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4-密码算法 分类和使用

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密码公式大全

密码公式大全

密码公式大全摘要：1.密码公式的定义和作用2.常见密码公式的分类和示例3.密码公式的优缺点分析4.如何使用密码公式大全5.密码公式大全的实际应用案例正文：密码公式是指用于加密和解密信息的一种算法，它在信息安全领域具有重要的作用。

密码公式大全则汇集了各种常见的密码公式，为用户提供了便利的查询和学习工具。

一、密码公式的定义和作用密码公式，又称加密算法，是一种将明文信息通过特定的算法转换为密文信息的过程。

通过密码公式，可以有效保护信息的安全性，防止信息在传输过程中被非法获取。

二、常见密码公式的分类和示例常见的密码公式可以分为对称加密算法和非对称加密算法两大类。

1.对称加密算法：指加密和解密使用同一密钥的加密算法。

常见的对称加密算法有：- AES（高级加密标准）- DES（数据加密标准）- 3DES（三重数据加密算法）2.非对称加密算法：指加密和解密使用不同密钥的加密算法。

常见的非对称加密算法有：- RSA（拉普拉斯- 希尔伯特- 亚当斯）- ECC（椭圆曲线密码算法）三、密码公式的优缺点分析密码公式的优点在于可以有效保护信息的安全性，防止信息泄露。

然而，密码公式也存在一定的缺点，如算法复杂度高、计算量大等。

四、如何使用密码公式大全用户可以通过查阅密码公式大全，了解各种加密算法的原理和实现方法，根据实际需求选择合适的加密算法进行加密和解密。

五、密码公式大全的实际应用案例密码公式大全在现实生活中的应用案例非常广泛，例如：1.互联网支付：在用户进行网上支付时，银行和支付平台会采用密码公式对用户的银行卡信息进行加密，确保资金安全。

2.信息传输：企业或个人在发送敏感信息时，可以采用密码公式对信息进行加密，防止信息在传输过程中被非法获取。

密码学基础(一)常见密码算法分类

密码学基础(一)常见密码算法分类

密码学基础（一）常见密码算法分类对称算法是指一种加密密钥和解密密钥相同的密码算法，也称为密钥算法或单密钥算法。

该算法又分为分组密码算法（Block cipher）和流密码算法（Stream cipher）。

•分组密码算法o又称块加密算法o加密步骤一：将明文拆分为 N 个固定长度的明文块o加密步骤二：用相同的秘钥和算法对每个明文块加密得到 N 个等长的密文块o加密步骤三：然后将 N 个密文块按照顺序组合起来得到密文•流密码算法o又称序列密码算法o加密：每次只加密一位或一字节明文o解密：每次只解密一位或一字节密文常见的分组密码算法包括 AES、SM1（国密）、SM4（国密）、DES、3DES、IDEA、RC2 等；常见的流密码算法包括 RC4 等。

•AES：目前安全强度较高、应用范围较广的对称加密算法•SM1：国密，采用硬件实现•SM4：国密，可使用软件实现•DES/3DES：已被淘汰或逐步淘汰的常用对称加密算法二、非对称密码算法（Asymmetric-key Algorithm）非对称算法是指一种加密密钥和解密密钥不同的密码算法，也称为公开密码算法或公钥算法。

该算法使用一个密钥进行加密，另一个密钥进行解密。

•加密秘钥可以公开，又称为公钥•解密秘钥必须保密，又称为私钥常见非对称算法包括 RSA、SM2（国密）、DH、DSA、ECDSA、ECC 等。

三、摘要算法（Digest Algorithm）算法是指将任意长度的输入消息数据转换成固定长度的输出数据的密码算法，也称为哈希函数、哈希函数、哈希函数、单向函数等。

算法生成的定长输出数据称为摘要值、哈希值或哈希值，摘要算法没有密钥。

算法通常用于判断数据的完整性，即对数据进行哈希处理，然后比较汇总值是否一致。

摘要算法主要分为三大类：MD（Message Digest，消息摘要算法）、SHA-1（Secure Hash Algorithm，安全散列算法）和MAC（Message Authentication Code，消息认证码算法）；另国密标准 SM3 也属于摘要算法。

