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密码学概论精选 课件

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第1单元密码学概论精品PPT课件

第1单元密码学概论精品PPT课件

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密文
1.1.4 基本概念
➢ 1. 加密与解密算法 ➢ 一个敏感的数据转换为不能理解的乱码的过程，
称为加密；将加密后的数据恢复为原文，称之为 解密。
➢ “算法”这个词用来描述一个方法或一个循序渐 进的过程。它是指一系列有特定顺序的指令或者 要以特定顺序做的事情。一个算法要遵循一个固 定的指令系列，或者包含一系列问题，并根据这 些问题的答案来描述要遵循的相应步骤。
给定一个置换 ：
f 12243143
1 234 E NG I N EER I NG
换位密码（续）
现在根据给定的置 换，按第2列，第4列， 第1列，第3列的次序排 列，就得得到密文：
NIEGERNEN IG
在这个加密方案中，密 钥就是矩阵的行数m和 列数n，即m*n＝3*4， 以及给定的置换矩阵。 也就是：
专有名词、特殊用语等的代码来发送消息，一般只能用于传送一 组预先约定的消息。
2．替换加密 将明文字母表M中的每个字母替换成密文字母表C中的字母。
这一类密码包括移位密码、替换密码、仿射密码、乘数密码、多 项式代替密码、密钥短语密码等。这种方法可以用来传送任何信 息，但安全性不及代码加密。因为每一种语言都有其特定的统计 规律，如英文字母中各字母出现的频度相对基本固定，根据这些 规律可以很容易地对替换加密进行破解。典型的有凯撒密码。
古典密码体制-----代替密码
代替密码：明文中每一个字符被替换成密文中的另外一个字符。 四类典型的代替密码：简单代替密码、多名码代替密码、多字母代
替密码、多表代替密码换位密码。
密文： 算法： 明文：

课件03信息安全技术第三讲_密码学概论

课件03信息安全技术第三讲_密码学概论
课件03信息安全技术第 三讲_密码学概论
2020/12/9
课件03信息安全技术第三讲_密码学 概论
•第3讲 密码学概论
• §3.1 密码学的基本概念 • §3.2 代替密码 • §3.3 换位密码 • §3.4 一次一密方案 • §3.5 密码分析
课件03信息安全技术第三讲_密码学 概论
•§3.1 密码学的基本概念
•其中：a表示明文字母；k为密钥。
2020/12/9
课件03信息安全技术第三讲_密码学 概论
•§3.2 代替密码
•设k＝3，则有 • 明文：a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z • 密文：d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c •对于明文P＝computer systems • 有密文C＝frpsxwhu vbvwhpv • 显然，由密文C恢复明文非常容易，只要知道密钥K，就可 •构造一张映射表。其加密和解密均可根据此映射表进行。 • 凯撤密码的优点是密钥简单易记。但它的密文与明文的对应 关系过于简单，故安全性很差。
•§3.1 密码学的基本概念
• 密码体制在原理上分两类：单钥体制和双钥（公钥）体制。
• 单钥密码体制中，收发双方使用同一密钥，系统的保密性
•主要取决于密钥的安全性。系统的密钥管理、传输和分配是一
•个重要且十分复杂的问题。单钥密码算法按照对明文的处理方
•式分为：分组密码算法和序列密码算法。体制的缺点：密钥数
• 一组后面跟着另一组的形式排好，形式如下：
•
c1 c2 c3 c4 c5
•
c6 c7 c8 c9 c10
密码算法（Algorithm）也叫密码（Cipher），是用于

