密码技术

3.3 密码算法
密码算法是在密钥控制下的一簇数学运算。根 据消息密级的不同，算法强度可以不同。
1.密码算法的分类
（1）对称密码算法
也称为单密钥密码算法。其特征是加密与解密 的密钥是一样的或相互可以导出的。
对称加密体制，如图3.3所示。
明文
E1 加密
密文
信道
密文
E2 解密
明文
通过试算我们找到，当d=7时，e×d≡1 mod φ(n)同余 等式成立。因此，可令d=7。从而我们可以设计出一 对公私密钥，加密密钥（公钥）为：KU =(e,n)=(3,33)，解密密钥（私钥）为：KR =(d,n)=(7,33)。
将明文信息数字化，假定明文英文字母编码表为按字 母顺序排列数值，则字母y的明文信息为25，对其加 密得密文：C=253（mod 33）=16；对16解密得明文： M=167（mod 33）=25。
（6）RSA体制
一个可逆的公钥密码体制，它利用了如下基本事实：
寻找大素数是相对容易的，而分解两个大素数的积在 计算上是不可行的。
RSA体制的密钥对的产生过程如下：
选择两个大素数p和q（典型在10100以上）。
计算n=pq，φ(n)=(p-1)(q-1)。
选择e，并使e与φ(n)互为素数。
（3）公钥密码体制的两种基本应用模式 加密模式：公钥加密，私钥解密。 认证模式：私钥加密，公钥解密。
可用于这两种模式的公钥密码体制称为可逆公钥密码 体制，只能用于认证模式的公钥密码体制称为不可逆 公钥密码体制。
（4）公钥密码体制的安全性基础 对算法设计者来说，公钥密码体制的设计比对称密码
3.4 密钥及密钥管理框架
密钥是密码算法中的可变参数。现代密码学中有句名 言：“一切秘密寓于密钥之中”。密钥需要保密，而 密码算法是公开的。密码体制的安全性是建立在对密 钥的保密基础上的。

第七章密码技术7.1 数据加密技术1.基本概念——术语●消息被称为明文（plain text）●用某种方法伪装消息以隐藏它的内容的过程称为加密（encryption，encipher）●加了密的消息称为密文（cipher text）●而把密文转变为明文的过程称为解密(decryption, decipher)。

●使消息保密的技术和科学叫做密码编码学（cryptography）。

●从事此行的叫密码编码者（cryptographer）●破译密文的科学和技术叫做密码分析学（cryptanalysis）●从事密码分析的专业人员叫做密码分析者（cryptanalyst）●密码学包括密码编码学和密码分析学两者。

现代的密码学家通常也是理论数学家。

2. 基本概念——密码学的在网络通信上的作用●保密：保护信息在传输的过程中，内容不会泄露给热合非法截收的第三者。

●鉴别：消息的接收者应该能够确认消息的来源；入侵者不可能伪装成他人。

●完整性：消息的接收者因该能够验证在传送过程中没有被修改；入侵者不可能用假消息代替合法消息。

●抗抵赖：发送者事后不可能虚假地否认他发送的消息（不可否认性）。

3．密码通信模型①算法密码算法也叫密码，是用于加密和解密的数学函数。

通常情况下，有两个相关的函数：一个用作加密，另一个用作解密。

明文用M（消息），密文用C表示，加密函数E作用于M得到密文C，用数学表示为：E（M）=C.相反地，解密函数D作用于C产生MD（C）=M.先加密后再解密消息，原始的明文将恢复出来，下面的等式必须成立：D（E（M））=M②受限制的算法如果算法的保密性是基于保持算法的秘密，这种算法称为受限制的算法。