密码学算法——精选推荐

密码学算法——精选推荐

密码学算法1. 密码学概述基本认知1. 科学密码学是科学、有严格的规范,设计密码学算法需要具备深厚的数学知识2. 公开密码学算法的实现原理是公开的,经过长时间的考验3. 相对安全计算机处理速度越来越快,某个密码学算法的数学基础可能受到挑战,现阶段安全密码算法,未来可能就不安全了4. 攻击⽅法多样⼤部分密码学算法需要秘钥,最简单的破解⽅法就是获取秘钥(暴⼒破解、彩虹表等)5. 应⽤标准未来正确使⽤密码学算法,并依据标椎使⽤(⽐如:PKCS),可以不了解密码学算法原理,但必须掌握应⽤标准6. 不⽐具备很强数学知识很多密码学算法并⾮计算机专家创建,⽽是数学家.(不妨碍我们使⽤密码学算法)7. 解决特定问题每种算法都有应⽤场景,解决特定的问题⽬标1. 机密性信息在存储,运输、处理过程中的安全保密,要求信息不会泄露给未经授权的⼈.对称加密算法和公开秘钥算法都能保护机密性2. 完整性接受⽅接受到的信息就是发送⽅发送的原始信息,如数据被篡改,接受⽅有策略数据被篡改,那传输的数据就具备完整性.在密码学中,主要使⽤消息验证码(MAC)算法保证完整性3. 不可抵赖性在密码学中,使⽤数字签名技术避免抵赖4. ⾝份验证通信双⽅(发送⽅、接收⽅)必须确保对端就是通信对象.在密码学中,⼀般使⽤数字签名确认⾝份常⽤密码库1. MIRACL由Shamus软件公司开发,包括了:RSA、AES、DSA、ECC和Diffie-Hellman秘钥交换算法2. CryptoAPI微软在Windows中的⼀个安全加密应⽤框架密码应⽤程序接⼝,密码服务提供者模块3. OpenSSL开放源代码的软件库包,三个只要的功能部分:SSL协议库、应⽤程序以及密码算法库2. 密码学算法分类类型哈希算法(Hash)1. 国内:SM32. 国际:MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-33. 说明:SM3的256位保密强度⾼于MD5对称加密算法1. 国内:SM1、SM4、ZUC2. 国际:DES、3DES、AES3. 说明:SM1的128位保密强度和性能与AES相当,SM4的128位已升级为国际标准公开秘钥算法1. 国内:SM22. 国际:RSA、ECC3. 说明:SM2的256位基于ECC算法,安全性⽐RSA1024有明显优势随机数类型1. 真正的随机数⽣成器硬件⽣成效率⾼、随机性、不可预测性、不可重现性需要物理设备获取2. 伪随机数⽣成器软件⽣成效率⾼、随机性通过算法获取3. 密码学伪随机数⽣成器软件⽣成效率⾼、随机性、不可预测性⽤于密码学⼯作原理1. ⽣成器内部维护⼀个状态(internal state),其数值来源于外部,成为熵:动态时间、温度、声⾳变化等2. 伪随机数内部状态来源模拟的数值,称为种⼦(seed)可⽣成密码学随机数的算法1. 块密码算法CTR模式:对称加密算法2. 摘要函数:单向性3. 流密码算法:对称加密算法⽤途1. 密钥对称加密算法、公开密钥算法、MAC算法都会⽤到密钥,密钥本质上是⼀个随机数2. 初始化向量(IV)块密码算法中很多迭代模式会使⽤(IV)3. nonce块密码算法中的CTR模式、AEAD加密模式也会⽤到nonce4. salt基于⼝令的加密算法会⽤到,通过salt⽣成⼀个密钥Hash函数加密基元1. 基于密码学Hash算法产⽣的其他密码算法:MAC消息验证码、伪随机数⽣成器、基于⼝令的加密算法、数字签名等等Hash特性1. 摘要/散列/指纹=hash(消息)2. 相同的消息获得相同摘要值、速度快、单向性(不可逆)、原始消息变化摘要值也会变化、不同摘要值不同Hash算法⽤途1. ⽂件⽐较2. ⾝份校验Hash算法分类1. MD5算法:MD5、输出值长度:128⽐特、输⼊值最⼤长度:⽆限制、说明:实践中已经产⽣碰撞,理论上不具备弱抗碰撞性2. SHA-1算法:SHA-1、输出值长度:160⽐特、输⼊值最⼤长度:2的64次⽅减⼀⽐特、说明:实践中已经产⽣碰撞3. SHA-2算法:SHA-256、输出值长度:256⽐特、输⼊值最⼤长度:2的64次⽅减⼀⽐特、说明:安全使⽤算法:SHA-512、输出值长度:512⽐特、输⼊值最⼤长度:2的128次⽅减⼀⽐特、说明:安全使⽤算法:SHA-224、输出值长度:224⽐特、输⼊值最⼤长度:2的64次⽅减⼀⽐特、说明:安全使⽤算法:SHA-384、输出值长度:384⽐特、输⼊值最⼤长度:2的128次⽅减⼀⽐特、说明:安全使⽤4. SHA-3算法:SHA3-256、输出值长度:256⽐特、输⼊值最⼤长度:2的64次⽅减⼀⽐特、说明:安全使⽤算法:SHA3-512、输出值长度:512⽐特、输⼊值最⼤长度:2的128次⽅减⼀⽐特、说明:安全使⽤算法:SHA3-224、输出值长度:224⽐特、输⼊值最⼤长度:2的64次⽅减⼀⽐特、说明:安全使⽤算法:SHA3-384、输出值长度:384⽐特、输⼊值最⼤长度:2的128次⽅减⼀⽐特、说明:安全使⽤对称加密算法原理1. 密⽂=E(明⽂、算法、秘钥)2. 明⽂=D(密⽂、算法、秘钥)3.分类1. 块密码算法:DES、3DES、AES2. 流密码算法:RC4模式1. ECB(Electronic Codebook)、特点:运算快速,⽀持并⾏处理,需要填充、说明:不推荐使⽤2. CBC(Cipher Block Chaining)、特点:⽀持并⾏处理,需要填充、说明:推荐使⽤3. CFB(Cipher Feedback)、特点:⽀持并⾏处理,不需要填充、说明:不推荐使⽤4. OFB(Output Feedback)、特点:迭代运算使⽤流密码模式,不需要填充、说明:不推荐使⽤5. CTR(Counter)、特点:迭代运算使⽤流密码模式,⽀持并⾏处理,不需要填充、说明:推荐使⽤6. XTS(XEX-based tweaked-codebook)、特点:不需要填充、说明:⽤于本地硬盘存储解决⽅案中标准1. 填充标准:明⽂长度必须是分组长度的倍数,如不是倍数,则必须有填充机制2. PKCS#7填充:可处理的分组长度是1到255个字节3. AES算法使⽤标准,⽐如:AES-128-CBC-PKCS#7,其中秘钥长度128,分组模式CBC,填充标准PKCS#7,AES算法默认分组128bit消息验证码Hash算法能够完成密码学⽬标之⼀的完整性校验,但却不能避免消息被篡改,为避免消息被篡改,需要⽤到消息验证码.