《密码学基本概念》PPT课件

《密码学基本概念》PPT课件

19
精选PPT
六、密码学的理论基础
⑴ 商农信息论
①从信息在信道传输中可能受到攻击，引入密码理论；
②提出以扩散和混淆两种基本方法设计密码；
③阐明了密码系统，完善保密，理论保密和实际保密 等概念。
⑵ 计算复杂性理论
①密码的安全性以计算复杂度来度量；
②现代密码往往建立在一个数学难题之上，而难是计 算复杂度的概念；
③商用密码： 用于保护国家和事企业单位的非机密的敏感信息。
④个人密码： 用于保护个人的隐私信息。
前三种密码均由国家密码管理局统一管理！
3
精选PPT
二、密码的基本思想
伪装信息，使未授权者不能理解它的真实含义。
所谓伪装就是对信息进行一组可逆的数学变换。 伪装前的原始信息称为明文, 伪装后的信息称 为密文，伪装的过程称为加密。去掉伪装还原 明文的过程成为解密。加密在加密密钥的控制 下进行。解密在解密密钥的控制下进行。用于 加密的一组数学变换称为加密算法。用于解密 的一组数学变换称为解密算法。
②研究密码破译的科学称为密码分析学 (Cryptanalysis)，
③而密码编制学和密码分析学共同组成 密码学(Cryptology)。
14
精选PPT
密码分析
①如果能够根据密文系统地确定出明文或密钥， 或者能够根据明文-密文对系统地确定出密钥，
则我们说这个密码是可破译的。
②一个密码，如果无论密码分析者截获了多少 密文和用什么方法进行攻击都不能被攻破，则 称为是绝对不可破译的。
12
精选PPT
• DNA密码
• DNA密码基于生物学中的某种困难问题。
• 由于DNA密码的安全不依赖于计算困难问 题，所以不管未来的电子计算机、量子计 算机和DNA计算机具有多么强大的计算能 力，DNA密码对于它们的计算攻击都是免 疫的 。

密码学概论PPT课件

密码学概论PPT课件
8 10/3/2020
密码学的发展历史(3)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
二战中美国陆军和海军使用的条形密 码设备M-138-T4。根据1914年Parker Hitt的提议而设计。25个可选取的纸条 按照预先编排的顺序编号和使用，主 要用于低级的军事通信。
10/3/2020
Kryha密码机大约在1926年由
密码分析在外交、军事、公安、商业等方面都 具有重要作用，也是研究历史、考古、古语言 学和古乐理论的重要手段之一。
26 10/3/2020
密码分析
密码设计和密码分析是共生的、又是互逆的，两 者密切有关但追求的目标相反。两者解决问题的 途径有很大差别
密码设计是利用数学来构造密码 密码分析除了依靠数学、工程背景、语言学等知识外， 还要靠经验、统计、测试、眼力、直觉判断能力……，有 时还靠点运气。
Alexander vo Kryha发明。这是
一个多表加密设备，密钥长度为
442，周期固定。一个由数量不
等的齿的轮子引导密文轮不规则
运动。
9
密码学的发展历史(4)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
转轮密码机ENIGMA，由Arthur Scherbius于1919年发明，面板 前有灯泡和插接板；4轮 ENIGMA在1942年装备德国海军， 英国从1942年2月到12月都没能 解读德国潜艇的信号。
❖ 密码由军事走向生活
电子邮件 自动提款机 电话卡
4 10/3/2020
美国电报电话公司的弗纳姆发明了弗纳姆密码
11010 + 11101
00111
00111 + 11101
11010
5 10/3/2020

