现代密码学(中山大学)Lecture14

《现代密码学》教学大纲课程编号：CE6209课程名称：现代密码学英文名称：Modern Cryptography学分/学时：2/32 课程性质：学院选修适用专业：网络工程（含卓越班）建议开设学期：5先修课程：离散数学、信息安全数学基础、概率论、C语言等开课单位：网络与信息安全学院一、课程的教学目标与任务本课程是网络与信息安全学院网络工程专业的学院选修课。

本课程的目标是全面介绍现代密码学的基本概念、基础理论和基本核心部件；研究和分析密码算法和安全协议的设计原理和思想；了解现代密码学的理论分析方法及技术。

通过本课程的学习使学生系统地掌握密码学的基本概念和原理，掌握密码技术应用的基本要求，了解现代密码学的发展方向和新兴密码技术；具备进行密码学理论研究的基础知识；具备在信息安全中分析和应用密码技术的能力。

本课程以理论教学为主，并在各个环节注意加强学生实践能力的培养。

注重密码学部件的正确应用，实践环节将针对各种不安全的密码协议进行分析，理论和实践攻击。

通过本课程的学习，学生将全面了解密码技术的正确应用，并在使用中规避不安全的密码协议设计，分析和评估不同场景下密码部件应用的安全性，跟踪前沿的密码技术、标准，能充分运用并掌握先进的密码设计原理、分析方法、应用场景，为学生从事网络安全相关工作打下坚实的基础。

二、课程具体内容及基本要求（一）密码学基础（4学时）主要包括密码学基本概念，用途和发展历史，介绍古典密码学的一些简单实际应用和初等密码分析技术，从信息论角度分析密码安全。

1. 基本要求（1）保密学的基本概念；（2）密码体制分类；（3）古典密码：掌握凯撒密码，维吉尼亚密码等古典密码的原理、实现、应用和攻击；（4）初等密码分析：掌握密码分析的初等方法；2. 重点、难点重点：古典密码的应用和安全性分析，离散概率的各种定义和分析方法。

难点：古典密码的安全性分析。

3. 作业及课外学习要求：（1）掌握单钥体制与双钥体制的区别以及双钥体制产生的原因；（2）掌握古典密码中代换密码的工作原理；（3）分析维吉尼亚密码，掌握初等密码分析方法的分类以及分析方法具体细节。

现代密码学概述现代密码学是研究保护信息安全的科学，它使用密码算法来加密和解密数据，以防止未经授权的访问和篡改。

密码学在现代社会中扮演着至关重要的角色，它保证了电子通信、互联网交易和数据存储的安全性。

一、密码学的基本概念和原理1.1 加密和解密在密码学中，加密是将明文转换为密文的过程，而解密则是将密文还原为明文的过程。

加密和解密的过程需要使用特定的密钥和密码算法。

1.2 对称密码和非对称密码对称密码算法使用相同的密钥进行加密和解密，加密和解密的速度较快，但密钥的分发和管理比较困难。

非对称密码算法使用一对密钥，分别用于加密和解密，密钥的管理更为灵活，但加密和解密的速度较慢。

1.3 数字签名和数字证书数字签名是在数字信息中添加的一种类似于手写签名的标识，用于验证数据的完整性和真实性。

数字证书则是由可信的第三方机构颁发的用于验证签名者身份的证书。

二、现代密码学的应用领域2.1 网络安全现代密码学在网络安全中扮演着重要的角色。

它通过对通信数据进行加密，保护用户的隐私和数据的安全，防止信息被窃听、篡改和伪造。

2.2 数据存储密码学被广泛应用于数据存储领域，如数据库加密、文件加密和磁盘加密等。

通过对数据进行加密，即使数据泄露也不会造成重大的损失。

2.3 电子支付现代密码学在电子支付领域也有广泛的应用。

它通过使用数字签名和加密技术，确保支付过程的安全性和可信度，防止支付信息被篡改和伪造。

三、常见的密码学算法3.1 对称密码算法常见的对称密码算法有DES（Data Encryption Standard）、AES （Advanced Encryption Standard）和RC4等。

这些算法在加密和解密的速度上都较快，但密钥的管理较为困难。

3.2 非对称密码算法常见的非对称密码算法有RSA、DSA和ECC等。

这些算法在密钥的管理上更为灵活，但加密和解密的速度较慢。

3.3 哈希函数算法哈希函数算法用于将任意长度的数据转换为固定长度的摘要值。

课程名称：现代密码学课程编码：学分：2适用学科：理工科硕士研究生现代密码学Modern Cryptography教学大纲一、课程性质《现代密码学》是应用数学硕士研究生的一门专业方向选修课程。