消息验证码⾮常重要,⼀般结合加密算法⼀起使⽤消息验证码的模型:MAC值 = mac(消息、密钥)MAC⼀般和原始消息⼀起传输,原始消息可以选择加密,也可以选择不加密,通信双⽅会以相同的⽅式⽣成MAC值,然后进⾏⽐较MAC算法种类:CBC-MAC算法和HMAC算法,http中使⽤最多的为HMAC算法.1. CBC-MAC算法:CBC-MAC算法从块密码算法的CBC分组模式演变⽽来,简单的说就是最后⼀个密钥分组的值就是MAC值2. HMAC算法:使⽤Hash算法作为加密基元,结合Hash算法有多种变种(HMAC-SHA-1、HMAC-SHA256、HMAC-SHA512)对称算法和MAC算法结合加密算法不能提供完整性,加密的同时必须引⼊MAC算法避免消息被篡改结合对称加密算法和MAC算法提供机密性额完整性的模式叫Authenticated Encryption(AE)加密模式,有三种:1. E&M模式:消息分别进⾏加密运算和MAC运算,然后将两个运算结果结合起来发送2. MtE模式:先对消息进⾏MAC计算,然后将消息和MAC值组合,再进⾏加密,最终加密值发送出去(http使⽤)3. EtM模式:先对消息进⾏加密得到密⽂,然后对密⽂再计算MAC值,最终将密⽂和MAC值组合在⼀起发送保证数据加密和完整性的三种模式:1. AEAD模式:在底层组合了加密算法和MAC算法,同事保证数据加密和完整性.2. CCM模式:使⽤CBC-MAC算法保证完整性,使⽤AES算法CTR模式保证加密3. GCM模式:GHASH进⾏MAC运算,AES算法CTR模式进⾏加密运算,拥有⼗分不错的效率和性能公开密钥算法特点:1. 功能不⼀样:对称算法主要⽤于加密和解密,⽽公开秘钥算法可以⽤于加密解密、秘钥协商、数字签名2. 运算速度很慢:相⽐对称加密算法来说,公开秘钥算法尤其是RSA算法运算⾮常慢3. 秘钥是⼀对:对称加密算法中,密钥是⼀串数字,加密者和解密者使⽤同样的密钥.公开密钥算法是⼀对,分别为公钥和私钥标准:1. RSA算法主要使⽤PKCS#I定义了两种机制处理填充问题,从⽽保证同样的明⽂、同样的密钥经过RSA加密,每次的密⽂都是不⼀样的2. 两种填充机制分别是RSAES-PKCSI-VI_5和RSAES-OAEP,⽬前推荐使⽤的填充标准是RSAES-OAEP,OpenSSL命令⾏默认使⽤的标准是RSAES-PKCSI-VI_5秘钥(安全性)是什么?1. 对称加密算法、MAC算法使⽤的密钥就是⼀串数字2. 公开密钥算法中的密钥四⼀对,由多个部分组成,但是本质上也可以认为由多个数字组成作⽤1. 名称:对称加密算法秘钥、作⽤:加密解密、说明:秘钥不能泄露2. 名称:⾮对称加密算法秘钥、作⽤:加密解密、说明:公钥可以公开,秘钥不能泄露3. 名称:MAC算法加密、作⽤:消息验证、说明:秘钥不能泄露4. 名称:数字签名算法秘钥、作⽤:⾝份验证、说明:公钥可以公开,秘钥不能泄露5. 名称:会话秘钥、作⽤:加密解密、说明:密钥不能泄密,该密钥⼀般配合对称加密算法进⾏加密解密6. 名称:基于⼝令的密钥、作⽤:进⾏权限校验,加密解密等、说明:⼝令不能泄密⽣命周期1. ⽣成(伪随机数⽣成器⼝令加密[PBE]算法、伪随机数⽣成器)2. 存储(静态秘钥[长期秘钥]、动态秘钥[会话秘钥])3. 解密4. 传输(硬编码在代码中⼝头、邮件)(秘钥协商算法[不⽤存储])秘钥协商算法密钥协商算法就是为解决密钥分配、存储、传输等问题,其也是公开秘钥算法的⼀种秘钥协商算法种类1. RSA秘钥协商算法:⾸先使⽤客户端⽣成⼀个会话秘钥,然后使⽤公钥加密发哥服务器,服务器解密会话秘钥.接下来服务端和客户端使⽤对称加密算法和会话秘钥加解密数据.2. DH秘钥协商算法:DH算法在进⾏密钥协商的时候,通信双⽅的任何⼀⽅⽆法独⾃计算出会话密钥,通信双⽅各⾃保留⼀部分关键信息,再将另外⼀部分信息告诉对⽅,双⽅有了全部信息告诉对⽅,双⽅有了全部信息才能共同计算出相同的会话密钥.ECC1. 为了保证DH的密钥对不被破解,提升安全性的主要⼿段就是增加密钥对的长度,但是长度越长,性能越低.为了解决性能问题,就有了椭圆曲线密码学(Elliptic Curv e Cryptography),简称ECC.2. ECC是新⼀代公开秘钥算法,主要优点就是安全性,极短的密钥能够提供很⼤的安全性,同时性能也很⾼.⽐如224⽐特的ECC密钥和2048⽐特的RSA密钥可以达到同样的安全⽔平,由于ECC密钥具有很短的长度,运算速度⾮常快.3. 在具体应⽤的时候,ECC可以结合其他公开密钥算法形成更快、更安全的公开密钥算法,⽐如结合DH密钥协商算法组成ECDH密钥协商算法,结合数学签名DSA算法组成ECDSA数字签名算法.4. ECC本质上就是⼀个数学公式,任何⼈基于公式都可以设计出椭圆曲线.[尽量选择性能更⾼、安全系数更⾼的命名曲线]数字签名1. 公开密钥算法的另外⼀种⽤途就是数字签名技术2. 解决⽅案:RSA签名算法DSA签名算法3. 数字签名⽤途防篡改:数据不会被修改,MAC算法也有这个特点防抵赖:消息签署者不能抵赖防伪造:发送的消息不能够伪造,MAC算法也有这个特点4. 数字签名流程:⽣成流程1. 发送者对消息计算摘要值2. 发送者⽤私钥对摘要值进⾏签名得到签名值3. 发送者将原始消息和签名值⼀同发给接受者4.验证流程1. 接收者接收到消息后,拆分出消息和消息签名值A2. 接收者使⽤公钥对消息进⾏运算得到摘要值B3. 接收者对摘要值B和签名值A进⾏⽐较,如果相同表⽰签名验证成功,否则就会验证失败4.3. 密码学算法应⽤场景算法安全预测摩尔定律应⽤场景Hash算法(信息摘要算法)1. 算法:MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-32. 性能:机密性、完整性3. 应⽤场景:存储账号和⼝令(hash算法加salt)⽣成信息摘要,校验数据完整对称加密算法1. 算法:DES、3DES、AES、RC42. 性能:机密性3. 应⽤场景:对效率有要求的实时数据加密通信(使⽤VPN或者代理进⾏加密通信时)⼤批量数据加密时HTTP加密通讯时公开秘钥算法1. 算法:RSA、DSA、ECC2. 性能:机密性3. 应⽤场景:秘钥加密数字签名单向加密双向加密消息验证码(MAC)1. 算法:CBC-MAC、HMAC2. 性能:完整性3. 应⽤场景:对机密性要求不⾼,只保障完整性和不被篡改时数字签名算法1. 算法:RSA数字签名算法、DSA数字签名算法、ECDSA数字签名算法2. 性能:⾝份验证、不可抵赖性3. 应⽤场景:防篡改防抵赖防伪造4. 密码学算法安全性和性能秘钥长度与算法安全安全的关键要素是秘钥的长度,理论上秘钥越长就越安全,但是秘钥越长性能就下降很多密码学算法性能性能和安全是密码学算法重要指标,在选择时尽量选择安全性⾼的算法,在此基础上在选择性能⾼的算法5. 总结机密性对称算法公开秘钥算法完整性Hash函数算法MAC:基于Hash函数算法、基于对称算法(CBC)数字签名算法⾝份验证HMAC数字签名算法不可抵赖性数字签名算法。

