现代密码学概述

现代密码学

学生姓名 苏伟

学 号0906140103

专业班级 信息安全

指导教师段桂华

学 院信息科学与工程学院

完成时间2016年4月 实验报告

实验一 密码算法实验

[实验目的]

1.掌握密码学中经典的对称密码算法AES、RC4的算法原理。

2.掌握AES、RC4的算法流程和实现方法。

[实验预备]

1.AES算法的基本原理和特点。

2.流密码RC4的密钥流生成以及S盒初始化过程。

[实验内容]

1. 分析AES、RC4的实现过程。

2. 用程序设计语言将算法过程编程实现。

3. 完成字符串数据的加密运算和解密运算

输入十六进制明文：11223344556677889900AABBCCDDEEFF

输入十六进制密钥：13579BDF02468ACE1234567890ABCDEF

[实验步骤]

1. 预习AES、RC4算法。

1、AES

高级加密标准（英语：Advanced Encryption Standard，缩写：AES），在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年，高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。

2、RC4

RC4加密算法是大名鼎鼎的RSA三人组中的头号人物Ronald Rivest在1987年设计的密钥长度可变的流加密算法簇。之所以称其为簇，是由于其核心部分的S-box长度可为任意，但一般为256字节。该算法的速度可以达到DES加密的10倍左右，且具有很高级别的非线性。RC4起初是用于保护商业机密的。但是在1994年9月，它的算法被发布在互联网上，也就不再有什么商业机密了。RC4也被叫做ARC4（Alleged RC4——所谓的RC4），因为RSA从来就没有正式发布过这个算法。

