第3讲 对称密钥密码体制

对称密码体制和⾮对称密码体制⼀、对称加密 (Symmetric Key Encryption)对称加密是最快速、最简单的⼀种加密⽅式，加密（encryption）与解密（decryption）⽤的是同样的密钥（secret key）。

对称加密有很多种算法，由于它效率很⾼，所以被⼴泛使⽤在很多加密协议的核⼼当中。

⾃1977年美国颁布DES（Data Encryption Standard）密码算法作为美国数据加密标准以来，对称密码体制迅速发展，得到了世界各国的关注和普遍应⽤。

对称密码体制从⼯作⽅式上可以分为分组加密和序列密码两⼤类。

对称加密算法的优点：算法公开、计算量⼩、加密速度快、加密效率⾼。

对称加密算法的缺点：交易双⽅都使⽤同样钥匙，安全性得不到保证。

此外，每对⽤户每次使⽤对称加密算法时，都需要使⽤其他⼈不知道的惟⼀钥匙，这会使得发收信双⽅所拥有的钥匙数量呈⼏何级数增长，密钥管理成为⽤户的负担。

对称加密算法在分布式⽹络系统上使⽤较为困难，主要是因为密钥管理困难，使⽤成本较⾼。

⽽与公开密钥加密算法⽐起来，对称加密算法能够提供加密和认证却缺乏了签名功能，使得使⽤范围有所缩⼩。

对称加密通常使⽤的是相对较⼩的密钥，⼀般⼩于256 bit。

因为密钥越⼤，加密越强，但加密与解密的过程越慢。

如果你只⽤1 bit来做这个密钥，那⿊客们可以先试着⽤0来解密，不⾏的话就再⽤1解；但如果你的密钥有1 MB⼤，⿊客们可能永远也⽆法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。