密码学基础知识

密码学基础知识
密码学基础知识
密码学基础知识
• 密码学概述 • 传统的密码学 • 对称密码 • 公钥密码 • 序列密码
• 基本的通讯模型
发方
收方
• 通信的保密模型 通信安全-60年代（COMSEC）
信源编码 信道编码 信道传输 通信协议
发方
敌人
收方
信源编码 信道编码 信道传输 通信协议 密码
信息安全的含义
• 接收者对密文解密所采用的一组规则称为解密算法 (Decryption Algorithm).
密钥
密钥
密文
明文 加密算法
解密算法
明文
加解密过程示意图
• 加密和解密算法的操作通常都是在一组密钥的 控制下进行的,分别称为加密密钥(Encryption Key) 和解密密钥(Decryption Key).
20 17 4 2 8 15 22 25 19
相应的密文串将是:
VPXZGIAXIVWPUBTTMJPWIZITWZT
解密过程与加密过程类似,不同的只是进行模26减,而不是模26 加。
使用Vigenère表可以方便地进行加密和解密。
➢ 流密码 每次对一位或一字节加密 手机 One-time padding,Vigenére,Vernam
密码算法分类-v
• 公开密钥密码: ➢ 大部分是分组密码，只有概率密码体制属于
流密码 每次对一块数据加密 数字签名,身份认证 RSA,ECC,ElGamal 加密解密速度慢
密码学的起源和发展-i
A BC D EF GH I
J. K. .L M. N. .O P. Q. .R
.
S: T: :U V: W: :X Y: Z: :.
古典实例
• 双轨密码：1861~1865年 例：明文：Discrete and System 密文：Dsrtadytm Iceensse 加密方法： D s r t a d y t m iceensse

