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现代密码的主要分类密码是信息安全领域中最基本的保护手段之一。
在现代密码学中，密码被分为多个分类，每种分类都具有不同的特点和应用场景。
下面将介绍现代密码的主要分类。
1. 对称密码对称密码也被称为私钥密码，是最常见的密码类型之一。
在对称密码中，加密和解密使用相同的密钥。
这意味着发送方和接收方需要共享同一个密钥，才能进行加密和解密操作。
对称密码的优势在于加密解密速度快，但其密钥管理与分发会带来一定的安全风险。
常见的对称密码算法有DES、AES和3DES等。
2. 公钥密码公钥密码也被称为非对称密码，是另一种常见的密码类型。
在公钥密码系统中，加密和解密使用不同的密钥。
发送方使用接收方的公钥进行加密，而接收方使用自己的私钥进行解密。
公钥密码的优势在于密钥管理方便，不需要事先共享密钥。
常见的公钥密码算法有RSA、ElGamal和ECC等。
3. 哈希算法哈希算法是一种将任意长度的数据转换为固定长度摘要的密码技术。
它常被用于验证数据的完整性和一致性。
哈希算法的特点是不可逆，即无法通过摘要反推原始数据。
常见的哈希算法有MD5、SHA-1和SHA-256等。
4. 消息认证码（MAC）消息认证码是一种基于密钥的密码操作，用于验证消息的完整性和来源。
它通过对消息进行加密和生成消息验证码来实现身份验证和防篡改功能。
常见的消息认证码算法有HMAC和CMAC等。
5. 数字签名数字签名是一种通过非对称密码算法，为文档或数据附加一个唯一的标记来验证发送方身份和消息完整性的技术。
数字签名可以防止篡改和抵赖，并且不需要发送方和接收方共享密钥。
常见的数字签名算法有RSA和DSA等。
6. 流加密和分组加密流加密和分组加密是对称密码算法的两种不同方式。
在流加密中，数据按位或按字节加密。
流加密的特点在于加密和解密速度快，适用于实时数据传输。
而分组加密将数据分成固定长度的块进行加密处理。
常见的分组加密算法有DES和AES 等。
7. 转身密码置换密码是一种基于置换的加密技术，通过改变数据中的位置或次序来加密数据。
现代密码的主要分类
现代密码学作为信息安全的核心学科，主要关注信息传输和存储的安全保护。
其分类方式多种多样，以下是几种常见的分类方式：
1.对称密码与非对称密码：这是根据加密过程中是否使用相同的密钥进行加密和解密来划分的。
对称密码也称为传统密码，其加密和解密使用相同的密钥，如AES（高级加密标准）和DES（数据加密标准）。
非对称密码使用两个密钥：公钥用于加密，私钥用于解密，最著名的例子是RSA算法。
2.基于数学结构的分类：根据密码算法所依赖的数学结构，现代密码可以分为基于数学的密码和基于物理的密码。
基于数学的密码依赖于数学工具进行加密和破解，而基于物理的密码则利用物理系统的不稳定性或量子效应进行加密和破解。
3.基于应用场景的分类：根据应用场景的不同，现代密码可以分为通用密码、专用密码和匿名密码。
通用密码适用于所有类型的通信，如电子邮件和互联网浏览；专用密码专为特定应用设计，如电子银行和电子政务；匿名密码主要用于保护用户的匿名性，如在在线投票和数字货币交易中。
4.基于密钥的分类：根据密钥是否需要保密，现代密码可以分为公钥密码和私钥密码。
公钥密码使用两个密钥：一
个用于加密，另一个用于解密，这两个密钥都可以公开。
私钥密码只使用一个密钥进行加密和解密，该密钥需要保密。
以上分类方式有助于理解现代密码的基本概念和工作原理，但随着技术的进步，新的密码技术和应用场景不断涌现，现代密码的分类也在不断演变。
