现代密码学教案

现代密码学基础第一版教学设计背景现代密码学基础是计算机科学与技术、信息安全等专业中的一门重要课程，它是计算机安全技术的基础。

理解现代密码学基础对于人们的安全认识至关重要，也是人们应对网络安全问题的必备技能之一。

教学目标本课程的主要目标是：•掌握基础的密码学概念和理论知识。

•理解现代密码技术的分类和应用。

•熟悉常见的加密算法。

•理解与应用数字签名、认证和密钥分配技术。

教学内容本课程的教学内容包括以下几个方面：密码学概念和原理在介绍现代密码学技术之前，需要了解密码学基础概念和原理。

这部分内容主要包括：•密码学定义。

•对称密钥加密和公钥加密的概念。

•散列函数和消息认证码的概念。

•密码体制。

•随机数生成的原理。

现代密码技术分类和应用了解密码学基础的概念后，需要了解现代密码技术的分类和应用。

这部分内容主要包括：•现代密码技术的分类。

•网络安全和信息安全中的密码应用。

•运用密码学技术保护各种数据、信息和应用。

•现代密码算法的特点和评价标准。

常见加密算法介绍密码学中的算法是密钥的重要组成部分。

本课程主要介绍如下加密算法：•DES加密算法。

•AES加密算法。

•RSA加密算法。

•ElGamal加密算法。

数字签名、认证和密钥分配技术在网络环境中，为了保证信息的完整性、真实性和准确性，需要使用数字签名和认证手段；同时，在保证访问授权的前提下，需要利用密钥分配技术，防止网络攻击。

而这些技术的实现都可以利用密码学技术来保证其安全。

具体内容包括：•数字签名的原理、种类和应用场景。

•认证技术、CA机构和数字证书的应用。

•密钥的分配和管理。

教学方法在教学中，我们采用以下教学方法：理论讲解首先要讲述密码学基本概念、密码编码的方式和主要的加密算法原理等基础内容，以及相关的技术特点和应用范围。

算法演示教师用相关的工具演示算法的实现，让学生可以深入了解密码技术实现过程。

实验探究通过实验，学生将了解密码技术的应用和实现原理，进一步加深对于现代密码学的认知。

现代密码学课程（设计）题目：现代密码学课程设计姓名：学号：192102-16院（系）：计算机学院专业：信息安全指导教师：职称：副教授评阅人：职称：2012 年12 月学校代码：本科生学号：2 中现代密码学课程设计现代密码学课程设计本学科专业：信息安全二〇一二年十二月第一章、引言 (5)第二章、经典密码加密系统 (6)2.1仿射加密 (6)2.2Playfair加密 (7)2.3Vigenere加密 (9)2.4Hill密码 (11)第三章、ElGamal 加密和签名 (12)3.1算法资料 (12)3.2程序与算法 (13)3.3运行结果 (14)第四章、Rabin加密和签名 (14)4.1算法资料 (14)4.2程序与算法 (15)4.3运行结果 (15)第五章、RSA加密与解密 (16)5.1算法资料 (17)5.2程序与算法 (18)5.3运行结果第六章、结束语 (20)引言本文详细叙述了古典密码包括仿射密码、Hill密码、Vigenere密码、Playfaire密码，以及基于公钥密码的加密和签名体制的内在结构并予以程序实现。

实验一经典密码加密系统2.1 仿射密码2.1.1算法资料加法密码和乘法密码结合就构成仿射密码，仿射密码的加密和解密算法是：C= Ek(m)=(k1m+k2) mod nM= Dk(c)=k3(c- k2) mod n（其中（k3 ×k1）mod26 = 1）仿射密码具有可逆性的条件是gcd(k1, n)=1。