04密码技术与应用

04密码技术与应用

4. 3
对称密码技术
现代密码算法不再依赖算法的保密， 而是把把算法和密钥分开。其中， 密码算法可以公开，但是密钥是保 密的，密码系统的安全性在于保持 密钥的保密性。如果加密密钥和解 密密钥相同，或实质上等同（即从 一个可以推出另外一个），我们称 其为对称密钥、私钥或单钥密码体 制。 对称密码技术又可分为序列密码和分 组密码两大类。序列密码每次加密 一位或一字节的明文，也称为流密 码。序列密码是手工和机械密码时 代的主流方式。分组密码将明文分 成固定长度的组，用同一密钥和算 法对每一块加密，输出也是固定长 度的密文。最典型的就是1977年美 国国家标准局颁布的DES算法。
量子密码的优点是可以防止窃听（见P81）
4. 2
古典密码技术
在计算机出现之前，密码学的算法主要是通过字符之 间代替或易位实现的，一般称这些密码体制为古典密码 或者传统加密技术。其中包括：移位密码、单表替换密 码、多表替换密码等。 古典密码的主要应用对象是对文字信息进行加密解密。 以英文为例，文字由字母中的一个个字母组成，字母表 可以按照排列组合顺序进行一定的编码，把字母从前到 后都用数字表示。此时，大多数加密算法都有数学属性， 这种表示方法可以对字母进行算术运算，字母的加减法 将形成对应的代数码。 古典密码有着悠久的历史（见P81）
4.1.3 密码的分类与算法
可以从不同角度根据不同的标准对密码技术进行分类。P79 1. 按历史发展阶段划分
（1）手工密码。（2）机械密码。
（3）电子机内乱密码。（4）计算机密码。 2. 按保密程度划分
（1）理论上保密的密码。（2）实际上保密的密码。
（3）不保密的密码。 3. 按密钥方式划分
（1）对称式密码（2）非对称式密码
2. DES算法的实现步骤 DES算法实现加密需要三个步骤： 第一步：变换明文。对给定的64位比特的明文X,首先 通过一个置换IP表来重新排列X,从而构造出64位比特 的X0，X0=IP（X）=L0R0 ，其中L0表示X0的前32位， R0表示X0的后32位。 第二步：按照规则迭代。规则为： Li=Ri-1 Ri=Li-1异或f(Ri-1,Ki) (i=1,2,3,„,16) 其中f表示一种置换，又Ｓ盒置换构成，Ｋi是一些由 密钥编排函数产生的比特块。 第三步：对L16R16利用IP-1作逆置换，就得到密文y。 DES算法具有极高的安全性，目前除了穷举搜索法 对 DES算法进行攻击外，还没有发现更有效的方法。而56 位长的密钥的穷举空间件为256，这意味着如果一台计 算机的速度是每秒检测100万个密钥，而搜索完全部密 钥就需要将近2285年的时间，具体的密钥长度与破解 难度可以参考表4-5。随着科技发展，可以考虑把DES 密钥的长度再增加一些，以此来达到更高的保密程度。 此外（详见P87-88）

商用密码基础知识(重要课资)

商用密码基础知识(重要课资)
我国密码行业标准化技术委员会成立于2011年10月。
16
课堂使用
三、标准体系
我国现行商用密码法规体系：1+N模式，即一部行政 法规+多部专项管理规定。
1：商用密码管理条例（1997-10-7国务院273号令） N：
商用密码科研管理规定 商用密码产品生产管理规定 商用密码插排销售管理规定 商用密码产品使用管理规定 境外组织和个人在华使用密码产品管理办法 电子认证服务密码管理办法 信息安全等级保护商用密码管理办法 含有密码技术的信息插排政府采购规定
17
课堂使用
三、标准体系
18
课堂使用
三、标准体系
2016-11-7出台《网络安全法》，而《密码法》即将 出台。
商用密码产品通过安全性审查后，将取得国家密码 管理局颁发的产品品种和型号证书。未取得证书的 产品不得在市场上销售或使用。
《信息安全等级保护商用密码管理办法》要求，由 国家密码管理局对第三级及以上信息系统使用商用 密码情况进行检查。
商用密码检测认证体系建设：积极构建1+M+N体系， 即设立1家商用密码认证机构、M家商用密码产品检 测机构、N家商用密码应用安全性评测机构。
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课堂使用
四、应用案例
1.金融领域：
银行业。2014年和2016年在银行业开展了两批商用密码 试点，共有93家金融机构参与，进一步验证了SM系统算 法及产品的安全性。具体包括：银行业典型信息系统密 码应用、线下交易密码应用、银联在线支付密码应用、 网上银行密码应用。
密码算法类 数据加解密类 认证鉴别类 证书管理类 密钥管理类 密码防伪类 综合类
7
课堂使用
二、专业术语
密码算法的作用：
对于加密算法，不能从密文得到关于明文或密钥的任何 信息

1、密码体制分类及典型算法描述

1、密码体制分类及典型算法描述密码体制分为三类：1、换位与代替密码体质2、序列与分组密码体制3、对称与非对称密钥密码体制。

典型算法描述：2、试对代替密码和换位密码进行安全性分析。

1.单表代替的优缺点优点: 明文字符的形态一般将面目全非缺点: (A) 明文的位置不变; (B) 明文字符相同,则密文字符也相同; 从而导致:(I) 若明文字符e被加密成密文字符a,则明文中e的出现次数就是密文中字符a的出现次数; (II) 明文的跟随关系反映在密文之中. 因此,明文字符的统计规律就完全暴露在密文字符的统计规律之中.形态变但位置不变 2. 多表代替的优缺点优点: 只要(1) 多表设计合理,即每行中元互不相同,每列中元互不相同.(这样的表称为拉丁方表) (2) 密钥序列是随机序列即具有等概性和独立性。

