有着广泛的应用前景。量子密码术是密码技术领域中较新的研究课题，它的发展对推动密码学理论发展起了积极的作用。量子密码技术是一种实现保密通信的新方法，它比较于经典密码的最大优势是具有可证明安全性和可检测性，这是因为量子密码的安全性是由量子物理学中量子不可克隆性Heisenburg 测不准原理来保证的，而不是依靠某些难解的数学问题。自从BB84量子密钥分配方案提出以来，量子密码技术无论在理论上还是在实验上都取得了大量研究成果。 关键词：密码学；量子；偏光器；金钥；量子密码；金钥分配 目录 1.密码学原理............................................................................................................. - 2 - 1.1密码学概念...................................................................................................... - 2 - 1.2对称密钥.......................................................................................................... - 2 - 1.3公开密钥.......................................................................................................... - 2 - 2.量子密码学原理.................................................................................................... - 2 - 2.1量子密码学概念.............................................................................................. - 2 - 2.2量子密码工作原理.......................................................................................... - 3 - 2.3量子密码理论基础.......................................................................................... - 4 - 2.4试验与实践...................................................................................................... - 5 - 3.结论 ........................................................................................................................... - 5 - 参考文献................................................................................................................ - 6 -