现代密码学概述现代密码学是研究保护信息安全的科学，它使用密码算法来加密和解密数据，以防止未经授权的访问和篡改。
密码学在现代社会中扮演着至关重要的角色，它保证了电子通信、互联网交易和数据存储的安全性。
一、密码学的基本概念和原理1.1 加密和解密在密码学中，加密是将明文转换为密文的过程，而解密则是将密文还原为明文的过程。
加密和解密的过程需要使用特定的密钥和密码算法。
1.2 对称密码和非对称密码对称密码算法使用相同的密钥进行加密和解密，加密和解密的速度较快，但密钥的分发和管理比较困难。
非对称密码算法使用一对密钥，分别用于加密和解密，密钥的管理更为灵活，但加密和解密的速度较慢。
1.3 数字签名和数字证书数字签名是在数字信息中添加的一种类似于手写签名的标识，用于验证数据的完整性和真实性。
数字证书则是由可信的第三方机构颁发的用于验证签名者身份的证书。
二、现代密码学的应用领域2.1 网络安全现代密码学在网络安全中扮演着重要的角色。
它通过对通信数据进行加密，保护用户的隐私和数据的安全，防止信息被窃听、篡改和伪造。
2.2 数据存储密码学被广泛应用于数据存储领域，如数据库加密、文件加密和磁盘加密等。
通过对数据进行加密，即使数据泄露也不会造成重大的损失。
2.3 电子支付现代密码学在电子支付领域也有广泛的应用。
它通过使用数字签名和加密技术，确保支付过程的安全性和可信度，防止支付信息被篡改和伪造。
三、常见的密码学算法3.1 对称密码算法常见的对称密码算法有DES（Data Encryption Standard）、AES （Advanced Encryption Standard）和RC4等。
这些算法在加密和解密的速度上都较快，但密钥的管理较为困难。
3.2 非对称密码算法常见的非对称密码算法有RSA、DSA和ECC等。
这些算法在密钥的管理上更为灵活，但加密和解密的速度较慢。
3.3 哈希函数算法哈希函数算法用于将任意长度的数据转换为固定长度的摘要值。
现代密码学总结现代密码学总结第⼀讲绪论1、密码学是保障信息安全的核⼼2、安全服务包括：机密性、完整性、认证性、不可否认性、可⽤性3、⼀个密码体制或密码系统是指由明⽂（m或p）、密⽂（c）、密钥（k）、加密算法（E）和解密算法（D）组成的五元组。
4、现代密码学分类：（1）对称密码体制：（⼜称为秘密密钥密码体制，单钥密码体制或传统密码体制）密钥完全保密；加解密密钥相同；典型算法：DES、3DES、AES、IDEA、RC4、A5 （2）⾮对称密码体制：（⼜称为双钥密码体制或公开密钥密码体制）典型算法：RSA、ECC第⼆讲古典密码学1、代换密码：古典密码中⽤到的最基本的处理技巧。
将明⽂中的⼀个字母由其它字母、数字或符号替代的⼀种⽅法。
（1）凯撒密码：c = E(p) = (p + k) mod (26)p = D(c) = (c –k) mod (26)（2）仿射密码：明⽂p ∈Z26，密⽂c ∈Z26 ，密钥k=(a,b)ap+b = c mod (26)（3）单表代换、多表代换Hill密码：（多表代换的⼀种）——明⽂p ∈(Z26)m，密⽂c ∈(Z26)m，密钥K ∈{定义在Z26上m*m的可逆矩阵}——加密 c = p * K mod 26解密p = c * K-1 mod 26Vigenere密码：查表解答（4）转轮密码机：2、置换密码：将明⽂字符按照某种规律重新排列⽽形成密⽂的过程列置换，周期置换3、密码分析：（1）统计分析法：移位密码、仿射密码和单表代换密码都没有破坏明⽂的频率统计规律，可以直接⽤统计分析法（2）重合指数法完全随机的⽂本CI=0.0385，⼀个有意义的英⽂⽂本CI=0.065实际使⽤CI 的估计值CI ’：L ：密⽂长。