这个多表代替就是完全保密的。

等概性:各位置的字符取可能字符的概率相同独立性在其它所有字符都知道时也判断不出未知的字符取哪个的概率更大。

2. 多表代替的优缺点密钥序列是随机序列意味着1密钥序列不能周期重复2密钥序列必须与明文序列等长3这些序列必须在通信前分配完毕4大量通信时不实用5分配密钥和存储密钥时安全隐患大。

缺点周期较短时可以实现唯密文攻击。

换位密码的优缺点优点: 明文字符的位置发生变化;缺点: (A) 明文字符的形态不变;从而导致: (I) 密文字符e的出现频次也是明文字符e的出现次数; 有时直接可破! (如密文字母全相同) 换位密码优缺点总结:位置变但形态不变. 代替密码优缺点总结: 形态变但位置不变3、ADFGX密码解密过程分析1918年第一次世界大战已经接近尾声。

为了挽回日趋不利的局面德军集中了500万人的兵力向协约国发动了猛烈的连续进攻。

采用一种新密码ADFGX密码体制。

该密码用手工加解密费时不多符合战地密码的基本要求。

进行了两次加密有两个密钥一个是代替密钥棋盘密钥一个是换位密钥。

其结果是把前面代替加密形成的代表同一明文字符的两个字母分散开破坏密文的统计规律性。

密码技术与应用


2．算法描述
（1）密钥的产生
① 选两个保密的大素数p和q； ② 计算n=p*q，φ（n）=（p-1）（q-1），其中φ（n）是n的欧拉函数 值； ③ 选一整数e，满足1<e<φ（n），且gcd（φ（n），e）=1，即φ（n ）与e互质； ④ 再取另一个数d，满足d*e=1 mod φ（n），（表示d*e除以φ（n） 的余数为1，或者说d是e在模φ（n）下的乘法逆元，因e与φ（n）互质 ，由模运算可知，它的乘法逆元一定存在）； ⑤ 以PK={e，n}为公钥，SK={d，n}为私钥。
为了保证RSA算法的安全性，p和q的选择时须注意： （1）p和q的长度相差不要太大； （2）p-1和q-1都应应大数因子； （3）gcd（p-1,q-1）的值应较小。此外，研究结果表明， 如果e＜n且d＜n1/4，则d能被较容易地确定。
Diffie-Hellman密钥交换协议
Diffie-Hellman的安全性是基于zp上的离散对数问题。设 p是一个满足要求的大素数，0<a<p，并且a是循环群zp的生 成元，a和p公开，所有用户都可以得到a和p。
• 根据分析者具备的条件，通常分为4类： ① 唯密文攻击（Ciphertext-only attack） • 分析者有一个或更多的用同一密钥加密的密文。 ② 已知明文攻击（Known-plaintext attack） • 除了待破解的密文，分析者还有一些明文和用同一密钥加密的对应密文。 ③ 选择明文攻击（Chosen-plaintext attack） • 分析者可以得到所需要的任何明文对应的密文，这些密文和待破解的密文 是用同一密钥加密的。密码分析者可以选择一些明文，并得到相应的密文， 而且可以选择被加密的明文，并试图推导出加密密钥或算法。 ④ 选择密文攻击（Chosen-ciphertext attack） • 分析这可以得到所需要的任何密文对应的明文，类似地，这些密文和待破 解的密文是同一密钥加密的，获得密钥是分析者的主要目的。密码分析者可 以选择不同的密文，并能得到相应的明文，并试图推导出加密密钥。 ⑤ 选择密钥攻击（Chosen-key attack）

第三单元《算法和程序设计》《单元挑战探究密码安全问题》教学设计沪科版高中信息技术必修1

-邀请信息安全领域的专家进行讲座，让学生了解行业动态和前沿技术，拓宽知识视野。
-组织课外实践活动，如参加信息安全竞赛、开展小项目研究等，提高学生的实际操作能力和创新能力。
四、教学内容与过程
（一）导入新课
1.教学活动：通过展示生活中因密码安全问题导致的隐私泄露、财产损失等案例，引起学生对密码安全问题的关注。
-与同学合作，开展一次密码安全知识普及活动，如制作宣传海报、举办讲座等。
2.利用案例分析、实践操作等教学手段，帮助学生掌握密码安全知识。
-通过分析现实生活中的密码安全案例，使学生深入了解密码安全的重要性。
-通过实践操作，让学生亲身体验密码的加密、解密和破解过程，提高实际操作能力。
3.设计不同难度的挑战任务，引导学生逐步深入探究密码安全问题，培养解决问题的思维方法。
-设置由浅入深的挑战任务，让学生逐步掌握密码安全知识。
第三单元《算法和程序设计》《单元挑战探究密码安全问题》教学设计沪科版高中信息技术必修1
一、教学目标
（一）知识与技能
1.理解密码安全的重要性，掌握基本的密码安全知识，如加密、解密、密码破解等概念。
-学生能够描述加密技术的基本原理，了解不同类型的加密算法及其特点。
-学生能够解释解密过程，并了解解密技术在信息安全中的应用。
1.教学方法：
-采用案例分析法，通过引入真实的密码安全问题案例，激发学生的学习兴趣，帮助他们理解密码安全的重要性。
-实施任务驱动法，设计由浅入深的编程任务，引导学生逐步掌握密码算法的编写和破解技巧。
-运用合作探究法，鼓励学生以小组形式共同探讨密码安全问题，提高他们的合作能力和交流能力。
2.教学策略：
-学生能够了解密码破解的常见方法，认识到密码强度对安全性的影响。