《密码学概论》课件

《密码学概论》课件
未来展望
随着技术的不断进步，密码学将面临新的 挑战和机遇，如量子计算对现有加密算法 的威胁和新型加密算法的研发。
02
密码学基本原理
对称密码学
定义
对称密码学也称为传统密码学 ，它使用相同的密钥进行加密
和解密。
常见的对称加密算法
如AES（高级加密标准）、DES （数据加密标准）、IDEA（国 际数据加密算法）等。
为了应对这一挑战，需要发展基于量 子力学原理的新型加密算法，这些算 法在量子计算环境下是安全的。
密码学在物联网中的应用挑战
物联网设备的计算能力和存储 空间有限，这给密码算法的实
施带来了挑战。
物联网设备的多样性和异构 性也给密码学应用带来了挑 战，因为需要确保各种设备
之间的安全通信。
针对物联网设备的特性，需要 发展轻量级的密码算法和协议 ，以确保其安全性和效率。
AES算法
01
总结词：高级加密标准
02
详细描述：AES是一种对称加密 算法，使用128位、192位或256 位密钥对128位明文块进行加密 ，产生128位密文块。它是美国 政府采用的一种加密标准，被广 泛应用于各种安全协议和应用程
序中。
03
总结词：安全性
04
详细描述：AES具有高度的安 全性，被认为是目前最安全 的对称加密算法之一。它采 用了复杂的数学工具和算法 ，使得破解密文的难度非常
密码学在大数据安全中的应用挑战
01
大数据的特点是数据量大、处理速度快，这给数据的安全存储 和传输带来了挑战。
02
大数据的分布式处理和云计算环境也给数据的安全性带来了挑
战，需要确保数据的隐私和完整性。
针对大数据的特点，需要发展高效的密码算法和安全数据处理

《密码学概论》课件

《密码学概论》课件
加密过程：DES使用56位密钥对64位明文进行加密，生成64位密文
安全性：DES的密钥空间为2^56，理论上可以抵抗暴力破解 应用：DES广泛应用于金融、政府、军事等领域，是国际上公认的 安全标准之一
国际数据加密算法（IDEA）
概述：一种对称密码 体制，用于加密和解 密数据
特点：速度快，安全 性高，易于实现
商务中。
公钥基础设施（PKI）
公钥基础设施 （PKI）是一种基 于公钥密码体制的 密钥管理和分发系 统。
PKI的主要功能包 括密钥生成、分发、 存储、撤销和更新。
PKI的核心组件包 括证书颁发机构 （CA）、注册机 构（RA）和证书 存储库（CS）。
PKI的应用场景包 括电子邮件加密、 网络支付、电子政 务等。
非对称密码体制：加密和解密使用不 同的密钥
密钥管理：管理密钥的生成、分发、 存储和使用
哈希函数：单向函数，用于生成固定长 度的输出
密码分析：分析密码的强度和破解方 法
密码分析攻击
密码分析攻击的定义：对加密信息进行解密的过程
密码分析攻击的分类：包括频率分析、字母频率分析、凯撒密码分 析等
密码分析攻击的方法：包括暴力破解、字典攻击、彩虹表攻击等
物联网安全：密 码学在物联网安 全中的重要性
密码学技术：密 码学在物联网中 的应用技术
挑战与机遇：密 码学在物联网发 展中面临的挑战 和机遇
未来趋势：密码 学在物联网中的 应用和发展趋势
区块链技术与密码学的融合发展
密码学：研究加密、解密、 密钥管理等技术的学科
融合发展：区块链技术需要 密码学的支持，密码学在区
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
密码学的目的是保护信息的机密 性、完整性和可用性。

武汉大学《密码学》课件第二讲 密码学的基本概论

⑶ 迭代与乘积
z 迭代：设计一个轮函数，然后迭代。 z 乘积：将几种密码联合应用。
28
三、古典密码
虽然用近代密码学的观点来看，许多古 典密码是很不安全的。但是我们不能忘记古 典密码在历史上发挥的巨大作用。
另外，编制古典密码的基本方法对于编制 近代密码仍然有效。 z 古典密码编码方法：
置换，代替，加法
③商用密码：
用于保护国家和事企业单位的非机密的敏感信息。
④个人密码：
用于保护个人的隐私信息。 前三种密码均由国家密码管理局统一管理！
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一、我国的密码政策
我国商用密码政策：
①统一领导：
国家密码管理局统一领导。
②集中管理：
国家密码管理局办公室集中管理。
③定点研制：
只允许定点单位进行研制。
④专控经营：
经许可的单位才能经营。
显然，理论上，对于任何可实用密码只要有足够 的资源，都可以用穷举攻击将其改破。
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二、密码学的基本概念
5、密码分析 z穷举攻击 实例
1997年美国一个密码分析小组宣布：1万多人参 加，通过INTERNET网络，利用数万台微机，历 时4个多月，通过穷举攻破了DES的一个密文。
美国现在已有DES穷举机，多CPU并行处理，24 小时穷举出一个密钥。
性传输密钥，利用模2加进行加密，而且按一次一密方式 工作
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二、密码学的基本概念
3、密码体制的分类
z 从是否基于数学划分 ⑵基于非数学的密码 ②DNA密码
基于生物学中的困难问题 由于不基于计算，所以无论计算机的计算能力多么强大，
与DNA密码都是无关的 尚不成熟
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二、密码学的基本概念
E0
E1

