安徽工程大学 信息安全原理及应用 第3讲 密码学的复杂性理论基础

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。
密码分析方法—分析法
确定性分析法
利用一个或几个已知量(比如，已知密文或明文-密文对)用数学关系式表 示出所求未知量(如密钥等)。已知量和未知量的关系视加密和解密算法而定 ，寻求这种关系是确定性分析法的关键步骤。
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密码学的发展历史(1)

自人类社会出现战争便产生了密码
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm 的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公 元前17世纪。表面有明显字间空格的 字母，至今还没有破解。
Julius
Caesar发明了凯撒密码
密码学的发展历史(2)

1834年，伦敦大学的实验物理学教授惠斯顿发明了电机，这
什么是密码学

密码学是关于加密和解密变换的一门科学，是保护数据和信 息的有力武器。

密码是什么? 密码就是变换。（信息代码变换、数据电平变
换）

变换是什么？变换是一种算法实现过程。 谁来做变换？变换可以由硬件和软件实现。（人、器件部件、 计算机）
2.2 基本概念
什么是密码学

密码学是研究密码系统或通信安全的一门学科，分为密码编

1976年，美国密码学家W.Diffie和M.Hellman在一篇题为
《密码学的新方向》一文中提出了一个崭新的思想，不仅加
密算法本身可以公开，甚至加密用的密钥也可以公开。

1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES 2001年11月26日，正式颁布AES为美国国家标准。

网络信息安全中的密码学原理与应用密码学是研究如何保护信息安全的学科，在网络信息安全领域起着至关重要的作用。

本文将深入探讨网络信息安全中的密码学原理与应用，旨在帮助读者全面了解密码学对网络安全的重要性及其具体运用。

一、密码学基础概述密码学是一门古老而且复杂的学科，它的核心目标是保护信息的机密性、完整性和可用性。

密码学的基础可以追溯到古代时期，但随着现代计算机技术的发展，密码学的应用范围也逐渐扩大，成为网络安全的重要组成部分。

密码学的基本原理包括对称密码和非对称密码。

对称密码使用相同的密钥加密和解密信息，常见的对称密码算法有DES、3DES和AES 等；而非对称密码则使用公钥和私钥进行加密和解密，公钥用于加密，私钥用于解密，著名的非对称密码算法有RSA。

二、密码学在网络通信中的应用1. 数据加密保密性网络通信中，特别是在互联网上，数据传输的安全性是至关重要的。

通过使用密码学原理中的对称和非对称密码算法，可以对敏感数据进行加密，保护其机密性。

加密后的数据只能通过正确的密钥进行解密，对于未授权的用户来说，这些数据将是完全无法理解和读取的。

2. 身份认证与数字签名密码学可用于实现身份认证和数字签名机制。

通过非对称密码算法，可以为用户生成一对公钥和私钥，公钥可以在网络上公开，用于加密数据，而私钥则只有用户本人拥有。

当其他用户收到通过公钥加密的数据时，可以通过使用私钥解密数据来验证发送者的真实身份。

数字签名则可以用于验证电子文档的真实性和完整性，一旦文档被篡改，数字签名将会失效。

三、密码学在网络应用中的具体案例1. 虚拟私人网络（VPN）虚拟私人网络是一种通过公共网络建立加密通信的技术，可以保证数据在传输过程中的机密性和完整性。

密码学在VPN中发挥着重要作用，通过使用对称密码算法对数据进行加密，确保只有合法用户才能解密和读取数据。

2. 安全电子邮件通信在电子邮件通信中，保护电子邮件的机密性和完整性是非常重要的。

信息安全教学的密码学基础知识信息安全教学是当今社会中的一项重要任务，而密码学作为信息安全的核心技术之一，具备着保护数据和信息的重要功能。

本文将介绍信息安全教学中的密码学基础知识，包括密码学的定义、加密算法的分类、常见加密技术以及密码学在实际应用中的作用等。

一、密码学概述密码学是研究和应用密码算法的科学，它主要涉及保护信息的机密性、完整性和可用性。

在信息安全教学中，密码学被广泛应用于数据加密、身份验证、数字签名以及防止网络攻击等方面。

二、加密算法分类加密算法是密码学中的关键技术，主要分为对称加密算法和非对称加密算法两大类。

1. 对称加密算法对称加密算法也称为共享密钥加密算法，加密和解密过程使用相同的密钥。

常见的对称加密算法有DES、3DES、AES等。

这些算法具有加密速度快、计算量小的特点，常用于保护大量数据的机密性。

2. 非对称加密算法非对称加密算法也称为公钥加密算法，加密和解密过程使用不同的密钥。

常见的非对称加密算法有RSA、DSA等。

这些算法具有密钥管理方便、实现数字签名等特点，常用于保护通信过程中的机密性和身份认证。

三、常见加密技术在信息安全教学中，常见的加密技术包括数据加密、数字签名、数字证书等。

1. 数据加密数据加密是将明文数据转换为密文数据的过程，确保数据在传输过程中不被未授权的人访问。

通过使用对称或非对称加密算法，可以有效地保护数据的机密性。

2. 数字签名数字签名是确保数据完整性和身份认证的一种技术手段。

发送方使用自己的私钥对数据进行加密生成数字签名，接收方使用发送方的公钥对数字签名进行解密验证，如果验证通过，则可以确定数据的完整性和发送方的身份。

3. 数字证书数字证书是用于确认用户身份和保证数据传输安全的一种技术手段。

数字证书中包含了用户的身份信息、公钥以及证书颁发机构的数字签名等信息，通过验证数字证书的有效性，可以确保通信双方的身份和加密通信过程的安全性。

四、密码学的应用密码学在实际应用中扮演着重要的角色，它广泛应用于各个领域，如电子商务、互联网金融等。

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明文 vs.密文
• 明文(Plaint或密报(Cryptogram)：明文经密码变换而成 的一种隐蔽形式。 • 加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加密操作的人 员。
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加密 vs.解密
加密（Encryption）：将明文变换为密文的过程。把可懂的 语言变换成不可懂的语言，这里的语言指人类能懂的语言和 机器能懂的语言。
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对称密码算法 vs.非对称密码算法
•对称密码算法（Symmetric cipher）：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。又称传统密码算法 （Conventional cipher)、秘密密钥算法或单密钥算法。
– DES、3DES、IDEA、AES
•非对称密码算法（Asymmetric cipher） ：加密密钥和解密密钥 不同，从一个很难推出另一个。又叫公钥密码算法（Public-key cipher)。其中的加密密钥可以公开，称为公开密钥（public key)， 简称公钥；解密密钥必须保密，称为私人密钥（private key)，简 称私钥。
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现代密码学
Shannon
1949～1975年：
– 1949年，Shannon的论文“The Communication Theory of Secret Systems” 。
– 1967年，David Kahn的专著《The Code breakers》。
– 1971年～1973年，IBM Watson实验室的Horst Feistel等人发表的几篇技术报告。
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古典密码学分类
Substitution cipher
Stream cipher
代替密码