当k1=1时，仿射密码变为加法密码，当k2=0时，仿射密码变为乘法密码。

仿射密码中的密钥空间的大小为nφ(n)，当n为26字母，φ(n)=12，因此仿射密码的密钥空间为12×26 = 312。

2.1.2 程序与算法//加密int jiami(int k1,int k2,int m,int g){int f=k1*g+k2;f=f%m;return f;}//解密int jiemi(int k1,int k2,int m,int n){int f=niyuan(m,k1)*(n-k2);f=f%m;return f;}2.1.3 运行结果2.2 Playfair2.2.1 算法资料Playfai算法r根据下列规则一次对明文的两个字母进行加密。

《现代密码学》实验教学大纲适用专业： 信息安全 课程性质： 必做课程编号： 0602003120 实验学时： 8课程总学时： 48 开课学期： 第5学期开课单位： 计算机工程教学实验中心一、实验目的与要求本课程实验教学的目的是使学生通过软件编程掌握（1）实现古典密码学中的多表代换加密（Vigenere加密）的密文进行破译的基本方法；（2）掌握DES加密算法、AES加密算法，能够在实际的应用系统或安全系统中实现；（3）掌握公钥密码体制模型、RSA算法、ECC算法、基于RSA和ECC的数字签名机制；能够在实际应用中利用公钥密码算法及签名机制实现加解密、数字签名、公钥基础设施平台的能力。

实验要求学生掌握Vigenere加密的密文采用重合指数法进行破解的方法；掌握DES、AES分组加密算法；掌握RSA算法加解密及其数字签名机制；椭圆曲线加解密算法及其数字签名机制的设计与实现。

掌握软件代码的调试方法，对程序运行的正确性进行反复测试，完成实验报告。

二、实验内容与学时分配序号实验项目实验内容学时实验类别开出要求1 多表代换Vigenere加解密算法及密钥破解算法的实现1.使用Vigenere加密算法在字符集{a...z}上的密钥、明文消息的编码、加密算法的编程实现，明文消息存储在文本文件plain.txt中；（2）利用密钥对密文进行解密算法的编程实现；（3）唯密文攻击：给出一段Vigenere加密后的密文cipher.txt,要求破解得到加密密钥key，利用key进行解密得到明文文件plain.txt，验证破解是否成功。

2 设计性必做2 AES加密、解密算法的实现（1）绘制AES-128算法流程图；（2）建立一个明文文本文件plain.txt, 从中读取16个字节（字符）作为AES加密的一个分组（block）；（3）设置的一个AES加密算法的KEY=128bits(16个字节或4个字)；（4）编程实现对一个分组16个字符的AES加密，得到密文；（5）对步骤（4）得到的密文，2 验证性必做编程利用密钥key进行解密，并验证AES加解密程序的正确性。

现代密码学基础第一版课程设计1. 课程概述本课程主要讲解现代密码学的基础知识，包括对称加密、非对称加密、哈希算法、数字签名等内容。

通过本课程的学习，学生可以掌握现代密码学的基本原理、算法和应用，为后续学习和研究打下坚实的基础。

本课程适合计算机科学、信息安全、网络安全等专业的本科生和研究生。

2. 教学目标•了解现代密码学的基本概念和理论；•理解对称加密和非对称加密的区别与应用；•掌握常用的加密算法、哈希算法和数字签名算法；•能够分析、设计和实现基本的密码安全应用。

3. 教学内容3.1 现代密码学基础•密码学概述•密码学的应用和分类•密钥分类和密钥分发3.2 对称加密•对称加密算法概述•分组密码与流密码•常用的分组加密算法：DES, AES, IDEA•数据加密标准以及其应用3.3 非对称加密•非对称加密算法概述•RSA 加密算法•椭圆曲线加密算法3.4 哈希算法•哈希算法概述•常用的哈希算法：MD5, SHA-1, SHA-2, SHA-33.5 数字签名•数字签名概述•常用的数字签名算法：RSA, DSA, ECDSA3.6 密码的应用•安全通信协议：SSL/TLS•数字证书及其应用•密码攻击和密码分析4. 教学方法本课程采用教师讲授+在线交互的教学模式，具体包括以下内容：•讲授理论知识并举例说明概念和原理；•利用在线平台开展实验和练习，帮助学生巩固知识点；•设计和布置实际项目，以帮助学生实践和加深理解；•引导学生研读相关文献，开展小组研究和讨论。

