应用密码学第讲

《应用密码学》课程教学大纲一、课程代码与名称课程代码：EI439001中文名称：应用密码学英文名称：Applied Cryptography二、课程概述及与相关课程关系随着通信网络及安全技术的发展，网络与信息的安全性等受到了人们的广泛关注。

密码技术作为信息安全的核心技术，为信息的保密性、完整性、可用性和可靠性等提供了实现的一种手段，在电子商务/电子政务、网络通信等方面的受到了高度重视。

密码学是计算机、通信、应用数学、软件工程等专业的交叉学科，本课程主要学习古典密码体制、对称密码体制、非对称密码体制、序列密码体制、消息摘要算法等基础密码理论及典型算法，以及它们在密钥管理、密码协议、数字签名、身份认证、电子商务、数字通信和工业网络控制等方面的应用。

图1应用密码学与其它课程关系图《应用密码学》课程与其他课程的关系如图1所示。

其中，《工程导论》、《面向对象程序设计》、《数据结构》和《信息安全数学基础》是《应用密码学》课程的前期课程，而具备《微积分Ⅰ》、《微积分Ⅱ》、《线性代数与空间解析几何》、《离散数学》、《概率论与数理统计》的知识，对于密码学算法的编程实现和理解是有帮助的。

通过本课程的学习，为进一步学习后续专业课程（如《信息安全理论与技术》、《信息对抗理论与技术》、《网络攻击与防御》、《灾难备份技术》、《信息隐藏与数字水印》、《系统加密与解密》和《安全系统整体解决方案设计》等课程）及在从事网络信息安全应用系统的设计与开发等实际工作奠定理论基础。

三、课程教学对象与教学目的适用专业：信息安全、信息对抗技术教学目的：（1）通过本课程的学习，学生能够掌握密码学的基本概念、古典密码体制、序列密码体制、对称密码体制和非对称密钥体制、消息摘要算法等基础密码理论及典型算法，以及它们在密钥管理、密码协议、数字签名、身份认证、电子商务、数字通信和工业网络控制等方面的应用；（2）通过本课程实验，进一步加深对密码算法及相关知识的理解与掌握；（3）本课程后期的《应用密码学》课程设计，在老师的指导下，以工程应用为背景，学生通过主动查找资料等，运用前期学过程序设计语言编程实现密码算法，进而完成加密/解密（可以实现对任意字符串和文件加密等功能）、消息摘要算法、数字签名、安全传输、安全存储、密钥共享等实用程序，进一步提高学生在实际项目中分析问题、解决问题和工程应用能力；（4）通过本课程的学习，主要完成如表1所示的指标。

应用密码学教程课程设计1. 课程介绍密码学是一种保护数据的方法，其在现代化社会中日益重要。

众所周知个人信息是非常重要的，而密码学正是保护我们的个人信息的关键之一，是信息安全领域的重要组成部分。

本课程旨在介绍密码学概念和技术，使参与者了解密码学在实践中的应用，掌握基本的密码学工具，以及了解目前密码学在实践中的局限性和挑战。

本课程内容将包括密码学基础概念、加密与解密技术，密码学协议、电子签名、数字证书、安全哈希函数、对称加密、公钥基础设施、身份认证技术等主题。

2. 课程目标•掌握密码学基本概念和技术•熟悉已知的密码学协议•了解数字证书和安全哈希函数•掌握对称加密和公钥基础设施•理解身份认证技术3. 课程大纲第一章：密码学基础•密码学概述•密码学基础知识•历史加密技术第二章：加密与解密•对称加密和非对称加密•流密码和块密码•数字签名和认证技术第三章：密码学协议•机密性保障•身份认证协议•密钥交换协议•数据完整性保障第四章：数字证书和安全哈希函数•数字证书的原理和应用•安全哈希函数第五章：对称加密与公钥基础设施•对称加密和公钥基础设施•身份验证和授权第六章：身份认证技术•身份认证技术原理•用户名和密码认证•生物识别识别认证4. 课程要求本课程为教练式课程，授课人员将为参与者提供示范和支持，以帮助参与者完成课程要求。

•收听授课人员所讲的内容•参与组织和完成相关作业•参与和支持其他参与者5. 课程计划本课程为一个由六个阶段组成的教练式课程。

每个阶段包含：•1个小时的在线授课•2个小时的相关作业教练将在阶段开始后的第24小时与参与者进行联系和咨询，支持参与者完成相关作业。

6. 结束语通过本课程的学习，学员们将会有能力分析和评价密码学在现代社会安全中的作用。

本课程汇集了密码学领域的专家，将为参与者提供有关密码学方面的最新和最有用的知识。

我们希望通过本课程，学员们能够获得有助于这个数字时代的完全保密性和完整性的专业知识和能力。

《应用密码学》课程教学大纲一、课程代码与名称课程代码：EI439001中文名称：应用密码学英文名称：Applied Cryptography二、课程概述及与相关课程关系随着通信网络及安全技术的发展，网络与信息的安全性等受到了人们的广泛关注。

密码技术作为信息安全的核心技术，为信息的保密性、完整性、可用性和可靠性等提供了实现的一种手段，在电子商务/电子政务、网络通信等方面的受到了高度重视。

密码学是计算机、通信、应用数学、软件工程等专业的交叉学科，本课程主要学习古典密码体制、对称密码体制、非对称密码体制、序列密码体制、消息摘要算法等基础密码理论及典型算法，以及它们在密钥管理、密码协议、数字签名、身份认证、电子商务、数字通信和工业网络控制等方面的应用。