密钥的⼤⼩既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是⼀个trade-off。

分组密码：也叫块加密(block cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个块。

是将明⽂按⼀定的位长分组，明⽂组经过加密运算得到密⽂组，密⽂组经过解密运算（加密运算的逆运算），还原成明⽂组，有 ECB、CBC、CFB、OFB 四种⼯作模式。

序列密码：也叫流加密(stream cyphers)，⼀次加密明⽂中的⼀个位。

对称密钥密码体制对称密钥密码体制是指加密和解密过程中使用相同的密钥。

这种体制也叫做单密钥密码体制，因为加密和解密使用的密钥相同，能在保持安全的前提下对数据进行快速处理。

对称密钥密码体制通常分为分组密码和流密码两种。

分组密码是将明文分成固定长度的块，再和密钥一起通过一系列算法进行加密。

这种方法处理速度非常快，因为加密和解密算法是对数据块进行分组处理的，同时相同密钥的使用也降低了密钥管理的复杂性。

然而，分组密码存在的一个问题是，对数据块的分组可能会导致重复的数据，这些数据可以被攻击者用来破解密钥。

流密码是将明文和密钥通过一个伪随机数生成器计算出一个流式密钥，然后将流式密钥和明文一起进行异或运算来加密数据。

这种方法加密和解密速度也非常快，而且每个数据块都有独立的流式密钥，增强了数据的安全性。

然而，流密码也存在一些问题，例如在密钥被泄露时，加密数据就变得不安全了。

对称密钥密码体制的优点包括：1. 处理速度快：加密和解密使用的密钥相同，从而能快速处理数据。

2. 加密方式简单：对称密钥密码体制通常采用分组密码或流密码，在数据加密和解密过程中使用块或流式加密，处理速度快，同时也方便计算机的硬件或软件实现。

3. 密钥管理相对简单：使用相同的密钥进行加密和解密，可以使加密和解密的过程更加简单，从而降低了密钥管理的复杂度。

4. 对称密钥密码体制广泛应用于大多数数据通信应用中，如数据存储、数据传输等。

对称密钥密码体制的缺点包括：1. 密钥管理不安全：对称密钥密码体制存在一个主要问题，即密钥的安全性。

如果密钥被泄露或者失窃，那么加密数据就暴露了，导致数据不安全。

2. 非法用户可以访问数据：一旦非法用户获取了密钥，他们便可以访问数据而不会受到限制，这可能会导致重大的安全问题。

3. 可能存在重放攻击：由于每个数据块都使用相同的密钥进行加密，数据可能被攻击者截获并用于重放攻击，从而使数据的安全性大大降低。

4. 算法的安全性不能得到保证：对称密钥密码体制的安全性取决于加密算法本身的安全性。

对称密钥体制算法一、引言对称密钥体制算法是现代密码学中最常用的一种加密算法，它采用同一把密钥用于加密和解密过程，具有加密速度快、计算复杂度低等优点。

本文将介绍对称密钥体制算法的基本原理、常见算法和应用场景。

二、基本原理对称密钥体制算法使用同一把密钥进行加密和解密，其基本原理是通过对明文进行一系列数学运算和变换，将其转化为密文，而解密过程则是对密文进行逆运算和变换，恢复为明文。

对称密钥体制算法的核心在于密钥的保密性，只有知道密钥的人才能进行有效的解密操作。

三、常见算法1. DES（Data Encryption Standard）：DES是一种对称密钥体制算法，它使用56位密钥进行加密和解密操作。

DES算法具有较高的加密强度和较快的加密速度，被广泛应用于计算机网络、电子商务等领域。

2. AES（Advanced Encryption Standard）：AES是目前最常用的对称密钥体制算法，它采用128位、192位或256位密钥进行加密和解密操作。

AES算法具有更高的安全性和更快的加密速度，被广泛应用于云计算、物联网等领域。

3. RC4（Rivest Cipher 4）：RC4是一种流密码算法，它使用变长密钥进行加密和解密操作。

RC4算法具有较高的加密速度和较简单的实现方式，被广泛应用于无线通信、嵌入式系统等领域。

四、应用场景对称密钥体制算法在信息安全领域有广泛的应用场景，以下为几个常见的应用场景：1. 数据加密传输：对称密钥体制算法可以用于对敏感数据进行加密传输，保护数据的机密性和完整性。