5. 评分标准本课程包括在线作业、实验报告、项目评估和期末考试等评估方式。

具体评分标准如下：•在线作业：占总评成绩20%，根据完成度进行评分；•实验报告：占总评成绩30%，根据实验完成度和报告质量进行评分；•项目评估：占总评成绩30%，根据项目需求、代码质量、效果展示等方面进行评分；•期末考试：占总评成绩20%。

6. 参考资料•李鹏. 现代密码学基础[M]. 机械工业出版社, 2013.•范明. 神秘的密码[M]. 科学出版社, 2014.•周康. 计算机网络安全——一种基于密码学的解决方案[M]. 人民邮电出版社, 2011.•高文. 计算机网络安全技术的原理与实践[M]. 清华大学出版社, 2010.7. 总结本课程旨在帮助学生掌握现代密码学的基础知识和应用技能。

密码学教案教案标题：密码学教案教案目标：1. 了解密码学的基本概念和原理；2. 掌握密码学中常用的加密算法和解密方法；3. 培养学生的逻辑思维和问题解决能力；4. 培养学生的团队合作和沟通能力。

教案步骤：引入活动：1. 通过一个引人入胜的故事或实例，介绍密码学的重要性和应用领域。

知识讲解：2. 简要介绍密码学的定义和基本原理，包括加密和解密的概念。

3. 详细介绍几种常用的对称加密算法，如凯撒密码、DES、AES等，并解释它们的工作原理和安全性。

4. 介绍非对称加密算法，如RSA算法，以及公钥和私钥的概念。

5. 讲解数字签名的原理和应用。

实践活动：6. 将学生分成小组，每个小组设计一个密码学游戏或谜题，要求其他小组通过解密来获取答案。

7. 学生可以选择使用对称加密算法或非对称加密算法来设计他们的游戏或谜题。

8. 学生在小组内合作，讨论并解决可能遇到的问题。

展示和讨论：9. 每个小组向全班展示他们设计的密码学游戏或谜题，并解释解密的方法。

10. 全班共同讨论每个游戏或谜题的难度和创意，并提出改进的建议。

总结和评价：11. 总结密码学的重要性和应用领域。

12. 对学生的团队合作和解决问题的能力进行评价和反馈。

拓展活动：13. 鼓励学生继续探索密码学的更深层次知识，如量子密码学等，并鼓励他们参加相关的竞赛或项目。

教学资源：- 密码学相关的教材或参考书籍- 计算机或移动设备，用于演示加密算法和解密方法- 小组设计密码学游戏或谜题的材料和工具评估方式：- 学生对密码学基本概念和原理的理解程度- 学生在小组合作中的表现和贡献- 学生设计的密码学游戏或谜题的创意和难度注意事项：- 确保教学资源的准备充分，并测试其可用性。

- 在实践活动中，鼓励学生积极参与和合作，避免个别学生主导整个过程。

- 在展示和讨论环节中，鼓励学生提出建设性的意见和改进方案，促进思维的发散和创新。

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。

《现代密码学基础》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程教学目标《现代密码学》是网络工程专业网络安全的基础课程。

通过本课程的学习，使得学生对密码学领域的基本概念、基本理论和基本应用有全面的理解，作为进一步学习网络安全专业知识的基础、作为网络安全理论研究和相关应用开发的准备知识。

理解密码体制概念和密码学发展沿革；理解公钥密码体制的设计思想；掌握常用的密码体制的设计机制，包括DES；掌握对称密码体制的设计和分析特点；掌握非对称密码体制的设计和分析特点；掌握认证体系相关知识，包括数字签名、身份认证和消息认证等；了解密码技术应用技术，包括数字现金等。