fi ：密⽂符号i 发⽣的数⽬。
第三讲密码学基础第⼀部分密码学的信息论基础1、 Shannon 的保密通信系统模型（1）对称密码体制（2）（3）⼀个密码体制是⼀个六元组：（P , C, K 1, K 2, E, D )P--明⽂空间C--密⽂空间K 1 --加密密钥空间 K 2--解密密钥空间E --加密变换D --解密变换对任⼀k ∈K 1,都能找到k’∈K 2，使得D k’ (E k (m ))=m ，?m ∈M.2、熵和⽆条件保密（1）设随机变量X={xi | i=1,2,…,n}, xi 出现的概率为Pr(xi) ≧0, 且, 则X 的不确定性或熵定义为熵H(X)表⽰集X 中出现⼀个事件平均所需的信息量(观察前)；或集X 中每出现⼀个事件平均所给出的信息量(观测后).（2）设X={x i |i=1,2,…,n}, x i 出现的概率为p (x i ) ≥0，且∑i=1,…,n p (x i )=1;0 )(1log )()(≥=∑ii ai x p x p X HY={y i |i=1,2,…,m}, y i 出现的概率为p (y i ) ≥0，且∑i=1,…,m p (y i )=1; 则集X 相对于集Y 的条件熵定义为（3） X 视为⼀个系统的输⼊空间，Y 视为系统的输出空间，通常将条件熵H (X|Y)称作含糊度，X 和Y 之间的平均互信息定义为：I (X,Y)=H (X)-H (X|Y) 表⽰X 熵减少量。
课程名称：现代密码学课程编码：学分：2适用学科：理工科硕士研究生现代密码学Modern Cryptography教学大纲一、课程性质《现代密码学》是应用数学硕士研究生的一门专业方向选修课程。
随着计算机和通信网络的应用，信息的安全性受到人们的普遍重视，现代的信息安全除了涉及国家安全外，也涉及个人权益、企业生存和金融防范等。
密码学是信息安全的重要领域，它的理论和技术随着计算机技术的发展也得到了迅速发展和广泛应用。
本课程主要就是学习密码学的基本内容。
二、课程教学目的通过学习密码学理论，信息与计算科学和应用数学专业的学生应能正确理解其基本概念和理论，掌握常用的密码算法。
本课程将培养学生基础理论与应用结合的能力，并为后续课程的学习和本课程的进一步运用打下良好的基础。
三、教学基本内容与要求第一章引言1、了解密码学的发展概况2、熟练掌握密码学的基本概念第二章古典密码1、熟练掌握古典密码中的基本加密运算2、理解几种典型的古典密码体制3、了解古典密码的统计分析第三章香农理论1、熟练掌握密码体制的数学模型2、掌握熵及其性质3、了解伪密钥和唯一解距离4、了解密码体制的完善保密性5、理解乘积密码体制第四章分组密码1、熟练掌握分组密码的基本原理2、理解数据加密标准DES3、了解多重DES及DES的工作模式4、理解高级加密标准AES第五章公钥密码1、熟练掌握公钥密码的理论基础2、掌握RSA公钥密码3、掌握大素数的生成方法4、了解椭圆曲线上的Menezes- Vanstone公钥密码第六章序列密码与移位寄存器1、熟练掌握序列密码的基本原理2、理解移位寄存器与移位寄存器序列3、掌握移位寄存器的表示方法4、了解线性移位寄存器序列的周期性、序列空间和极小多项式5、知道m-序列的伪随机性几点说明本课程教学时数为48学时，根据不同章节难易程度安排上机练习。
课程内容要求的高低用不同词汇加以区分：对于概念、理论，从高到低以“理解”、“了解”、“知道”三级区分；对于运算、方法，以“熟练掌握”、“掌握”、“会”或“能”三级区分。