图1应用密码学与其它课程关系图《应用密码学》课程与其他课程的关系如图1所示。

其中，《工程导论》、《面向对象程序设计》、《数据结构》和《信息安全数学基础》是《应用密码学》课程的前期课程，而具备《微积分Ⅰ》、《微积分Ⅱ》、《线性代数与空间解析几何》、《离散数学》、《概率论与数理统计》的知识，对于密码学算法的编程实现和理解是有帮助的。

通过本课程的学习，为进一步学习后续专业课程（如《信息安全理论与技术》、《信息对抗理论与技术》、《网络攻击与防御》、《灾难备份技术》、《信息隐藏与数字水印》、《系统加密与解密》和《安全系统整体解决方案设计》等课程）及在从事网络信息安全应用系统的设计与开发等实际工作奠定理论基础。

三、课程教学对象与教学目的适用专业：信息安全、信息对抗技术教学目的：（1）通过本课程的学习，学生能够掌握密码学的基本概念、古典密码体制、序列密码体制、对称密码体制和非对称密钥体制、消息摘要算法等基础密码理论及典型算法，以及它们在密钥管理、密码协议、数字签名、身份认证、电子商务、数字通信和工业网络控制等方面的应用；（2）通过本课程实验，进一步加深对密码算法及相关知识的理解与掌握；（3）本课程后期的《应用密码学》课程设计，在老师的指导下，以工程应用为背景，学生通过主动查找资料等，运用前期学过程序设计语言编程实现密码算法，进而完成加密/解密（可以实现对任意字符串和文件加密等功能）、消息摘要算法、数字签名、安全传输、安全存储、密钥共享等实用程序，进一步提高学生在实际项目中分析问题、解决问题和工程应用能力；（4）通过本课程的学习，主要完成如表1所示的指标。

第1章绪论1－1 为什么会有信息安全问题的出现？答题要点:（1）当今知识经济社会，信息资源是重要的资源形式，大到一个国家、小至某一个人，拥有的信息资源越多、越早获取到信息资源，就在整个国家安全、经济与社会竞争中处于更有利的地位;(2)网络自身的安全缺陷难以堵住安全漏洞；（3）网络的开放性特征为攻击者提供了方便之门；(4）人为因素，包括人的无意失误、黑客攻击、管理不善等。

1－2 简述密码学与信息安全的关系.答题要点：密码技术是实现网络信息安全的核心技术，是保护数据最重要的工具之一。

通过加密变换,将可读的文件变换成不可理解的乱码，从而起到保护信息和数据的作用.它直接支持机密性、完整性和非否认性。

密码学尽管在网络信息安全中具有举足轻重的作用，但密码学绝不是确保网络信息安全的唯一工具,它也不能解决所有的安全问题。

密码编码与密码分析是一对矛和盾的关系。

1－3 简述密码学发展的三个阶段及其主要特点。

答题要点：密码学的发展大致经历了三个阶段：（1)古代加密方法。

特点：作为密码学发展的起始阶段，所用方法简单,体现了后来发展起来的密码学的若干要素，但只能限制在一定范围内使用。

主要基于手工的方式实现。

（2）古典密码。

特点：加密方法一般是文字置换，使用手工或机械变换的方式实现。

古典密码系统已经初步体现出近代密码系统的雏形，它比古代加密方法更复杂，但其变化量仍然比较小。

转轮机的出现是这一阶段的重要标志，传统密码学有了很大的进展，利用机械转轮可以开发出极其复杂的加密系统，缺点是密码周期有限、制造费用高等。

(3)近代密码。

特点:这一阶段密码技术开始形成一门科学，利用电子计算机可以设计出更为复杂的密码系统，密码理论蓬勃发展，密码算法设计与分析互相促进,出现了大量的密码算法和各种攻击方法。

另外，密码使用的范围也在不断扩张，而且出现了以DES为代表的对称密码体制和RSA为代表的非对称密码体制，制定了许多通用的加密标准，促进网络和技术的发展。

=============================================================应用密码学 (1)卿斯汉主讲 (qsihan@)2011年1月4日 — 1月14日=============================================================一、 分组密码概述1. 基本概念分组密码是将明文消息编码表示后的数字（通常是0、1）序列12,,x x "划分成长为m 的组),,,(21m x x x X "=，各组（长为m 的向量）分别在密钥12(,,,)t K k k k ="的控制下变换成等长的输出数字序列12(,,,)n Y y y y ="（长为n的向量），分组密码的数学模型如下图所示。

图 分组密码的数学模型若n m >，则为有数据扩展的分组密码。

若n m <，则为有数据压缩的分组密码。

若m n =，则为无数据扩展和压缩的分组密码，通常研究的均为这种情况。

这里，我们设明文X 和密文Y 均为二元数字(0与1)序列。

设2F 是二元域，s F 2表示2F 上的s 维向量空间。

假定明文空间和密文空间均为m F 2，密钥空间K S 是t F 2的一个子集合。

m 是明文和密文的分组长度，t 是密钥的长度。

Goldwasser 和Bellare 给出下述分组密码的定义：定义 分组密码是一种将K 比特长的密钥k 和N 比特长的明文P 映射为N 比特长的密文(,)C E P k =的函数:{0,1}{0,1}{0,1}K N N E ×→，满足对于任意密钥k ，密钥12(,,,)n Y y y y ="密钥12(,,,)m X x x x =" 明文12(,,,)m x x x x ="明文12(,,,)m x x x x ="k E ≡(,)E k ⋅是{0,1}N 上的一个置换。