理论广角　Ｉ　ｃｈＩｒⅪｓｃＩｅｎｏ§ａｎｄ　ＴｅＣｈｎｏ￣ｙ　Ｒ（ＳＶｔ￣　现代密码学基础　姜欢　（哈尔滨医科大学附属肿瘤医院　黑龙江　哈尔滨　ｌ　５００８１）　［摘要］加密学是研究信息系统安全保密的学科。它有两个分支，密码学和密码分析学，采用密码方法可以加密被保护的信息。加密　前的信息称为明文，加密后的信息称为密文。这种加密过程称为加密，而将密文还原成明文的过程称为解密。加密过程中参数称为加密密钥，解　密过程中的参数称为解密密钥。从密码体制方面来说，现代密码体制分为对称密钥密码技术和非对称密钥密码技术。对称密码技术要求加解密　双方拥有相同的密钥，而非对称密钥密码技术中有两个不同的密钥，这两个密钥在计算上是不能互相推算出来的。　［关键词］密码　密钥　加密　解密；　中图分类号：Ｇ３　文章标识码：Ａ　文章编号：１　００９—９１　４ｘ（２００９）９（ａ）一０２６６—０１　一、对称密钥密码技术　对称密钥密码技术有时又叫传统密码技术，就是加密密钥能够　从解密密钥中推算出来，反过来也成立。在大多数对称算法中，加密　解密密钥是相同的。这些算法也叫秘密密钥算法或单密钥算法，它要　求发送者和接收者在安全通信之前，商定一个密钥。对称算法的安全　性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都能对消息进行加密解密　只要通信需要保密，密钥就必须保密。　对称算法的加密和解密表示为：Ｅｋ（Ｍ）＝Ｃ　Ｄｋ（Ｃ）＝Ｍ　这种算法具有如下的特性：Ｄｋ（Ｅｋ（Ｍ））＝Ｍ　常用的采用对称密钥密码技术的加密方案有５个组成部分（如图１　所示）：（１）明文原始信息；（２）加密算法以密钥为参数，对明文进行多　种置换和转换的规则和步骤，变换结果为密文；（３）密钥加密与解密算　法的参数，直接影响对明文进行变换的结果：（４）密文对明文进行变换的　结果：（５）解密算法加密算法的逆变换，以密文为输入、密钥为参数，　变换结果为明文。　密钥　密钥　塞　——　ｉ］　宣塞ＪＩ——　］　堕丝塑　图１对称密钥算法的加解密过程　对称密码术的优点在于效率高（加／解密速度能达到数十兆／秒或　更多），算法简单，系统开销小，适合加密大量数据。　尽管对称密码术有一些很好的特性，但它也存在着明显的缺陷，　包括：（１）并行安全通信前需要以安全方式进行密钥交换这一步骤，在　某种情况下是可行的，但在某些情况下会非常困难，甚至无法实现；　（２）规模复杂举例来说，Ａ与Ｂ两人之间的密钥必须不同于Ａ和Ｃ两人　之间的密钥，否则给Ｂ的消息的安全性就会受到威胁　通常，ｎ个用户　的团体需要ｎ　／２个不同的密钥。　二、非对称密钥密码技术　非对称密钥密码技术也被称作公钥密码技术，其思想是由Ｗ。　Ｄｉｆｆｉｅ和Ｈｅ１ｌｍａｎ在１９７６年提出的。不同于以往的加密技术，非对　称密钥密码技术是建立在数学函数基础上的，而不是建立在位方式的　操作上的。更重要的是，与只使用单一密钥的传统加密技术相比，它　在加／解密时，分别使用了两个不同的密钥：一个可对外界公开，称　为“公钥”；一个只有所有者知道，称为“私钥”。公钥和私钥之间具　有紧密联系，用公钥加密的信息只能用相应的私钥解密，反之亦然。同　时，要想由一个密钥推知另一个密钥，在计算上是不可能的…　。　典型的非对称加密方案如图２所示：　在这种情况下：ＥＫ１（Ｍ）＝Ｃ　ＤＫ２（ｃ）＝Ｍ　ＤＫ２（ＥＫ１（Ｍ））＝Ｍ　所以规定公开的密钥用于加密数据，而私钥用于数字签名。在采　用公钥体制的情况下Ａ向Ｂ传输数据的过程：　加密密钥　解田密钥　塞　．厂—■面ｉ］　查塞　．厂—　蟊ｉ］　堕塑　塞　图２非对称密钥算法的加解密过程　（１）Ａ查找Ｂ的公钥因为公钥的公开不会影响到通信的保密性，Ｂ　可以将自己的公钥公布在公共数据库，由其它人取用，或以普通电子　邮件等方式通过非安全信道发送给Ａ；（２）Ａ采用公钥加密算法以Ｂ的公　钥作为加密密钥对原始信息进行加密；（３）Ａ通过非安全信道将密文发送　给Ｂ；（４）Ｂ收到密文后，使用自己持有的私钥对其解密，还原出明文。　从以上的介绍中可以看出，与对称密钥密码技术相比较，利用非　对称密码密钥技术进行安全通信，有以下优点：　（１）通信双方事先不需要通过保密信道交换密钥；。　