现代密码学课程设计一、课程概述现代密码学是一门关于信息安全的学科，主要研究保护信息在通信及存储中的安全性。
本课程设计旨在让学生从理论和实践两方面了解现代密码学的基础知识、常用算法以及应用实例，通过实现密码加解密算法、数字签名算法等，加深对现代密码学的理解，提高学生信息安全意识和实际编程能力。
二、教学目标•了解现代密码学的基本概念和密码学的发展历程；•掌握对称密钥算法和非对称密钥算法的基本原理；•掌握常用的密码学算法和协议，如AES、RSA、MD5、SHA等；•掌握常见的密码攻击方法的手段和防范措施；•能够结合实例了解密码学在信息安全领域的应用。
三、教学内容3.1 现代密码学基础•密码学的定义和发展历程•密码学的基本概念、分类和研究对象•密码学中的术语和符号3.2 对称加密算法•对称加密算法的基本原理•常用的对称加密算法：DES、3DES、AES等•实现对称加密算法的案例3.3 非对称加密算法•非对称加密算法的基本原理•常用的非对称加密算法：RSA、ECC等•实现非对称加密算法的案例3.4 哈希算法•哈希算法的基本原理•常用的哈希算法：MD5、SHA等•实现哈希算法的案例3.5 数字签名算法•数字签名算法的原理和应用•常用的数字签名算法：RSA、DSA等•实现数字签名算法的案例3.6 密码攻击与防范•常见的密码攻击方式：暴力破解、字典攻击、重放攻击等•密码攻击技术的分类和流程•密码攻击防范和对策3.7 现代密码学应用实例•SSL/TLS协议的原理和实现•HTTPS协议的原理和实现•VPN的实现和应用四、教学方法本课程设计采用授课、讲解、案例演示、群体讨论等多种教学方法相结合，以提高学生的学习兴趣和参与度。
同时，鼓励学生在本课程设计的实践环节中，利用程序实现加解密算法、数字签名等，同时进行实际的密码攻击和防范。
五、考核方式•课程论文：涵盖对现代密码学的基本概念及其在信息安全领域中的应用、常用算法的原理和具体实现以及密码攻击和防范等方面。
现代密码学笔记在如今这个数字化的时代，信息安全变得至关重要。
而现代密码学，就像是守护信息世界的神秘卫士，充满了令人着迷的魅力和挑战。
我还记得第一次接触现代密码学的那个下午。
阳光透过窗户洒在课桌上，我带着满心的好奇翻开了那本厚厚的教材。
原本以为会是一堆枯燥的理论和复杂的公式，没想到却走进了一个充满惊喜和神秘的世界。
老师在讲台上眉飞色舞地讲着对称加密算法，什么 DES 啦，AES 啦。
说实话，一开始我听得云里雾里的。
但当老师开始举例子的时候，一切都变得有趣起来。
他说：“想象一下，你有一个特别珍贵的秘密，比如你偷偷藏了一大包巧克力，不想被别人发现。
这时候，对称加密就像是给这个秘密加上了一把只有你自己有钥匙的锁。
你用一种特殊的方法把巧克力藏起来（加密），只有你拿着那把唯一的钥匙（密钥）才能找到并打开（解密）。
”听到这儿，我忍不住笑了，心里想着：这密码学还挺有意思的嘛！后来，我们学到了非对称加密算法，也就是公钥和私钥那一套。
老师又举了个好玩的例子：“假设你要给远方的朋友寄一封情书，但又怕被别人偷看。
这时候，你可以生成一对钥匙，一把是公钥，就像是一个公开的信箱，谁都能往里面放东西；另一把是私钥，只有你自己能打开这个信箱取出里面的东西。
你把公钥给你的朋友，让他用这个公钥把情书加密后寄给你，就算路上有人截获了这封加密的情书，没有你的私钥，也休想读懂里面的甜言蜜语。
”这让我不禁联想到，要是古代的那些才子佳人也懂这些加密技术，是不是就不会有那么多因为情书被截获而引发的悲剧啦？在学习哈希函数的时候，老师更是别出心裁。