如果有人无意暴露了这个秘密，所有人都必须改变他们的算法。

③现代密码学现代密码学用密钥解决了这个问题，密钥用K表示。

用K作为加密、解密函数中的参数。

密钥K的可能值的范围叫做密钥空间。

加密和解密运算都使用这个密钥，加/解密函数现在变成：E k（M）=CD k（C）=MD k（E（M））=M图见书。

（2）密钥的保存量少。网络中的每一密码通信成员只需秘 密保存自己的解密密钥，N个通信成员只需产生N对密钥， 便于密钥管理。 （3）可以满足互不相识的人之间进行私人谈话时的保密性 要求。
（4）可以完成数字签名和数字鉴别。发信人使用只有自己 知道的密钥进行签名，收信人利用公开密钥进行检查，既方 便又安全。
置换选择函数PC-1
Ci(28位)
Di(28位)
14 3 23 16 41 30 44 46
17 28 19 7 52 40 49 42
11 15 12 27 31 51 39 50
24 6 4 20 37 45 56 36
1 21 26 13 47 33 34 29
5 10 8 2 55 48 53 32
难以解决数字签名验证的问题。
解决密钥分发的困难 数字签名的需要 依据数学问题的不同，可分为三类：

基于整数分解问题：RSA 基于离散对数问题：DSA，DH 基于椭圆曲线点群上离散对数问题：ECDSA


【RSA密码体制】 密钥产生
假设Alice想要通过一个不可靠的媒体接收Bob的一条私人讯息。她 可以用以下的方式来产生一个公钥和一个私钥： 随意选择两个大的质数p和q，p不等于q，计算n=p×q。 根据欧拉函数，不大于N且与N互质的整数个数为（p-1）(q-1) 选择一个整数e与（p-1）（q-1）互质，并且e小于（p-1）(q-1) 用公式计算d：d× e ≡ 1 (mod (p-1)(q-1)) 将p和q的记录销毁。 e是公钥，d是私钥。d是秘密的，而n是公众都知道的。Alice将她 的公钥传给Bob，而将她的私钥藏起来。
用户2 （保存自己的私钥、公钥）
Internet
用户4 （保存自己的私钥、公钥）

3.2 对称加密算法





分组密码 分组密码是将明文消息编码表示后的数字（简称明文数字） 序列，划分成长度为n的组（可看成长度为n的矢量），每 组分别在密钥的控制下变换成等长的输出数字（简称密文 数字）序列。 扩散（diffusion）和扰乱（confusion）是影响密码安全的 主要因素。扩散的目的是让明文中的单个数字影响密文中 的多个数字，从而使明文的统计特征在密文中消失，相当 于明文的统计结构被扩散。 扰乱是指让密钥与密文的统计信息之间的关系变得复杂， 从而增加通过统计方法进行攻击的难度。扰乱可以通过各 种代换算法实现。 分组密码包括DES、IDEA等。
3.2 对称加密算法




DES算法 主要有以下四点： （1）提供高质量的数据保护，防止数据未经授权 的泄露和未被察觉的修改； （2）具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过 可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握； （3）DES密码体制的安全性应该不依赖于算法的 保密，其安全性仅以加密密钥的保密为基础； （4）实现经济，运行有效，并且适用于多种完全 不同的应用。
3.2 对称加密算法


对称加密采用了对称密码编码技术，它的特点是文件加密 和解密使用相同的密钥，或加密密钥和解密密钥之间存在 着确定的转换关系。这种方法在密码学中叫做对称加密算 法，其实质是设计一种算法，能在密钥控制下，把 n比特 明文置换成唯一的n比特密文，并且这种变换是可逆的。 根据不同的加密方式，对称密码体制又有两种不同的实现 方式，即分组密码和序列密码（流密码）。
3.3 非对称加密技术

RSA算法公钥和私钥的生成
假设 A 要与 B 进行加密通信，该怎么生成公钥和私钥呢？ 1.随机选择两个不相等的质数 p 和 q。 假设 A 选择了 3 和 11。 （实际应用中，这两个质数越大，就越难破解。 ） 2.计算 p 和 q 的乘积 n。 n=3× 11=33 n 的长度就是密钥长度。33 写成二进制是 100001，一共有 6 位，所以这个 密钥就是 6 位。 实际应用中， RSA 密钥一般是 1024 位， 重要场合则为 2048 位。 3.计算 n 的欧拉函数 (n) 。 根据公式：