第三章 对称密码体制

对称密码体制和⾮对称密码体制⼀、对称加密 (Symmetric Key Encryption)对称加密是最快速、最简单的⼀种加密⽅式，加密（encryption）与解密（decryption）⽤的是同样的密钥（secret key）。

对称加密有很多种算法，由于它效率很⾼，所以被⼴泛使⽤在很多加密协议的核⼼当中。

⾃1977年美国颁布DES（Data Encryption Standard）密码算法作为美国数据加密标准以来，对称密码体制迅速发展，得到了世界各国的关注和普遍应⽤。

对称密码体制从⼯作⽅式上可以分为分组加密和序列密码两⼤类。

对称加密算法的优点：算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼。

对称加密算法的缺点：交易双⽅都使⽤同样钥匙，安全性得不到保证。

此外，每对⽤户每次使⽤对称加密算法时，都需要使⽤其他⼈不知道的惟⼀钥匙，这会使得发收信双⽅所拥有的钥匙数量呈⼏何级数增长，密钥管理成为⽤户的负担。

对称加密算法在分布式⽹络系统上使⽤较为困难，主要是因为密钥管理困难，使⽤成本较⾼。

⽽与公开密钥加密算法⽐起来，对称加密算法能够提供加密和认证却缺乏了签名功能，使得使⽤范围有所缩⼩。

对称加密通常使⽤的是相对较⼩的密钥，⼀般⼩于256 bit。

因为密钥越⼤，加密越强，但加密与解密的过程越慢。

如果你只⽤1 bit来做这个密钥，那⿊客们可以先试着⽤0来解密，不⾏的话就再⽤1解；但如果你的密钥有1 MB⼤，⿊客们可能永远也⽆法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。

密钥的⼤⼩既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是⼀个trade-off。

分组密码：也叫块加密(block cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个块。

是将明⽂按⼀定的位长分组，明⽂组经过加密运算得到密⽂组，密⽂组经过解密运算（加密运算的逆运算），还原成明⽂组，有 ECB、CBC、CFB、OFB 四种⼯作模式。

序列密码：也叫流加密(stream cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个位。

实例二：对压缩文档解密
• 任务描述：
李琳同学在电脑里备份了一份文档，当时 出于安全考虑，所以加了密码，时间久了，密 码不记得了。请帮李琳同学找回密码。
实例二：对压缩文档解密
• 任务分析：
WinRAR对文档的加密方式属于对称性加 密，即加密和解密的密码相同，这种文档的解 密相对来说比较简单，网上有很多专用工具， 可以实现密码的硬解。
推荐：RAR Password Unlocker
实例二：对压缩文档解密
• 操作步骤：
– （1）启动软件； – （2）打开加密的文件； – （3）单击“STRAT”按钮，开始解密； – （4）弹出结果对话框，找到密码。
实例三：Office文档加密
• 操作步骤：
– （1）启动word；
– （2）文件——另存为；
走进加密技术
对称密码体制
知识回顾
• 密码技术的发展经历了三个阶段
• 1949年之前 密码学是一门艺术 (古典密码学) • 1949～1975年 密码学成为科学 • 1976年以后 密码学的新方向
传 统 加 密 方 法
(现代密码学)
——公钥密码学
密码体制
• 密码体制也叫密码系统，是指能完整地解
决信息安全中的机密性、数据完整性、认
小结
对称密码体制 对称密码体制也称为单钥体制、私钥体制或对 称密码密钥体制、传统密码体制或常规密钥密码体 制。 主要特点是：加解密双方在加解密过程中使用 相同或可以推出本质上等同的密钥，即加密密钥与 解密密钥相同，基本原理如图所示。

– （3）文件类型为：2003-07文档； – （4）单击“工具”选择“常规选项”； – （5）设置文档打开密码，存盘。
实例四：Office文档解密

DES

数据加密标准(Data Encryption Standard，DES)是至 今为止使用 最为广泛的加密算法。

1974年8月27日, NBS开始第二次征集,IBM提交了算法LUCIFER ，该算法由IBM的工程师在1971~1972年研制。

1975年3月17日, NBS公开了全部细节1976年,NBS指派了两个
序列密码算法(stream cipher)