例如，通过对网络通信数据进行加密，可以有效防止黑客窃取数据。

2. 存储加密：对称密钥体制算法可以用于对存储在计算机硬盘、移动设备等媒体上的数据进行加密，保护数据的安全性。

例如，通过对个人电脑上的文件进行加密，可以防止他人未经授权的访问。

3. 身份认证：对称密钥体制算法可以用于身份认证过程中的数据加密。

例如，在网上银行登录过程中，采用对称密钥体制算法对用户输入的密码进行加密，保护用户密码的安全性。

对称密码体制与公钥密码体制是现代密码学中两种基本的密码体制，它们在保护信息安全，防止信息被未经授权者获取和篡改方面发挥着重要的作用。

下面将从定义、特点、优缺点、应用领域等方面来详细描述对称密码体制与公钥密码体制。

一、对称密码体制1. 定义：对称密码体制是指加密和解密使用同一个密钥的密码系统，也就是通信双方需要共享同一个密钥来进行加解密操作。

2. 特点：对称密码体制具有以下特点：1) 加密速度快：因为加密和解密使用同一个密钥，所以运算速度快。

2) 安全性依赖于密钥的安全性：只要密钥泄露，整个系统的安全就会受到威胁。

3) 密钥管理困难：通信双方需要事先共享密钥，密钥的分发和管理是一个很复杂的问题。

3. 优缺点：对称密码体制的优缺点如下：1) 优点：加密速度快，适合对大数据进行加密；算法简单，易于实现和设计。

2) 缺点：密钥管理困难，安全性依赖于密钥的安全性。

4. 应用领域：对称密码体制主要应用于一些对加密速度要求较高，密钥管理相对容易的场景中，比如网络通信、数据库加密等领域。

二、公钥密码体制1. 定义：公钥密码体制是指加密和解密使用不同密钥的密码系统，也就是通信双方分别有公钥和私钥，公钥用于加密，私钥用于解密。

2. 特点：公钥密码体制具有以下特点：1) 加密和解密使用不同的密钥，安全性更高。

2) 密钥管理相对容易：每个用户都拥有自己的一对密钥，不需要事先共享密钥。

3) 加密速度较慢：因为加密和解密使用不同的密钥，计算复杂度较高。

3. 优缺点：公钥密码体制的优缺点如下：1) 优点：安全性更高，密钥管理相对容易。

2) 缺点：加密速度较慢，算法复杂，设计和实现难度大。

4. 应用领域：公钥密码体制主要应用于对安全性要求较高，加密速度要求相对较低的场景中，比如数字签名、安全传输等领域。

三、对称密码体制与公钥密码体制的比较根据对称密码体制与公钥密码体制的特点、优缺点和应用领域，下面对它们进行比较：1. 安全性：公钥密码体制的安全性更高，因为加密和解密使用不同的密钥，不容易受到攻击；而对称密码体制的安全性依赖于密钥的安全性，一旦密钥泄露，整个系统的安全将受到威胁。

现代密码学中的名词解释密码学是研究如何保护信息安全的学科领域。

随着信息技术的快速发展，保护数据的安全成为了当代社会的重要需求之一。

为了加强密码学的理论和应用，现代密码学涌现了许多重要的概念和名词。

本文将重点解释现代密码学中的一些常见名词，以帮助读者更好地理解和运用密码学的基本原理。

一、对称密钥密码体制（Symmetric Key Cryptography）对称密钥密码体制是最早也是最简单的密码学方法之一。

其基本原理是发送方和接收方使用相同的密钥进行加密和解密操作。

这意味着密钥需要在通信双方之间事先共享，因此也被称为共享密钥密码体制。

对称密钥密码体制具有高效、快速的特点，但存在密钥管理困难和密钥安全问题。

二、公钥密码体制（Public Key Cryptography）与对称密钥密码体制相比，公钥密码体制采用了一对密钥：公钥和私钥。

发送方使用接收方的公钥进行加密操作，而接收方则使用自己的私钥进行解密。

在公钥密码体制中，公钥可以公开，私钥必须保密。

公钥密码体制解决了对称密钥密码体制中的密钥管理和密钥安全问题，但加解密过程相对较慢。

三、数字签名（Digital Signature）数字签名是公钥密码体制的一个重要应用，用于验证电子文档的真实性和完整性。

发送方使用自己的私钥对文档进行加密，生成数字签名，并将文档和数字签名发送给接收方。

接收方使用发送方的公钥解密数字签名，再与原始文档进行比较，如果一致，则可以确定文档的来源和完整性。

四、哈希函数（Hash Function）哈希函数是一种将任意长度的输入数据转换为固定长度的输出数据的算法。

哈希函数具有以下特性：（1）输入和输出具有固定的长度；（2）对于相同的输入，输出总是相同；（3）对于不同的输入，输出应该尽量不同；（4）给定输出，很难推导出对应的输入。

