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1、信息加密技术,(信息安全与对抗教研室) 苏京霞 2005.4,激光美容网,信息加密技术简介,内容 密码学基本概念 DES加密算法 RSA加密算法 数字签名,激光美容网,密码学基本概念,激光美容网,一般密码系统,处理,某种方法,公开信道,伪信息,破译者,处理,一定方法,发送方,接收方,信息,信息,(明文),(密文),(密钥),加密,解密,(明文),激光美容网,1. 替换加密,古典加密算法,明文中每个字符被替换成密文中的另外一个字符,明文：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ,例：明文：THIS IS A FILE,密文：EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD,密文：
2、XMNW NW E KNPI,把明文中的字符重新排列，字符本身不变,例：明文：This is a file.,密钥：12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 长度为4,密文：.eli fasi sihT,每个密钥仅对一个消息使用一次,2.置换加密,3.一次一密,激光美容网,密码学基本概念,1.密码学 2.明文 3.密文 4.解密 5.密码 6.加密 7.密钥 8.密码编码学 9.密码分析学 10.密码体制,是研究秘密通信的学问,使消息保密的科学和技术,研究如何破译密码的科学和技术,待加密的信息称为明文,加密后的信息称为密文,是由使用密码的用户选取的随机数,从密文恢复明文的过程称为解
3、密,用于加密和解密的数学函数,将明文变成密文的过程称为加密,完成加密和解密的算法,激光美容网,密码分析学,是在不知道密钥的情况下，恢复出明文的科学,攻击：,1.唯密文攻击 2.已知明文攻击 3.选择文攻击,目的：恢复明文、密钥及发现密码体制的弱点,分析者知道一些截获的密文，并且试图恢复尽可能多的明文,分析者不仅知道一些明文密文对 ，并试图推导出加密密钥或算法,分析者对明文(或密文)有选择或控制的能力。他可以选择一些他认为最容易破解的明文密文对而对密码系统加以攻击,激光美容网,密码体制,组成： 1.明文信息空间M（全体明文的集合） 2.密文信息空间C（全体密文的集合） 3.密钥空间K（全体密钥的
4、集合K（Ke,Kd） 4.加密算法E: 5.解密算法D：,分类：,按执行的操作方式分,替换密码,置换密码,按密钥数量分,对称密钥密码(单钥密码),非对称密钥密码(公钥密码),按明文处理方式,流密码(序列密码),分组密码,激光美容网,典型密码系统,明文 M,加密器 E,加密密钥 Ke,公开信道,密文,破译者,解密器 D,解密密钥 Kd,明文,发送方,接收方,激光美容网,DES加密算法,激光美容网,数据加密标准DES算法分析,DES概述 DES的构成 算法主要步骤 安全性,激光美容网,一、DES概述,M、C、K 二进制数 64位明文(密文)块 64位密钥 算法 置换 模2加 乘积变换,激光美容网,
5、二、DES的构成,计算密钥表，将64位密钥转换为16个子密钥 模2加法运算 加密函数，包括乘积变换中的选择函数和置换运算 码组移位 初始置换 逆初始置换,激光美容网,三、DES算法主要步骤,64位码,明文输入,初始置换,乘积变换,逆初始置换,64位码,密文输出,激光美容网,乘积变换,k1,+,f,L0,R0,L1=R0,L15=R14,组码移位,ki,f,初始置换(IP),先将输入的明文按下图所示进行变换。然后将变换后的数据分左右两组，每组32位长。,明文输入(64位),置换后结果(64位),f函数,Li-1,Ri-1,扩展置换,S-盒替换,P-盒置换,密钥,移位,移位,压缩置换,密钥,Ki,
6、置换选择1,57 49 41 33 25 17 9 1 58 50 42 34 26 18 10 2 59 51 43 35 27 19 11 3 60 52 44 36 63 55 47 39 31 23 15 7 62 54 46 38 30 22 14 6 61 53 45 37 29 21 13 5 28 20 12 4,Ci,Di,激光美容网,置换选择2,14 17 11 24 1 5 3 28 15 6 21 10 23 19 12 4 26 8 16 7 27 20 13 2 41 52 31 37 47 55 30 40 51 45 33 48 44 49 39 56 34 5
7、3 46 42 50 36 29 32,激光美容网,扩展置换,32 1 2 3 4 5 4 5 6 7 8 9 8 9 10 11 12 13 12 13 14 15 16 17 17 18 19 20 21 20 21 22 23 24 25 24 25 26 27 28 29 28 29 30 31 32 1,E选位表,密钥计算,在64位密钥中，由于不考虑每个字节的第8位(校验位)，DES密钥由64位减至56位。将这56位密钥分解成16个48位的子密钥，每个子密钥控制一次迭代过程。每个子密钥参与加密或解密运算过程，从而直接影响到加密或解密变换的结果。,密钥(56位),密钥(64位),置换选
8、择1,循环左移,密钥(56位),置换选择2,密钥(48位),激光美容网,密钥计算逻辑,64位密钥,置换选择1,置换选择2,(56位),(56位),置换选择2,循环左移表,激光美容网,S-盒,压缩后的密钥与扩展分组异或以后，将48位的结果平均送入8个S-盒中，进行替换运算，总输出为32位。 每个S-盒是一个4行、16列的表。盒中的每一项都是一个4位的数。S-盒的输入为6位，将最左与最右2位取出当S-盒的行数，剩余的4位取出当S-盒的列数。这样就可从S-盒中选出一个数来，这个数是一个4位的二进制码。,例：输入数据为011001 最左与最右两位数为：01 剩余的4 位数为：1100 取S-盒中(1,