每次可加密一个比特戒一个字节 适合比如进程终端输入加密类的应用
对称密码体制
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3.1 分组密码原理
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 下发换成等长的输出数字(简称密文数字)序列。
构，如FEAL、Blowfish、RC5等。
对称密码体制
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3.1.2 分组密码的一般结构
Feistel密码结构的设计动机

分组密码对n比特的明文分组迚行操作，产生出一个n比特的密文分
组，共有2n个丌同的明文分组，每一种都必须产生一个唯一的密文 分组，这种发换称为可逆的戒非奇异的。 可逆映射 00 01 10 11 11 10 00 01 丌可逆映射 00 01 10 11 11 10 01 01
对称密码体制Biblioteka 193.2.1 简化的DES
简化的DES

简化的DES(Simplified - DES)是一个供教学而非安全的加密算法， 它不DES的特性和结构类似，但是参数较少。 S - DES的加密算法以8bit的明文分组和10位的密钥作为输入，产生 8bit的明文分组做为输出。 加密算法涉及五个凼数：

编译密码优秀教案公开课设计参考第一章：编译密码概述1.1 密码的定义与分类解释密码的定义介绍对称密码、非对称密码和哈希函数等基本分类1.2 编译密码的基本原理讲解编译密码的基本原理，包括加密和解密过程介绍密钥的概念及其在编译密码中的作用第二章：古典密码体制2.1 凯撒密码介绍凯撒密码的加密和解密方法分析凯撒密码的优缺点2.2 换位密码和换字母密码讲解换位密码和换字母密码的加密和解密方法分析其优缺点以及适用场景第三章：现代密码体制3.1 对称密码体制介绍对称密码体制的基本概念讲解对称密码的加密和解密方法，如DES、AES等分析对称密码的优势和局限性3.2 非对称密码体制介绍非对称密码体制的基本概念讲解公钥和私钥的、加密和解密过程，如RSA、ECC等分析非对称密码的优势和局限性第四章：密码学应用场景4.1 数字签名讲解数字签名的原理和应用场景介绍数字签名的实现方法，如RSA数字签名、ECDSA等4.2 安全通信讲解安全通信的原理和应用场景介绍安全通信的实现方法，如SSL/TLS、IPSec等第五章：密码学未来发展5.1 量子密码学介绍量子密码学的基本概念和发展前景讲解量子密钥分发和量子加密算法5.2 密码学在新兴领域的应用探讨密码学在云计算、大数据、物联网等新兴领域的应用和发展趋势第六章：密码学编程实践6.1 编程环境搭建介绍用于密码学编程的编程语言和开发环境讲解如何搭建密码学编程的环境6.2 实现凯撒密码通过编程实现凯撒密码的加密和解密功能分析代码的运行结果和性能第六章：密码学编程实践（续）6.3 实现对称密码算法通过编程实现对称密码算法（如DES）的加密和解密功能分析代码的运行结果和性能6.4 实现非对称密码算法通过编程实现非对称密码算法（如RSA）的加密和解密功能分析代码的运行结果和性能第七章：密码学应用案例分析7.1 电子邮件加密与数字签名讲解电子邮件加密与数字签名的原理和应用分析实际应用中的案例和解决方案7.2 网上银行安全讲解网上银行安全的相关技术和措施分析网上银行安全案例和潜在风险第八章：密码学的安全性分析8.1 密码学攻击方法介绍密码学攻击方法，如穷举攻击、字典攻击、暴力攻击等分析各种攻击方法的特点和应对策略8.2 密码学安全性评估讲解密码学安全性评估的方法和指标分析实际应用中密码学算法的的安全性第九章：密码学的道德与法律问题9.1 密码学的道德问题探讨密码学在隐私权、数据保护和信息安全等方面的道德问题分析密码学应用中可能涉及的道德困境和解决方案9.2 密码学的法律问题讲解密码学相关法律法规和政策分析密码学应用中可能遇到的法律问题和合规要求第十章：密码学教育与培训10.1 密码学教育的重要性强调密码学教育在信息安全领域的重要性分析密码学教育的目标和受众10.2 密码学培训方法和资源介绍密码学培训的方法和技巧推荐密码学培训的相关教材、课程和在线资源重点和难点解析本文主要介绍了编译密码的基本概念、原理、加密算法、应用场景以及编程实践等内容。