密码学概论

密碼學概論
電機四 b90901041 吳秉寰
OUTLINE
何謂密碼學，為何需要它 密碼學基礎定義理論 對稱及非對稱式密碼系統的簡介與分析 常見的密碼系統 網路安全實例 (SSL加密) 結論

何謂密碼學 ?

密碼學(Cryptography)
!~$@#%???

破密學(Cryptanalysis)
B E C F D G E H F I G J H K I L J M K N L O M P N Q O R P S Q T R U S V T U V Y W X Z A Y B Z C
A D
W X
bohn is strong → erkq lv vwurqj Using Key : (π=3.1415 ) 314153141531.. bohn is strong → eplo nv txstqh
優缺點比較 (非對稱)


優點 資訊機密性高 (加密機制較嚴密) 鑰匙方便管理 (一公一私) 不可否認性 (數位簽署認證) 缺點 運算複雜耗時長，速度慢
網路安全應用實例 : SSL

SSL(Secure Socket Layer)是Netscape所提出來 的資料保密協定，採用了RC4、MD5，以及RSA 等加密演算法。如果您想登入的網站具有SSL功 能，而且您是使用較新版的瀏覽器，那麼您與網 站之間所傳的資料都可以使用SSL協定來保密， 除非能破解傳輸密碼，否則其他任何人都無法得 到這些機密資料。

對稱式密碼系統

加密以及解密鑰匙可以互相推得(若加密鑰匙 不幸外漏，則解密鑰匙等於一併外漏) ，故 鑰匙分配需透過安全管道，又稱秘密金鑰。
對稱加密常見方法(傳統式)

第1章01--密码学概述PPT课件

密码分析学研究的主要内容
（1） 密码算法的安全性分析和破译的理论、方 法、技术和实践
（2）密码协议的安全性分析的理论与方法 （3）安全保密系统的安全性分析和攻击的理论
、方法、技术和实践
2021/7/23
8
现代密码学
1 课程相关介绍－－密码学是干什么的？
密码学是干什么的? 密码学要解决的基本问题:
(1) 信息的保密传输和存储问题; (2) 信息的认证问题.
2021/7/23
6
现代密码学
1 课程相关介绍—密码学研究的内容
编码学研究的主要内容： 序列密码算法的编码技术 分组密码算法的编码技术 公钥密码体制的编码技术
加密算法、 数字签名方案、 密钥分配方案 认证方案 单向函数等
传统且主流的研 究方向
2021/7/23
7
现代密码学
1 课程相关介绍—密码学研究的内容
2021/7/23
10
现代密码学
2 密码学发展
▪ 1949年之前
密码学是一门艺术
▪ 1949～1975年
密码学成为科学
密码学已经成为结合
物理、量子力学、电 子学、语言学等多个 专业的综合科学，出 现了如“量子密码”、 “混沌密码”等先进 理论，在信息安全中 起着十分重要的角色。
▪ 1976年以后
密码学的新方向——公钥密码学
▪ 角色：通信双方(发送方和接收方)、第三方
（可信、不可信第三方）、敌手也叫攻击者
2021/7/23
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现代密码学
3 密码学的基本概念－－信息传输过程中的攻击例子
窃听：对传输的信息的攻击
A：信源 发送方
2021/7/23
C：敌手 攻击者
20