五、数字证书（Digital Certificate）数字证书是用于证明公钥的有效性和所有者身份的一种数字文件。

对称密码体制对称密码体制是一种有效的信息加密算法，它尝试在满足基本安全约束的同时提供最大的加密强度和性能。

它是最常用的信息加密类型之一，甚至在金融机构、政府机构、企业以及个人之间都被广泛使用。

对称密码体制通过使用单个密钥（称为“秘密密钥”）来确保信息的安全传输和接收，而无需在发送方和接收方之间共享保密信息。

这一密钥的特点在于，既可以用来加密信息，也可以用于解密信息。

由于秘密密钥是由发送方和接收方共同拥有，因此不需要额外的通信，也无需额外的身份验证。

在使用对称密码体制时，发送方必须在发送数据之前将其加密，而接收方则必须使用相同的密钥对数据进行解密，以此来识别发送方。

然而，有一种特殊情况除外，即发送方可以使用密钥来加密消息，而接收方可以使用相同的密钥来解密消息，而无需在发送方和接收方之间共享信息。

在实际使用中，对称密码体制有三种形式：数据加密标准（DES）、高级加密标准（AES）和哈希密码（HMAC）。

其中，DES是一种最常用的对称密码体制，它采用了比较古老的56位密钥来加密数据，并且它的加密强度受到比较严格的限制。

而AES是一种更新的，比DES更安全的对称加密算法，它使用128位或256位密钥，并且可以提供更强的安全性和性能。

最后，HMAC是一种哈希加密算法，它使用128位或256位密钥来确保信息的完整性和真实性，同时也可以使用相同的密钥来加密和解密数据。

对称密码体制是一种有效的信息加密算法，它在满足基本安全约束的同时还能提供最大的加密强度和最高的性能。

它是最常用的信息加密类型之一，甚至在金融机构、政府机构、企业以及个人之间都被广泛使用，并且有三种形式：数据加密标准（DES）、高级加密标准（AES）和哈希密码（HMAC），可以满足各种要求。