（２）密钥持有量大大减少在ｎ个用户的团体中进行通信，每一用　户只需要持有自己的私钥，而公钥可放置在公共数据库上，供其它　用户取用。这样，整个团体仅需拥有ｎ对密钥，就可以满足相互之　间进行安全通信的需求；（３）非对称密钥密码技术还提供了对称密钥　密码技术无法或很难提供的服务：如与哈希函数联合运用可组成数字　签名，可证明的安全伪随机数发生器的构造，零知识证明等。　使用非对称密钥密码技术的主要缺点是：加／解密速度慢、耗　用资源大。一般来说，实用的加／解密方案都综合运用了对称密钥　密码技术和非对称密钥密码技术。　参考文献：　［１］卢开澄《计算机密码学一计算机网络中的数据保密安全》第　２版．清华大学出版社．１９９８．Ｐ７３－７５．　［２］Ｎａｓｈ　Ａ，Ｄｕａｎｅ　Ｗ　Ｂｒｉｎｋ　Ｄ　ａｎｄ　Ｊｏｓｅｐｈ　Ｃ．ＰＫＩ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ＭａｎａｇｉｎｇＥ—Ｓ　ｅ　ｃｕｒｉｔ　Ｙ．Ｐｕｂ１ｉ　Ｓｈｉｎｇ　ＨｏＵ　Ｓｅ．Ｔ　ＳｉｎｇＨｕａ　ＵｎｉｖｅｒｓｔＹ．２００２．Ｐ３５—４２．　而不注重权术。仁君的军队“百将一心，三军同力，臣之于君也，　道之本，使臣民通晓礼法，并从内心自愿地遵从礼法，社会才能　下之于上也，若子之事父，弟之事兄”（《苟子・议兵》）只有这样的军　达到和谐。强调礼的同时，苟子也吸收了法家的思想，注重社会强制　队才能所向披靡。同时，苟子认为“兼并易能也，唯坚凝之难焉。”（《苟　力对社会的控制。但是社会的外在控制只是针对那些不遵循礼的人而　子・议兵》）兼并了一个国家就一定要使它巩固，否则早晚会被人夺走。　实施的，以达到惩戒的作用，从而巩固社会的良好秩序。“法”来源于　ｌ　此对待那些他国的百姓，应以“礼”相待，以德服民，使百姓真心　“礼”，更加不可超越“礼”的标准。由此可以看出，苟子的社会控制　归顺，这样才能不削弱自己的实力，反而增强国力。　思想与法家截然不同，他的社会控制思想是在继承儒家思想的基础上，　三、社会控制思想的特点　选择地吸收了法家思想，从而大大丰富了传统的儒家思想。　（一）苟子的社会控制思想反映了他的阶级立场，代表了新兴　苟子的社会控制思想具有重要价值　它不仅是我们了解战国时期　地主阶级的利益。在苟子生活的时期，封建制度虽然已经确立下来，　社会思想的有力依据，同时也具有重要的现实意义。当前我国正处于　但是阶级斗争仍然十分激烈，因此在进行社会控制方面，苟子主张按　和谐社会的建设时期，将以法治国和以德治国相结合，大力开展公民　照“礼”将社会进行分层，这样做的目的就在于限制人们的欲望，使　道德教育，是建设和谐社会的重要手段之一。学习和研究苟子的社会　所有人都能安于自己的社会地位，这样就可以减少社会纷争，使社会　控制思想，对和谐社会的建设具有重要的借鉴意义。　安定、富足，从而维护既有的封建统治。因此，可以说荀子的社会控　参考文献：　制思想是他阶级利益的体现，“他的理想社会并不是乌托邦式的社会，　［１］［２］［３］邬恩波吴文亮《苟子全译》［Ｍ］湖南：三环出版社．　而是在封建经济基础之上的、大一统的封建社会，是战国时期新型地　ｌ９９１．Ｐ３５９．Ｐ２３０．Ｐ２６８．　主阶级孜孜以求的社会。”　［４］［５］王处辉《中国社会思想史》［Ｍ］北京：中国人民大学出版　（二）儒学法家化的社会控制思想。苟子的社会控制思想继承　社．２００２．Ｐ１８５．Ｐ１６６．　了儒家重礼义的思想，同时吸收了法家以法治国的思想。“荀子的社会　作者简介：　思想的核心是强调礼乐教化的价值。”５“礼”贯穿了苟子的整个社会　高丽娜，女，（１　９　８　５．７一），天津人，硕士研究生，研究　控制思想的始终。无论是内部控制还是外部控制，都不可僭越礼法。要　方向：社会学理论与研究方法。　使社会秩序安定和谐，首先要按照“礼”对社会各个阶级进行社会分　郭雅娟，女，（１　９　８　５．７一），北京人，硕士研究生，研究方　层，使每一个阶级的臣民都通晓礼法，不僭越社会规范　“隆礼”是君　向：人口社会学。　

