信息安全原理与实践张戈+第3章 对称密钥加密

非对称密钥算法（asymmetric cipher)
• 加密密钥和解密密钥不相同，从一个很难推出另一个 • 系统称为非对称加密、或双密钥加密（public-key cipher) 、公钥加密 • 公开密钥算法用一个密钥进行加密, 而用另一个进行解密 • 其中的加密密钥可以公开,又称公开密钥（public key)，简称公钥。解密密
解密过程与加密过程基本相同。规则如下：用密文 作为算法的输入，但以相反顺序使用子密钥Ki
意味着加密和解密不需要用两种不同的方法。
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Feistel结构定义
•加密: Li = Ri-1; Ri = Li-1F(Ri-1,Ki)
•解密: Ri-1 = Li
Li-1 = RiF(Ri-1,Ki)
IDEA,RCx,CAST等
90年代对称密钥密码进一步成熟 Rijndael,RC6, MARS,
Twofish, Serpent等出现
2001年Rijndael成为DES的替代者
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目录
1. 密码学的起源、发展和现状 2. 密码学基本概念 3. Feistel加密结构
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基本概念
密码学(Cryptology): 是研究信息系统安全
少的信息就可预言加密的整个结构
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恺撒密码的改进
已知加密与解密算法
C=E(p)=(p+k)mod(26) p=D(C)=(C-k)mod(26)
25个可能的密钥k 明文的语言是已知的且易于识别
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置换
通过执行对明文字母的置换，重排明文中的 每一个元素。
若该明文被视为一个比特序列，则置换涉及 到用密文比特模式代替明文比特模式
这一原则已得到普遍承认，成为判定密码强度的衡

说明对称密码算法和非对称密码算法的原理和优缺点
对称密码算法：
原理：对称密码算法是一种加密算法，发送方和接收方使用相同的密钥进行加密和解密。

加密过程中，将明文按照一定的规则和算法进行混淆和置换，以产生密文。

解密过程中，使用相同的密钥和算法对密文进行逆向操作，还原出明文。

优点：
1. 加密和解密速度快，适用于大量数据的加密和解密操作。

2. 密钥长度相对较短，不占用过多的存储空间。

3. 实现简单，操作容易。

缺点：
1. 密钥的分发和管理较为困难，存在安全性问题。

2. 无法有效解决密钥传递问题，即如何确保密钥在发送和接收之间的安全传递。

非对称密码算法：
原理：非对称密码算法是一种加密算法，发送方和接收方使用不同的密钥进行加密和解密。

加密过程中，发送方使用接收方的公钥进行加密，接收方使用自己的私钥进行解密。

优点：
1. 安全性高，公钥可以随意公开，只有私钥持有者才能解密密文。

2. 解决了对称密码的密钥分发和管理问题。

缺点：
1. 加密和解密速度较慢，适用于少量数据的加密和解密操作。

2. 密钥长度相对较长，占用较多的存储空间。

3. 实现较为复杂，操作稍微复杂。

总结：
对称密码算法的优点在于速度快、实现简单，但安全性相对较低；非对称密码算法的优点在于安全性高，但加密和解密速度较慢、实现较为复杂。

因此，实际应用中常常采用对称密码算法和非对称密码算法的结合，即非对称密码算法用于密钥分发和管理，对称密码算法用于实际的数据加密和解密。

第3章
3.1消息认证
2. HMAC
HMAC将杂凑函数看作是一个“黑盒”，这是因为一个已 有的杂凑函数实现可以作为HMAC实现中的一个模块，在这种 方式下，大量的HMAC程序代码能够预先打包，无需修改就可 使用。另外若想在一个HMAC实现中替换一个给定的杂凑函数， 那么只需移走现有的杂凑函数模块并加入新的杂凑函数模块即 可。当嵌入的杂凑函数不够安全时，可简单地用更安全的杂凑 函数来替换嵌入的杂凑函数（如用SHA-256替换MD5），使 HMAC保持原有的安全性。
第3章
3.1消息认证
4）如果仅需对明文认证，而不需加密时，传送明文m和认证码 Cn+1；如果既需对明文认证，又需要加密时，传送密文C = ( c1,c2,...,cn )和认证码Cn+1。 5）验证时若仅需对明文认证而不需加密时，验证者收到明文m 和认证码Cn+1后执行如下步骤： Step1 产生明文m的校验码，r = mn+1 = m1 + m2 +...+ mn。 Step2 利用共享密钥k使用CBC模式对（m，r）加密，将得到的 最后一个密文分组与接收到的认证码Cn+1比较，二者一致时判 定接收的明文无错；否则判定明文出错。
第3章
3.1消息认证
3. 公钥密码体制实现的消息认证
利用公钥密码体制实现消息的完整性认证是信息系统中最 常用的手段之一，它通常是通过消息的产生者对消息的杂凑值 进行数字签名的方法来实现。与基于对称密码体制实现的消息 认证技术和HMAC相比，具有以下优势： 1）在保证消息产生者的公钥真实性和有效性的前提下，可以 实现消息的公开验证性。 2）由于消息产生者私钥的私有性，可以有效地防止消息产生 者的抵赖和任何他人的伪造。 3）在消息的产生者和验证者之间出现争议时，可由第三方进 行仲裁。

第二，在某些情况下（例如对某些电信上的应用），当缓冲不足或必 须对收到的字符进行逐一处理时，流密码就显得更加必要和恰当；
第三，流密码能较好地隐藏明文的统计特征等。
流密码的原理
❖ 在流密码中，明文按一定长度分组后被表示成一个序列，并 称为明文流，序列中的一项称为一个明文字。加密时，先由 主密钥产生一个密钥流序列，该序列的每一项和明文字具有 相同的比特长度，称为一个密钥字。然后依次把明文流和密 钥流中的对应项输入加密函数，产生相应的密文字，由密文 字构成密文流输出。即 设明文流为：M=m1 m2…mi… 密钥流为：K=k1 k2…ki… 则加密为：C=c1 c2…ci…=Ek1(m1)Ek2(m2)…Eki(mi)… 解密为：M=m1 m2…mi…=Dk1(c1)Dk2(c2)…Dki(ci)…
同步流密码中，消息的发送者和接收者必须同步才能做到正确 地加密解密，即双方使用相同的密钥，并用其对同一位置进行 操作。一旦由于密文字符在传输过程中被插入或删除而破坏了 这种同步性，那么解密工作将失败。否则，需要在密码系统中 采用能够建立密钥流同步的辅助性方法。
分解后的同步流密码
பைடு நூலகம்
密钥流生成器
❖ 密钥流生成器设计中，在考虑安全性要求的前提下还应考虑 以下两个因素： 密钥k易于分配、保管、更换简单； 易于实现，快速。
密钥发生器 种子 k
明文流 m i
明文流m i 加密算法E
密钥流 k i 密钥流 发生器
密文流 c i
安全通道 密钥 k
解密算法D
密钥流 发生器
明文流m i
密钥流 k i
图1 同步流密码模型
内部状态 输出函数
内部状态 输出函数
密钥发生器 种子 k
k