杂凑函数 散列函数

第11章 密码学Hash函数Crytographic Hash Functions课程内容大纲1. 引言第一部分：对称密码2. 传统加密技术第三部分：密码学数据完整性算法11.密码学Hash函数3. 分组密码与数据加密标准（DES） 12.消息认证码（MAC） 4. 数论与有限域的基本概念 13.数字签名 5. 高级加密标准（AES） 6. 分组密码的工作模式 7. 伪随机数的产生和流密码第四部分：相互信任14.密钥管理与分发 15.用户认证第二部分：公钥密码8. 数论入门 9. 公钥密码学与RSA 10. 密钥管理和其他公钥密码体制讲课内容11.1 密码学Hash函数的应用 11.2 两个简单的Hash函数 11.3 需求和安全性、安全Hash函数结构 11.4 基于分组密码链接的Hash函数 11.5 安全Hash算法（SHA） 补充：Hash函数MD511.1 密码学Hash函数的应用Hash函数定义• (单词"hash"的翻译：哈希、杂凑、散列、… ) • Hash函数H是一公开函数，用于将任意长的消息 M映射为较短的、固定长度的一个值H(M)。

称函 值H(M)为杂凑值、杂凑码或消息摘要 M → h = H(M)• 在安全应用中使用的Hash函数称为密码学Hash 函数（cryptographic hash function）Hash函数特点• Hash值 H(M) 是消息中所有 比特的函数，因此提供了一 种错误检测能力，即改变消 息中任何一个比特或几个比 特都会使杂凑码发生改变。

Hash函数的应用（1）消息认证 （2）数字签名 （3）其它一些应用Hash函数应用之一：消息认证• 消息认证是用来验证消息完整性的一种机制或服务 完整性 • 当Hash函数用于提供消息认证功能时，Hash函数 值通常称为消息摘要（message digest）• 一般地，消息认证是通过使用消息认证码（MAC） 实现的，即带密钥的Hash函数。

(一) 桶
若散列表有n个逻辑地址，则将其视为具有n 个桶(Bucket)，且为每个桶编号（桶号），并 令桶号与散列地址一一对应。设每个桶可存放s 个表项，称它们为同义词（散列函数值相同的 关键字称为同义词）。
因此，桶是用于装载冲突项的。当欲装入某 桶中的同义词个数大于桶容量时，称为溢出。
对桶的处理不同，就对应于不同的冲突处 理方法。
如果是定位冲突，冲突处理是要继续查找所要找的记
录，确定记录是否在散列结构中，若是，则返回其位 置，否则返回特殊标记。
26.1.4 散列函数的设计
散列函数的设计是个关键问题，也是 个复杂问题。但是，散列函数设计一般 没有什么严格的规则，只有一些可以遵 从的原则。 (一) 设计原则：
根据散列函数的用途，设计散列函 数时一般应遵循下列原则：
例如，已知各关键字如下： key1: 3 3 4 8 9 2
key2: 3 1 8 7 1 1
key3: 3 1 2 9 2 3 key4: 3 2 3 8 1 2 … 分析它们的位的结构，发现第3和第4位对关键字的敏 感度较大，所以可以取这两位为散列函数值。 显然，这种方法适合于关键字事先已知的情况。
散列也称杂凑或哈希(Hash)。 从上面的说明看出，散列结构不是一种完整的
数据存储结构，因为它只是通过数据元素的关键
字定位记录，一般很难完整地表达数据元素间的 逻辑关系，所以，一般也主要面向检索操作。 显然，由于记录的定位主要基于计算，所以， 一般情况下，散列方法的检索速度要比前面介绍
过的基于比较的方法高。但是，散列结构的存储
(二) 开放地址法
这种方法是，将所有的桶都设在地址空间内。每 个桶大小为1个表项。一个地址，就是一个桶。 在插入时，若发现冲突，在其他位置寻找空桶。 有下列几种寻找空桶法。

信息安全概论（湖南大学）总结者：Mr.Good Temper1、信息安全的目标机密性、完整性、抗否认性、可用性2、密码理论通过加密可以保护信息的机密性；通过信息摘要可以检测信息完整性；通过数字签名可以保护信息的抗否认性。

数据加密：加密解密密钥相同的算法成为对称算法，典型的算法有DES、AES。

加、解密钥不同的算法成为非对称算法，又称为公钥算法，典型的算法有RSA、ECC等。

消息摘要：通过消息摘要，通常是单向的变换，将不定长度的信息变换为固定长度的摘要。

通过消息摘要的检测消息是否被篡改。

典型的算法有MD5、SHA3、安全理论身份认证，指验证用户身份与其所声称的身份是否一致的过程。

最常见的身份认证是口令认证。

授权和访问控制：区别在于授权侧重于前调用户拥有的权限，访问控制是对用户访问的行为进行控制。

审计追踪：审计是指对用户的行为进行记录、分析和调查。

确认操作的历史行为。

安全协议：指构建安全平台时所使用的与安全防护有关的协议。

4、安全技术指对信息系统进行安全检查和防护的技术，包括防火墙技术、漏洞扫描技术、入侵检测技术、防病毒技术。

防火墙技术：应用多的是网络层的包过滤技术和应用层的安全代理技术。

主要研究内容包括防火墙的安全策略、实现模式、强度分析。

漏洞扫描技术：是针对特定的信息网络中存在的漏洞而进行的。

主要研究包括漏洞的发现、特征分析、定位、扫描方式和协议。

入侵检测技术：指通过对网络信息流提取和分析发现非正常访问模式的技术。

内容包括：信息流提取技术、入侵特征分析技术、入侵行为模式分析技术、入侵行为关联分析技术和高速信息流快速分析技术。

防病毒技术：病毒是一种具有传染性和破坏性的计算机程序。

5、密码基本组成要素一个密码系统（体制）包括所有的可能的明文、密文、密钥、加密算法、解密算法。

加密算法的定义：对需要保密的消息进行编码的过程称为加密，编码的规则称为加密算法。

解密算法的定义：对已加密的消息明文恢复过程称为解密，解密规则称为解密算法。

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第３ ３卷 第 ７期