密码学的发展简史

中国科学院研究生院信息安全国家重点实验室 聂旭云 学号：200418017029064

密码学是一门年轻又古老的学科，它有着悠久而奇妙的历史。它用于保护军事和外交通信可追溯到几千年前。这几千年来，密码学一直在不断地向前发展。而随着当今信息时代的高速发展，密码学的作用也越来越显得重要。它已不仅仅局限于使用在军事、政治和外交方面，而更多的是与人们的生活息息相关：如人们在进行网上购物，与他人交流，使用信用卡进行匿名投票等等，都需要密码学的知识来保护人们的个人信息和隐私。现在我们就来简单的回顾一下密码学的历史。

密码学的发展历史大致可划分为三个阶段：

第一个阶段为从古代到1949年。这一时期可看作是科学密码学的前夜时期，这段时间的密码技术可以说是一种艺术，而不是一门科学。密码学专家常常是凭直觉和信念来进行密码设计和分析，而不是推理证明。这一个阶段使用的一些密码体制为古典密码体制，大多数都比较简单而且容易破译，但这些密码的设计原理和分析方法对于理解、设计和分析现代密码是有帮助的。这一阶段密码主要应用于军事、政治和外交。

最早的古典密码体制主要有单表代换密码体制和多表代换密码体制。这是古典密码中的两种重要体制，曾被广泛地使用过。单表代换的破译十分简单，因为在单表代换下，除了字母名称改变以外，字母的频度、重复字母模式、字母结合方式等统计特性均未发生改变，依靠这些不变的统计特性就能破译单表代换。相对单表代换来说，多表代换密码的破译要难得多。多表代换大约是在1467年左右由佛罗伦萨的建筑师Alberti发明的。多表代换密码又分为非周期多表代换密码和周期多表代换密码。非周期多表代换密码，对每个明文字母都采用不同的代换表（或密钥），称作一次一密密码，这是一种在理论上唯一不可破的密码。这种密码可以完全隐蔽明文的特点，但由于需要的密钥量和明文消息长度相同而难于广泛使用。为了减少密钥量，在实际应用当中多采用周期多表代换密码。在16世纪，有各种各样的多表自动密钥密码被使用，最瞩目的当属法国人B.de

密码学专业主干课程

摘要：

一、引言

二、密码学概述

1.密码学定义

2.密码学发展历程

三、密码学专业主干课程

1.密码学基础课程

2.密码学进阶课程

3.密码学应用课程

四、课程举例与介绍

1.密码学基础课程举例与介绍

2.密码学进阶课程举例与介绍

3.密码学应用课程举例与介绍

五、结论

正文：

【引言】

密码学是一门研究信息加密与解密、保证信息安全的学科，随着信息化时代的到来，密码学在信息安全、电子商务等领域具有重要的应用价值。密码学专业因此应运而生，培养具备密码学理论基础和实践能力的高级人才。本文将介绍密码学专业的主干课程，以帮助大家了解该专业的学习内容。 【密码学概述】

密码学是研究加密与解密方法、破译与防护手段的一门学科。其发展历程可追溯到古代的密码传递，如古希腊的斯巴达加密法。随着科技的发展，现代密码学涉及到数字、编码、序列、图像等多个领域。

【密码学专业主干课程】

密码学专业主干课程可以分为三类：密码学基础课程、密码学进阶课程和密码学应用课程。

【密码学基础课程】

密码学基础课程主要包括：

1.数学基础：高等数学、线性代数、概率论与数理统计等。

2.计算机科学基础：计算机原理、数据结构、算法分析等。

3.密码学基础：密码学原理、对称加密、非对称加密、哈希函数等。

【密码学进阶课程】

密码学进阶课程主要包括：

1.密码学分支：分组密码、序列密码、公钥密码、量子密码等。

2.安全协议：身份认证、加密协议、签名协议等。

3.密码学理论：信息论、复杂度理论、密码学数学基础等。

【密码学应用课程】

密码学应用课程主要包括：

1.网络安全：网络攻防、入侵检测、安全体系结构等。

2.应用密码学：数字签名、电子商务、移动通信安全等。