其中，AES可以提供更高的安全性和性能，而HMAC可以确保信息的完整性和真实性，因此在实际应用中，对称密码体制也被广泛应用。

对称密码体制在许多领域都有着广泛的应用，尤其是在安全传输方面。

对称密钥密码体制的原理和特点一、对称密钥密码体制的原理1. 对称密钥密码体制是一种加密方式，使用相同的密钥进行加密和解密。

2. 在对称密钥密码体制中，加密和解密使用相同的密钥，这个密钥必须保密，只有合法的用户才能知道。

3. 对称密钥密码体制使用单一密钥，因此在加密和解密过程中速度较快。

4. 对称密钥密码体制中，发送者和接收者必须共享同一个密钥，否则无法进行加密和解密操作。

二、对称密钥密码体制的特点1. 高效性：对称密钥密码体制使用单一密钥进行加密和解密，因此速度较快，适合于大量数据的加密和解密操作。

2. 安全性有限：尽管对称密钥密码体制的速度较快，但密钥的安全性存在一定的风险。

一旦密钥泄露，加密数据可能会遭到破解，因此密钥的安全性对于对称密钥密码体制至关重要。

3. 密钥分发困难：在对称密钥密码体制中，发送者和接收者必须共享同一个密钥，因此密钥的分发和管理可能会存在一定的困难。

4. 密钥管理困难：对称密钥密码体制密钥的管理和分发往往需要借助第三方机构或者密钥协商协议来实现，这增加了密钥管理的复杂性。

5. 广泛应用：尽管对称密钥密码体制存在一定的安全性和管理困难，但由于其高效性，仍然广泛应用于网络通信、金融交易等领域。

对称密钥密码体制是一种加密方式，使用相同的密钥进行加密和解密。

它具有高效性和广泛应用的特点，然而安全性较差并且密钥管理困难。

在实际应用中，需要权衡其优劣势，并采取相应的安全措施来确保其安全性和有效性。

对称密钥密码体制的应用对称密钥密码体制作为一种快速高效的加密方式，在现实生活中有着广泛的应用。

主要的应用领域包括网络通信和数据传输、金融交易、安全存储、以及移动通信等。

1. 网络通信和数据传输在网络通信和数据传输中，对称密钥密码体制被广泛应用于加密数据传输过程。

在互联网传输中，大量的数据需要在用户和服务器之间进行传输，为了保护数据的安全性，对称密钥密码体制被用来加密数据，确保传输过程中数据不被窃取或篡改。

1)对称密码体制的原理与应用方法
对称密码体制是指使用相同的密钥进行加密和解密的密码方案。

其原理是，通过对密钥进行加密和解密，实现对信息进行加密和解密的过程。

对称密码体制的应用方法主要包括以下几种:
1. 对称密钥生成算法：用于生成对称密钥，包括一次性密钥生成算法和周期性密钥生成算法等。

一次性密钥生成算法主要用于安全传输，而周期性密钥生成算法则主要用于网络通信。

2. 对称密钥传输协议：用于在通信双方之间传输对称密钥，包括非对称密钥传输协议和对称密钥传输协议等。

非对称密钥传输协议主要用于数字签名和证书认证等场合，而对称密钥传输协议则主要用于网络通信和安全传输等场合。

3. 对称密钥加密算法：用于对信息进行加密和解密，包括常见的 AES、RSA、DES 等算法。

这些算法均可以实现对大小任意的信息进行加密和解密，并且具有高安全性和高效性。

4. 对称密钥认证算法：用于验证通信双方的身份和密钥，包括常见的 MAC 算法和 Sign 算法等。

这些算法可以实现对通信过程中的密钥进行认证，确保通信的安全性和可靠性。

对称密码体制是一种高效、高安全性的密码方案，广泛应用于网络通信、安全传输、数字签名等领域。

第九章密码技术9-1 简述对称密钥密码体制、非对称密钥密码体制的第九章密码技术与压缩技术9-1 简述对称密钥密码体制、非对称密钥密码体制的加密原理和各自的特点。

对称密码体制的加密方式可分为:(1)序列密码，。

它的主要原理是:通过有限状态机制产生性能优良的伪随机序列，使用该序列加密信息流，得到密文序列。

(2)分组密码。

分组密码的工作方式是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。

其主要特点:加解密双方在加解密过程中要使用完全相同或本质上等同的密钥。

非对称密钥密码体制的加密原理:在加密过程中，密钥被分解为一对。

这对密钥中的任何一把都可作为公开密钥通过非保密方式向他人公开，用于对信息的加密;而另一把则作为则私有密钥进行保存，用于对加密信息的解密。

其特点有:具有较强的保密功能，还克服了密钥发布的问题，并具有鉴别功能。

9-2 为什么说混合加密体制是保证网络上传输信息的安全的一种较好的可行方法,混合加密体制采用公开密钥密码技术在通信双方之间建立连接，包括双方的认证过程以及密钥的交换(传送秘密密钥)，在连接建立以后，双有可以使用对称加密技术对实际传输的数据进行加密解密。

这样既解决了密钥分发的困难，又解决了加、解密的速度和效率问题，是目前解决网络上传输信息安全的一种较好的可行方法。

9-3 简述链路加密、节点加密和端对端加密等三种加密方式的特点。

链路加密方式只对通信链路中的数据加密，而不对网络节点内的数据加密。

使用链路加密装置能为链路上的所有报文提供传输服务:即经过一台节点机的所有网络信息传输均需加、解密，每一个经过的节点都必须有加密装置，以便解密、加密报文。

节点加密方式在中间节点里装有用于加、解密的保护装置，即由这个装置来完成一个密钥向另一个密钥的变换。

除了在保护装置里，即使在节点内也不会出现明文。

端对端方式由发送方加密的数据在没有到达最终目的地——接受节点之前不被解密。

加密、解密只是在源节点和目的节点进行。

对称密码体制的原理与应用方法
对称密码体制是一种常见的加密算法，也被称为私钥密码体制。

它采用相同的密钥用于加密和解密数据。

以下是对称密码体制的一些基本原理和应用方法：
原理
对称密码体制使用相同的密钥对数据进行加密和解密。

加密过程中，明文经过密钥和加密算法处理后变为密文；解密过程中，密文通过相同的密钥和解密算法处理后恢复为明文。

对称密码体制的核心原理是密钥的保密性，只有持有正确密钥的人能够解密获得明文信息。

应用方法
1. 数据加密：对称密码体制可用于保护敏感数据的机密性，例如在传输过程中对数据进行加密，防止未经授权的人员获取敏感信息。

2. 随机数生成：对称密码体制可用于生成高质量的随机数，广泛应用于密码学和计算机安全领域。

3. 认证机制：对称密码体制可以通过消息认证码（MAC）来提供数据完整性和认证机制，例如对数据进行数字签名。

4. 虚拟专用网络（VPN）：对称密码体制可以用于建立加密的VPN连接，确保通信的机密性。

5. 文件加密：对称密码体制可用于加密存储在计算机或移动设备上的文件，保护文件的机密性。

6. 数据库加密：对称密码体制可用于加密数据库中的敏感信息，防止非法访问。

总结而言，对称密码体制是一种常见且实用的加密方法，通过使用相同的密钥进行加密和解密，能够保障数据的机密性、完整性和认证性。

它在数据保护、安全通信和信息安全领域发挥着重要作用。