9、12)中数为：9,011001,S-盒,1001,对应S-盒中第1行,对应S-盒中第12列,输出为1001,激光美容网,选择函数S-盒,模2加法结果(48位),S1,P-盒置换,S-盒替换运算后的32位输出，输入到P-盒进行置换。该置换把每输入位映射到输出位，任一位不能被映射两次，也不能被略去。,选择函数的输出(32位),加密函数的结果(32位),激光美容网,逆初始置换,逆初始置换是初始置换的逆过程。经过16轮迭代运算后，左右两部分合在一起经过逆初始置换后，终于得到了密文。,置换码组(64位),密文(64位),激光美容网,四、DES算法的安全性,1.64位密钥短 采用三重DES。E(E(E(m
10、,k1),k2),K1) 2.弱密钥 在DES所有密钥中，有几个特别的密钥，变换后任意一周期的密钥都是相同的，会降低DES的安全性使用者一定要避免。 0101 0101 0101 0101 (校验位） 0000000 0000000 1F1F 1F1F 1F1F 1F1F 0000000 FFFFFFF E0E0 E0E0 E0E0 E0E0FFFFFFF 0000000 FEFE FEFE FEFE FEFE FFFFFFF FFFFFFF 3.半弱密钥 这些密钥只产生2个不同的子密钥。 01FE 01FE 01FE 01FE FE01 FE01 FE01 FE01 01E0 01E0 01
11、F1 01F1 E001 E001 F101 F101 4.S-盒可能隐含有陷门 S-盒的设计者并没公开算法设计的原理和所有的技术细节，专家认为S-盒可能隐含有陷门。有人论证采用56位密钥，DES可以已知明文攻击下通过穷举搜索被破译。 5.攻击：差分攻击、线性攻击、相关密钥攻击等。,RSA加密算法,激光美容网,公钥密码体制RSA的算法分析,RSA概述 RSA算法是1977年，Rivest，Shamir和Adleman联合提出一种基于数论中欧拉定理的公钥密码系统，简称RSA公钥系统。它的安全性是基于大数因子分解，即它的保密强度是建立在计算复杂性基础上的。一个150位左右的合数，即使采用现在的巨型
12、电子计算机进行因子分解，其运算量也是相当巨大的。 对于公钥密码体制，任何人都可以使用其他用户的公开密钥来对数据进行加密，但是只有拥有秘密密钥的用户才能对加密的数据进行解密。公钥密码体制的加密密钥是公开的，而解密密钥是保密的。,激光美容网,Data,公钥密码技术简介,Data,B,A,A公开自己的公钥(n，e),3A78,Data,激光美容网,RSA描述,p和q是素数 （秘密的） n=pq (公开密钥) （非秘密的） (n)=(p-1)(q-1) （秘密的） e 是公开密钥(加密密钥) （非秘密的） d 是秘密密钥 (解密密钥） （秘密的） m 是明文 （秘密的） c 是密文 （非秘密的） 加密
13、算法：c=E(m)me(mod n) 解密算法：m=D(c) cd(mod n) e满足条件：e和(p-1)(q-1)互素，即(e, (n)=1 d满足条件：ed1 mod (p-1)(q-1),RSA密钥产生,1.随机选择两素数p和q (长度在100位左右) 2.计算公开模数：n=pq 3.计算秘密的欧拉指示函数：(n)=(p-1)(q-1) 4.选择随机数e(即加密密钥)，使之与(n)互素 即gcd(e, (n)=1 5.计算解密密钥 d=e-1mod (n) 6.公布整数n和加密密钥e，并将d 秘密保存为其秘密密钥。 p和q 可以毁去不用，以增加其安全性。,激光美容网,RSA加解密过程,
14、设B欲将明文m秘密传送给A 1.B在公开档案库中找出A的公开密钥E(e，n)。 2.将m分组为m=m1m2mr并将其数字化。 3.B对每一分组执行加密操作：c=me(mod n) 4.B将c传送给A。 5.A收到密文c后，利用其私有密钥d，执行解密操作：m=cd(mod n),激光美容网,RSA例题,假设现在有A方和B方需要秘密通信，B方欲将明文“public key encryptions” 加密后发送给A方。 一、A方建立一密钥系统 1.先取两个素数(保密)：p=43，q=59 2.计算公开模数:n=qp=4359=2539 (n)=(p-1)(q-1)=4258= 2436 3.随机选取
15、加密密钥(公钥)：e=13 要求gcd(e, (n)=1 4.计算解密密钥(私钥)：d=e-1(mod (n)=937 5.将加密密钥n，e公开，将d保密， p、q和 (n) 可以毁去不用，以增加其安全性。,激光美容网,RSA例题,二、B方加密 1. B在公开档案库中找出A的公开密钥E(e，n)。 2.先将m分组为m=m1m2mr。 即将明文m= public key encryptions 按两字一组分块为： pu bl ic ke ye nc ry pt io ns 3.将明文数字化：按英文字母顺序设a=00，b=01，c=02，y=24，z=25，以此将明数字化为 1520 0111 0802 1004 2404 1302 1724 1519 0814 1418 4.利用A的加密密钥e和n，利用公式 c=me(mod n)对每组明文加密，得到如下密文: 0095 1648 1410 1299 1365 1379 2333 2132 1751 1289 5.将密文发送给A方。 三、A方解密 A方将用解密密钥d和利用公式 m=ed(mod n)，对接收到的密文进行解密。解密后可得到明文m。,激光美容网,RSA参数的选择 1.P与q必须为强素数 2.P与q的差必须很大（差几个位以上） 3.p-1与q-1的最大公因子应很小