随着计算机和通信网络的应用，信息的安全性受到人们的普遍重视，现代的信息安全除了涉及国家安全外，也涉及个人权益、企业生存和金融防范等。

密码学是信息安全的重要领域，它的理论和技术随着计算机技术的发展也得到了迅速发展和广泛应用。

本课程主要就是学习密码学的基本内容。

二、课程教学目的通过学习密码学理论，信息与计算科学和应用数学专业的学生应能正确理解其基本概念和理论，掌握常用的密码算法。

本课程将培养学生基础理论与应用结合的能力，并为后续课程的学习和本课程的进一步运用打下良好的基础。

三、教学基本内容与要求第一章引言1、了解密码学的发展概况2、熟练掌握密码学的基本概念第二章古典密码1、熟练掌握古典密码中的基本加密运算2、理解几种典型的古典密码体制3、了解古典密码的统计分析第三章香农理论1、熟练掌握密码体制的数学模型2、掌握熵及其性质3、了解伪密钥和唯一解距离4、了解密码体制的完善保密性5、理解乘积密码体制第四章分组密码1、熟练掌握分组密码的基本原理2、理解数据加密标准DES3、了解多重DES及DES的工作模式4、理解高级加密标准AES第五章公钥密码1、熟练掌握公钥密码的理论基础2、掌握RSA公钥密码3、掌握大素数的生成方法4、了解椭圆曲线上的Menezes- Vanstone公钥密码第六章序列密码与移位寄存器1、熟练掌握序列密码的基本原理2、理解移位寄存器与移位寄存器序列3、掌握移位寄存器的表示方法4、了解线性移位寄存器序列的周期性、序列空间和极小多项式5、知道m-序列的伪随机性几点说明本课程教学时数为48学时，根据不同章节难易程度安排上机练习。

课程内容要求的高低用不同词汇加以区分：对于概念、理论，从高到低以“理解”、“了解”、“知道”三级区分；对于运算、方法，以“熟练掌握”、“掌握”、“会”或“能”三级区分。

《现代密码学基础》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程教学目标《现代密码学》是网络工程专业网络安全的基础课程。

通过本课程的学习，使得学生对密码学领域的基本概念、基本理论和基本应用有全面的理解，作为进一步学习网络安全专业知识的基础、作为网络安全理论研究和相关应用开发的准备知识。

理解密码体制概念和密码学发展沿革；理解公钥密码体制的设计思想；掌握常用的密码体制的设计机制，包括DES；掌握对称密码体制的设计和分析特点；掌握非对称密码体制的设计和分析特点；掌握认证体系相关知识，包括数字签名、身份认证和消息认证等；了解密码技术应用技术，包括数字现金等。

增强学生的信息安全、网络安全意识，增强防范的能力，为以后学习和掌握网络工程网络安全方向课打下坚实的基础。

三、教学学时分配《现代密码学基础》课程理论教学学时分配表《现代密码学基础》课程实验内容设置与教学要求一览表四、教学内容和教学要求第一章密码学概述及古典密码学（2学时）（一）教学要求通过本章内容的学习，了解信息安全面临的威胁,了解信息安全的模型,了解密码学基本概念,掌握几种古典密码，其中包括单表代换密码和多表代换密码。

（二）教学重点与难点1．教学重点：密码学基本概念、单表代换密码和多表代换密码。

2. 教学难点：单表代换密码和多表代换密码算法。

（三）教学内容第一节信息安全的威胁与模型1. 信息安全面临的威胁；2．信息安全的模型。

第二节古典密码算法1．密码学基本概念；2. 单表代换密码和多表代换密码。

本章习题要点：练习单表代换密码和多表代换密码。

第二章流密码（2学时）（一）教学要求1.了解流密码的基本概念；2.掌握序列的伪随机性；3.掌握序列密码的破译。

（二）教学重点与难点1．教学重点：序列的伪随机性、序列密码的破译。

2. 教学难点：序列的伪随机性。

（三）教学内容第一节流密码1.流密码的基本概念；2.序列的伪随机性。

第二节序列密码1.序列密码的破译。

本章习题要点：练习序列的伪随机性。