增强学生的信息安全、网络安全意识，增强防范的能力，为以后学习和掌握网络工程网络安全方向课打下坚实的基础。

三、教学学时分配《现代密码学基础》课程理论教学学时分配表《现代密码学基础》课程实验内容设置与教学要求一览表四、教学内容和教学要求第一章密码学概述及古典密码学（2学时）（一）教学要求通过本章内容的学习，了解信息安全面临的威胁,了解信息安全的模型,了解密码学基本概念,掌握几种古典密码，其中包括单表代换密码和多表代换密码。

（二）教学重点与难点1．教学重点：密码学基本概念、单表代换密码和多表代换密码。

2. 教学难点：单表代换密码和多表代换密码算法。

（三）教学内容第一节信息安全的威胁与模型1. 信息安全面临的威胁；2．信息安全的模型。

第二节古典密码算法1．密码学基本概念；2. 单表代换密码和多表代换密码。

本章习题要点：练习单表代换密码和多表代换密码。

第二章流密码（2学时）（一）教学要求1.了解流密码的基本概念；2.掌握序列的伪随机性；3.掌握序列密码的破译。

（二）教学重点与难点1．教学重点：序列的伪随机性、序列密码的破译。

2. 教学难点：序列的伪随机性。

（三）教学内容第一节流密码1.流密码的基本概念；2.序列的伪随机性。

第二节序列密码1.序列密码的破译。

本章习题要点：练习序列的伪随机性。

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 22 古典密码体制 23 现代分组密码104 流密码 45 公开密钥密码体制126 密钥管理 27 Hash函数 48 数字签名 69 身份识别 210 认证理论与技术 211 PKI技术 212 密码应用软件 213 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。

《现代密码学》课程教学大纲课程编号：1330080课程名称：现代密码学英文译名：Modern Cryptography总学分：3总学时：48学时（含8学时实验课，2学时课程设计讨论课）●课程教学目的本课程的主要目的是让学生学习和了解密码学的发展历程；理解和掌握古典密码体制、分组加密体制、流密码体制、消息认证码、公钥加密体制、数字签名体制和密码协议的基本概念、代表算法的运算；领会密码体制设计与分析的基本思想与方法。

了解密码学各分支的研究内容及密码学的新发展，方向以及培养学生在实践中解决问题的能力。

●教学任务让学生掌握现代密码学的设计技术和分析技术的基础知识，培养其应用密码学原理，准确分析现实当中安全风险，并设计有效防御方案的能力。

●教学内容的结构单元教学目标及任务一、绪论(2学时)主要内容：密码学与信息安全的关系密码学的历史和分类本门课程的组织与安排教学任务：明确密码学的重要用途，培养学生学习密码学的兴趣。

教学目标：能够叙述密码体制和安全属性的关系。

重点：密码学研究的基本问题和密码学的分类。

二、古典密码学（2学时）主要内容：古典密码体制古典密码体制分析教学任务：让学生掌握密码算法设计及分析的基本思想。

教学目标：可以说出密码算法设计的基本方法，攻击典型的古典密码体制，并说明攻击成功原因。

重点：古典密码体制的设计思路及对这些体制的一些破译方法。

难点：方法的理解和应用。

三、信息论基础（1学时）主要内容：Shannon信息保密系统熵和无条件保密分组密码的设计思想教学任务：让学生从信息论的角度，掌握保密的涵义。

教学目标：能够完整刻画shannon通信保密系统，并可以计算加密系统是否无条件保密。

重点：香农保密系统的模型、完善保密性的概念。

难点：概念和观点的理解，熵的计算。

四、计算复杂性理论基础（1学时）主要内容：问题的定义算法的复杂性定义及分类P问题及NP问题密码算法的计算安全性与实际安全性教学任务：让学生掌握计算安全的思想。