第一章密码学概述ppt课件

推导出：
P1，P2，……，Pi，K或者找出一个算法从Ci＋1 ＝EK (Pi＋1 )推出Pi＋1
编辑版pppt
14
（2）已知明文攻击（Know-plaintext attack）
已知： P1 ， C1＝EK ( P1 ) ， P2 ， C2＝EK ( P2 ) ，……， Pi ， Ci＝EK ( Pi ) ， 推导出：
（1）完全攻破。敌手找到了相应的密钥，从 而可以恢复任意的密文。
（2）部分攻破。敌手没有找到相应的密钥， 但对于给定的密文，敌手能够获得明文的特定 信息。
（3）密文识别。如对于两个给定的不同明文 及其中一个明文的密文，敌手能够识别出该密 文对应于哪个明文，或者能够识别出给定明文 的密文和随机字符串。
密码学概述
编辑版pppt
1
本章主要内容
1、密码学的基本概念 2、密码体制 3、密码分析 4、密码体制的安全性
编辑版pppt
2
密码学的发展历程
著名的密码学者Ron Rivest解释道：“密码学 是关于如何在敌人存在的环境中通讯”
四个发展阶段
古典密码（古代——1949年） 早期对称密码学（1949年——1976年） 现代密码学（1976年——1984年） 可证明安全（1984年——现在）
主动攻击(active attack)。
密码分析：密码分析(cryptanalysis)是被动攻击。在 信息的传输和处理过程中，除了意定的接收者外，还 有非授权接收者，他们通过各种办法（如搭线窃听、 电磁窃听、声音窃听等）来窃取信息。他们虽然不知 道系统所用的密钥，但通过分析，可能从截获的密文 中推断出原来的明文，这一过程称为密码分析 。
编辑版pppt
18
评价密码体制安全性有不同的途径，包括：
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数学分析法

2018/11/28
2.2.3 密码分析的攻击类型

惟密文攻击(Cipher text-only attack)


在惟密文攻击中，密码分析者知道密码算法，但仅 能根据截获的密文进行分析，以得出明文或密钥。 由于密码分析者所能利用的数据资源仅为密文，这 是对密码分析者最不利的情况。

密码学中亘古不变的真理

2018/11/28
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2.2.3 密码分析的攻击方法

穷举攻击法（强力攻击）


对截获到的密文尝试遍历所有可能的密钥，直到获得了 一种从密文到明文的可理解的转换； 使用不变的密钥对所有可能的明文加密，直到得到与截 获到的密文一致为止。

统计分析法

指密码分析者根据明文、密文和密钥的统计规律来破译 密码的方法。 指密码分析者针对加解密算法的数学基础和某些密码学 特性，通过数学求解的方法来破译密码。
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密码算法的保密性


2018/11/28
2.2.3 密码分析

密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学


密码编码学:研究如何对消息进行变换，防止明文 被窃取，进而被解读和利用。 密码分析学:研究在不知道密钥的情况下，如何尽 快恢复出明文或密钥。密码分析也可以发现密码体 制的弱点。 只有密码分析家才能评判密码体制的安全性！
2.2.2 密码系统模型

加密算法通常采用的两个基本方法


替换法(Substitution)：将明文消息的每个字母（单 词）替换为其它字母（单词）。 变换法(Transposition)：将明文消息的字母重新排 列组合而得到密文。 必须是基于保持密钥的秘密，而不是基于加解密算 法的秘密。（现代密码vs古典密码）。 若是基于加解密算法的秘密，则成为受限制的算法 ，如换位密码。
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2018/11/28
2.1.1 密码学与数学的联系