加密和解密（1）：常用数据加密和解密方法汇总

加密和解密（1）：常⽤数据加密和解密⽅法汇总数据加密技术是⽹络中最基本的安全技术，主要是通过对⽹络中传输的信息进⾏数据加密来保障其安全性，这是⼀种主动安全防御策略，⽤很⼩的代价即可为信息提供相当⼤的安全保护。

⼀、加密的基本概念"加密"，是⼀种限制对⽹络上传输数据的访问权的技术。

原始数据（也称为明⽂，plaintext)被加密设备(硬件或软件)和密钥加密⽽产⽣的经过编码的数据称为密⽂（ciphertext）。

将密⽂还原为原始明⽂的过程称为解密，它是加密的反向处理，但解密者必须利⽤相同类型的加密设备和密钥对密⽂进⾏解密。

加密的基本功能包括:1. 防⽌不速之客查看机密的数据⽂件；2. 防⽌机密数据被泄露或篡改；3. 防⽌特权⽤户(如系统管理员)查看私⼈数据⽂件；4. 使⼊侵者不能轻易地查找⼀个系统的⽂件。

数据加密是确保计算机⽹络安全的⼀种重要机制，虽然由于成本、技术和管理上的复杂性等原因，⽬前尚未在⽹络中普及，但数据加密的确是实现分布式系统和⽹络环境下数据安全的重要⼿段之⼀。

数据加密可在⽹络OSI七层协议(OSI是Open System Interconnect的缩写，意为开放式系统互联。

国际标准组织（国际标准化组织）制定了OSI模型。

这个模型把⽹络通信的⼯作分为7层，分别是物理层、数据链路层、⽹络层、传输层、会话层、表⽰层和应⽤层。

)的多层上实现、所以从加密技术应⽤的逻辑位置看，有三种⽅式:①链路加密：通常把⽹络层以下的加密叫链路加密，主要⽤于保护通信节点间传输的数据，加解密由置于线路上的密码设备实现。

根据传递的数据的同步⽅式⼜可分为同步通信加密和异步通信加密两种，同步通信加密⼜包含字节同步通信加密和位同步通信加密。

②节点加密：是对链路加密的改进。

在协议传输层上进⾏加密，主要是对源节点和⽬标节点之间传输数据进⾏加密保护，与链路加密类似.只是加密算法要结合在依附于节点的加密模件中，克服了链路加密在节点处易遭⾮法存取的缺点。

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密码学
5

密码算法分类-iii
•
其中对称密钥密码又可分为：
分组密码
特点：每次对一块数据加密 应用：多数网络加密应用 举例：DES,IDEA,RC6,Rijndael
流密码—序列密码
特点：每次对一位或一字节加密 应用：手机 One-time padding,Vigenére,Vernam
密码学
链路层：链路隧道协议、加密技术
网络层：包过滤、IPSEC协议、VPN
传输层/会话层
：SSL 协议
应用层：SHTTP、PGP、S/MIME等
密码学
44
安全协议层
密码学
45
链路加密和端到端加密
密码学
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算法实现的设计原则

软件实现的要求：使用子块和简单的运算。密码
运算在子块上进行，要求子块的长度能自然地适 应软件编程，如8、16、32比特等
网络层： 路由、转发，拥塞控制
数据链路层： 成帧，差错控制、流量控 制，物理寻址，媒体访问 物理层： 控制 缆线，信号的编码，网络 接插件的电、机械接口
分组 帧
PDU: Protocol Data Unit
密码学
协议数据单元
40
数据的封装
Sender Virtual data flow Receiver
OSI mnemonics All People Seem To Need Data Processing Please Do Not Throw Sausage Pizza Away
41
Actual data flow
密码学
加密的位置
密码学
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各种加密位置包含的内容
密码学
43
网络各层的相关密码协议
密码学
20
CBC

每一个密文分组Y， 在用密钥K加密之前， 都要先跟下一个明文 分组相异或
密码学
21
使用图
密码学
22
CBC的特点




相同的明文在相同的密钥和IV作用下，产生相同的密文。 如果改变IV，或密钥，或第一个明文块，将会产生比不 同的密文 链式机制会使得密文cj与明文xj以及前面所有的明文块 都有关系。这种关联表现在前面密文块的值上。因此， 密文块的重新排列会影响解密。一个密文块的正确破译 需要用到先前的密文块 一个密文块中的一个比特位的错误会影响到它本身和随 后的一个密文块的破译。这是因为第j个明文与第j和j-1 个密文相关。对手可以通过改变cj 来改变明文xj+1。 错误恢复。CBC模式是自同步，或称自动密钥加密的。 因此，如果在第j个密文块出现了错误，包括一个或多个 块的丢失，但第j+1,j+2个块是正确的话，第j+2个明文 块可以被恢复

相同的明文块在相同的密钥作用下产生相同的密 文(明文相同性)
明文块被相互独立的加密，密文块的重新排序会 引起相应明文的重新排序(前后关联性) 一个密文块中一位或几位比特位出现错误，它只 影响这个块本身的解密 (错误增殖)


密码学
19
ECB的特点-2

独立地进行加解密，因而对整个明文序列的加解 密可以以随机的顺序进行 这对于加解密以随机顺序存储的文件，如数据库， 是非常重要的 但是因为相同的明文分组永远被加密成相同的密 文分组，因此在理论上制作一个包含明文和其相 对应的密文的密码本是可能的，如果密码分析者 掌握着大量的明密文对，他就可以在不知道密钥 的情况下解密出部分明文消息，从而为进一步解 密提供线索。