他说：“哈希函数就像是一个神奇的魔法机器，你把任何东西扔进去，它都会给你吐出一个固定长度的、看起来毫无规律的结果。
而且，哪怕你输入的东西只改变了一点点，比如一个数字或者一个字母，吐出来的结果都会完全不同。
就好像你给这个魔法机器一个苹果，它给你变出一串数字；你再给它一个稍微有点瑕疵的苹果，它就变出完全不同的另一串数字。
现代密码学
学时：3 学分：3
课程属性：专业选修开课单位：理学院
先修课程：高等数学、概率论与数理统计、线性代数
后继课程：信息安全技术
一、课程的性质
本课程是信息与计算科学专业选修课。
二、教学目的
学习和了解密码学的一些基本概念,理解和掌握一些常用密码算法的加密和解密原理,认证理论的概念以及几种常见数字签名算法和安全性分析。
三、教学内容
本课程涉及分组加密、流加密、公钥加密、数字签名、哈希函数、密钥建立与管理、身份识别、认证理论与技术、PKI技术等内容。
四、学时分配
章课程内容学时
1 密码学概论 2
2 古典密码体制 2
3 现代分组密码10
4 流密码 4
5 公开密钥密码体制12
6 密钥管理 2
7 Hash函数 4
8 数字签名 6
9 身份识别 2
10 认证理论与技术 2
11 PKI技术 2
12 密码应用软件 2
13 密码学新进展 2
五、教学方式
本课程是信息与计算科学专业选修课程，理论性较强。
在教学方法上，采用课堂讲授，课后自学，课堂讨论、课下练习编程、课下操作实验等教学形式。
(一)课堂讲授
本课程属理论课程，涉及到较多的数学知识，在讲述的过程中教师应尽量联系生活实际，加深学生对密码算法的认识。
在教学中要求同学重点掌握密码学的基本概念、算法的编程和密码技术的应用，要着重培养学生编写算法的能力，在课程内容方面既要保持理论的系统性，又要注意联系实际应用，并且重视技术科学的一般方法学的培养。
（二）课后自学
为了培养学生整理归纳，综合分析和处理问题的能力，每章都安排一部分内容，课上教师只给出自学提纲，不作详细讲解，课后学生自学（数学部分、加密方法的C与C++实现部分）。
（三）课堂讨论
课堂讨论的目的是活跃学习气氛，开拓思路。
教师应认真组织，安排重点发言，充分调动每一名同学的学习积极性，做好总结。
（四）习题课
习题课以典型例题分析为主，并适当安排开阔思路及综合性的练习及讨论。
共2学时（已包括在前述学时分配中）。
（五）课外作业
课外作业的内容选择基于对基本理论的理解和巩固，培养密码算法的验证和简单的加、解计算能力。
利用所学的密码知识，分析实际问题的解决能力，习题以计算性小题为主，平均每学时１-２道题。
六、考核方式
（一）平时测验
为及时了解教学情况，教师可适当安排期中测验，要求使用1或2个学时，让学生理解如何学习密码学理论部分。
（二）考试
考试可采用闭卷与开卷相结合的形式，以闭卷为主。
闭卷部分的试题包括基本概念，基本理论，分析实际安全问题，题型可采用填空，计算，简答等方式。
开卷部分的考试采用对学生平时编写算法的测试。
总评成绩：学生上课出勤，平时作业，编写算法代码共占30%；期末闭卷考试占70%。
七、教材及教学参考书
[1]张福泰. 密码学教程. 武汉: 武汉大学出版社，2006年9月.
[2]宋震. 密码学. 北京：中国水利水电出版社，2002年7月.
[3]Michael Welschenbach编著，赵振江，连国卿等译. 编码密码学—加密方法的C与C++实现.北京：电子工业出版社，2003年6月.
[4] 钟诚，赵跃华，杨铭熙，叶震，陆向艳，宋建华. 信息安全概论. 武汉: 武汉理工大学出版社，2003年6月.
[5] 冯登国，裴定一. 密码学导引. 北京：科学出版社， 1999年.