近代数学对现代密码学的影响




近代数学在现代密码研究中的应用比比皆是 ，如群论 在分组密码中的应用，利用置换概念实现轮函数的扩散 性等。（对称密码体制） 有限域上椭圆曲线理论，多项式理论和陷门单向函数等 使密码学与数学的关系越来越紧密。 （非对称密码体 制） 在生成密钥序列的对象中，布尔函数的一些特殊结构起 到了很大的作用。 就数理逻辑来说，BAN逻辑已延伸到网络协议的逻辑认 证等方面，如网络安全协议以及电子交易的防抵赖协议 的形式化分析。
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网络计算时代


2018/11/28
2.2 密码学的基本概念

2.2.1 基本术语 2.2.2 密码系统模型 2.2.3 密码分析攻击 2.2.5 密码系统的安全性
2018/11/28
返回本章目录
8
2.2.1 基本术语

明文与明文空间

需要加密的信息称为明文。明文的取值范围称为明文空 间。 明文经过隐藏（加密）形成密文。密文的取值范围称为 密文空间。 在明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的 参数。密钥的取值范围称为密钥空间。
返回本章目录
3
2.1.1 密码学与数学的联系

基础数论在密码学中的作用



基础数论作为一门古老的数学学科，在整个数学学科中 占有非常重要的地位。古典密码机制，如加法、乘法密 码，实质上就用到了数论中同余的概念。 数论理论在近代密码学的研究中发挥了前所未有的生命 力。最典型的是影响广泛的RSA公钥密码体制，它的基 础是数论的欧拉定理，其安全性依赖于大数的因素分解 的困难性。 数论中的许多基本内容，如同余理论、中国剩余定理、 高次剩余理论等，在新型密码体制、密钥分配与管理、 数字签名、身份认证等方面有直接的应用。
密码算法、明文空间、密文空间以及密钥空间。

密码系统

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2.2.2 密码系统模型

加密：C=E(K1,M) 解密：M=D(K2,C) 密码等式：M=D(K2, E(K1,M)) 加密密钥K1和解密密钥K2是否相同是密码算法的分 类依据之一。
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2018/11/28

密文与密文空间


密钥与密钥空间


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2.2.1 基本术语

加密和解密（算法）


为了隐藏明文，对明文实施的一系列变换过程，称为加 密（算法），所使用的密钥称为加密密钥。 反之，为还原明文对密文施加的一系列逆变换，称为解 密（算法），所使用的密称钥为解密密钥。

密码算法

加密算法和解密算法统称为密码算法。
信息安全概论
电子科技大学出版社 2007年8月
2018/11/28
1
第2章 密码学概述

2.1 密码学简介 2.2 密码学基本概念 2.3 古典密码
2.4 基础数论
2018/11/28
2
2.1 密码学概述

2.1.1 密码学与数学的联系 2.1.2 密码学的发展历史
2018/11/28
Hale Waihona Puke 已知明文攻击 (Known-plain text attack)


已知明文攻击是指密码分析者除了有截获的密文外 ，还有一些已知的“明文—密文对”来破译密码。 密码分析者的任务目标是推出用来加密的密钥或某 种算法，这种算法可以对用该密钥加密的任何新的 消息进行解密。
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2018/11/28
2.1.2 密码学的发展历史

朴素密码时代

密码学的渊源可追溯到古代社会中的行帮暗语、黑帮 行话和隐写术等。 随着战争的出现，通信的保密性成为必然的需求。 古典密码采用手工或机械变换的方式实现。 古典密码体制可分为单表替代密码和多表替代密码。 单表替代密码： Caesar密码（据传为凯撒使用）。 多表替代密码： Engima密码（二战时德国使用）。

古典密码时代

2018/11/28
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2.1.2 密码学的发展历史

电子计算时代



1949年Shannon发表《保密系统的通信理论》，为密 码学奠定了理论基础。 1976年Diffe和Hellman发表了《密码学的新方向》， 提出了一种崭新的密码设计思想——公钥加密体制。 1977年美国国家标准局正式公布了《数据加密标准 (DES)》。 随着网络技术的迅速发展和高性能计算机的问世，密 码学重新引起了人们的极大关注。 1997年美国开始征集新一代数据加密标准AES。