电子密码本模式（ECB） 密码反馈模式（CFB） 密码分组链接模式（CBC）
输出反馈模式（OFB）
密码学
16
ECB

一个明文分组加密成 一个密文分组，每个 明文分组都可被独立 地进行加解密，因而 对整个明文序列的加 解密可以以随机的顺 序进行
密码学
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使用图
密码学
18
ECB的特点-1
受限制的(restricted)算法：算法的保密性 基于保持算法的秘密。 基于密钥(key-based)的算法：算法的保密 性基于对密钥的保密。

密码学
4
密码算法分类-ii

基于密钥的算法，按照密钥的特点分类： 对称密码算法(symmetric cipher)：又称传统密码算法 (conventional cipher)，就是加密密钥和解密密钥相同，或 实质上等同，即从一个易于推出另一个。又称秘密密钥算法 或单密钥算法。 非对称密钥算法(asymmetric cipher)：加密密钥和解密密 钥不相同，从一个很难推出另一个。又称公开密钥算法 (public-key cipher)。公开密钥算法用一个密钥进行加密, 而 用另一个进行解密。其中的加密密钥可以公开,又称公开密 钥(public key)，简称公钥。解密密钥必须保密,又称私人密 钥(private key)。简称私钥
A P A S P A T S P A N T S P A D N T S P A D
Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Network Network Data link Data link Physical Physical
另一种是开辟新的方法，即象DES那样加
解密速度快，又具有抗差分攻击和其他方
式攻击的能力

新理论、新技术：量子密码、生物密码
密码学
9
对称密码算法简介
可变密钥长度: RC5 混合运算IDEA 数据相关的圈数RC5 密钥相关的圈数CAST-128 密钥相关的S盒: Blowfish 冗长密钥调度算法： Blowfish 可变的F：CAST-128 发展趋势： 可变长明文/密文块长度、可变圈数、每圈 操作作用于全部数据
密码学理论与技术
范明钰
课堂作业
1. 2.
基本概念部分没有理解的问题
古典密码部分没有理解的问题
3.
4.
现代密码部分没有理解的问题
课程到此所遇到的其他有关密码学的不理 解的问题
密码学
2
主要内容

算法分类
密码算法面临的问题和发展趋势
算法的使用
操作模式
密码学
3
密码算法分类-i
按照保密的内容分：
密码学
13
Rijndael安全性
没有发现弱密钥或补密钥
能有效抵抗目前已知的攻击算法
线性攻击
差分攻击
密码学
14
密码算法的使用
标准工作模式 如何用到实际工程之中构建安全的信息
传递通道
密码学
15
密码工作模式的目的
解决密钥的产生和使用问题 安全性依赖于基本密码，而不依赖模式。工作模 式不会损害算法的安全性 1980 年 12 月，FIPS81 标准化了为 DES 开发 的四种工作模式，这些工作模式可用于任何分组 密码：
6
密码算法分类-iv
按照对明文的处理方式：
分组密码(block cipher)：将明文分成固定 长度的组，用同一密钥和算法对每一块加 密，输出也是固定长度的密文。 流密码(stream cipher)：又称序列密码。序 列密码每次加密一位或一字节的明文，也 可以称为流密码。

序列密码是手工和机械密码时代的主流
密码学
32


计数模式
密码学
33
使用图
密码学
34
计数模式
可以将分组密码转换为序列密码 可以并行实现 可以进行预处理 适用于高速网络 可以随机访问加密的数据分组 与CBC模式一样安全 可以处理任意长度的消息 误差传递：一个单元损坏只影响对应单元 对于每次加密，需要使用不同的密钥的计数器值 对明文的主动攻击是可能的：信息块可被替换、重放
37
密码算法的使用
四个基本任务
（1）算法—密码算法设计、评估、实现 （2）生成使用该算法的秘密信息—密钥生成 （3）研制秘密信息的分布与共享的方法—密
钥管理
（4）设定通信者之间使用的协议，利用算法
和秘密信息取得安全服务—安全协议。
密码学
38
算法的实现
加密的位置 算法实现

应尽量避免按比特置换，在子块上所进行的密码 运算尽量采用易于软件实现的运算。最好是用标 准处理器所具有的一些基本指令，如加法、乘法、 移位等
密码学
47
软件保护
主要要求是防拷贝、反跟踪。
防拷贝：软件加密防伪，采用软件运行过
密码学
23
CFB

加(解)密过程山一个 初始向量Y0 = IV开 始，通过加密前一密 文分组来产生当前分 组的密钥流元素
密码学
24
使用图
密码学
25
CFB的特点
有错误扩散
需要共同的初始值IV
问：扩散影响多少
可用于分
密码学
27
使用图
密码学
28
OFB的特点
密码学
36
对分组加密和操作模式的评估




分块大小。分块大小影响安全和复杂度。(越大，安全 性越好，但执行时开销也越大)。它也会影响性能，比 如要求填充 加密映射的复杂度。算法的复杂度会影响执行时的开销， 包括硬件的和软件的(如门的数量和码或数据的长度)， 和实时性能(吞吐量)。有些算法的复杂度特别依赖于硬 件或是软件 数据的扩展。对明文加密不增加数据的长度通常是所希 望的，有时还是必需的。多名码置换和随机加密会引起 数据膨胀 错误增殖。有错误比特的解密可能会对恢复明文产生不 同的影响，包括将错误传递到后面将要解密的明文块。 不同应用中可接受的错误不同。上面提到的分块大小很 明显的会影响到错误增殖 密码学