[6] 卢开澄. 计算机密码学（第2版）. 北京：清华大学出版社，1998年7月。
八、教学基本内容及要求
第1章密码学概论
要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1.信息安全的基本概念，2. 密码学的基本概念，3.与密码学有关的难解数学问题。
要求一般理解与掌握的内容有：信息安全的基本内容、密码体制分类、密码学的发展历史。
重点：密码体制的分类。
难点：密码体制的攻击类型理解。
第2章古典密码体制
本章主要了解1949年之前的古典密码体制，掌握不同类型的加密方式，并了解和认识无条件安全及古典密码的破译。
本章知识点：代换密码（分类和举例）、置换密码（列置换密码、周期置换密码）、古典密码的破译、无条件安全的一次一密体制。
要求学生能够使用C、C++编写Caesar 密码算法，练习最基本或最简单的加密模式。
为进一步
加强对加密算法的理解，课堂上演示实现的Caesar密码。
第3章现代分组密码
要求掌握分组密码概述，主要使用的结构及模式，详细学习DES、IDEA、RC5、AES算法的流程，特别是如何实现这些算法，并了解每个算法的安全性及其效率。
本章知识点：分组密码概述、Feistel结构、分组密码的使用模式、数据加密标准DES、数据加密算法IDEA、RC5、高级加密标准AES算法。
学习中，为加强学生的编程能力，课堂上先熟悉Visual C++6.0下编写算法的模式（头文件和实现文件的编写模式），并在该界面下演示所有的分组密码算法（如何加密和解密），同时对部分程序算法代码讲解（如何存储数据）。
难点：分组密码的使用模式理解和分组密码实现。
第4章流密码(4学时)
本章要求了解什么是流密码，与分组密码的异同，当前流密码的用途。
掌握密钥流生成器的结构，基于LFSR的流密码模型，同时了解相关LFSR的数学基础。
本章知识点：流密码概述、二元加法流密码（密钥流的性质、密钥流生成器的结构、基于LFSR 的流密码模型）、流密码算法介绍（A5算法、LFSR算法）。
难点：流密码的数学基础（部分数学基础超出学习范围）。
第5章公开密钥密码体制
在数论、近世代数知识的基础上，学习公开密钥密码算法。
要求在区分公开密码密码和分组密码的前提下，掌握不同的公开密钥密码体制（基于大整数、基于离散对数、基于椭圆曲线），并能够编写大整数的基本运算（加法、减法、乘法、除法及求模运算）。
本章知识点：公钥密码体制概述、基于大整数难分解的公钥密码体制（以RSA为代表）、基于离散对数的公钥密码体制（Diffie-Hellman密钥交换协议、ElGamal体制）、基于椭圆曲线的公钥密码体制（数学背景和密码系统）
说明：课堂上演示RSA系统，并对部分代码进行讲解。
难点：编写算法中，大整数的存储问题。
第6章密钥管理
在学习了密码的安全性主要是基于密钥的安全性的基础上，要求理解和掌握密钥的组织结构和种类，密钥是怎样生成的（分析RSA和DES中用的密钥），了解密钥的分配和协商。
本章知识点：密钥的组织结构和种类、密钥生成、密钥分配和密钥协商、秘密共享和密钥托管。
重点：秘密共享方案。
第7章 Hash函数
要求理解和掌握单向函数的基本概念，散列函数的设计与构造，学习MD5、SHA-1算法，并能够编写其中一个算法代码。
本章知识点：单向散列函数概念、MD5算法、安全散列算法SHA-1、消息鉴别码。
说明：区分MD5与SHA-1的异同，课堂演示算法的实现过程。
难点：如何实现算法。
第8章数字签名
要求理解和掌握常规的手写签名与数字签名的不同，了解数字签名在不同资料上的定义，详细学习RSA 数字签名体制、ElGamal数字签名体制、数字签名标准DSS，分析每个算法的安全性。
要求学生在此基础上，能够讨论或独立构造基于不同难题的数字签名。
本章知识点：数字签名的基本概念、RSA 数字签名体制、ElGamal数字签名体制、数字签名标准DSS及其他各类数字签名模式。
说明：课堂演示数字签名软件，增加学生的认识和了解。
第9章身份识别
本章主要要求学生掌握身份识别概念，理解强、弱的身份识别，了解身份识别协议及其安全性问题。
本章知识点：身份识别的概念、弱身份识别、强身份识别、身份识别协议及其安全问题。
重点：身份识别概念，各类身份识别。
难点：身份识别协议理解。
第10章认证理论与技术
本章主要学习认证理论与技术，掌握认证模型和认证协议，了解Kerberos系统和X.509认证服务。
本章知识点：单向认证、双向认证、认证协议、Kerberos系统、X.509认证服务。
重点：认证模型和认证协议。
难点：Kerberos系统与X.509认证服务的理解。
第11章 PKI技术
本章主要掌握PKI技术，认识PKI的功能和要求，了解相关协议和产品。
重点：PKI的组成和功能。
难点：PKI相关协议。
第12章密码应用软件
本章主要学习和认识PGP，掌握IP安全性，了解电子商务安全技术。
本章知识点：安全邮件标准、邮件加密软件、IP安全性和电子商务技术。
重点：各种软件的使用。
第13章密码学新进展
本章主要了解密码学的新进展。
本章知识点：量子密码学、环签名与指定验证人签名、基于身份的公钥体制与无证书公钥体制和DNA密码简介。
重点：新进展的理解。
