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1、计算机网络第 11 章 计算机网络安全111.1 网络安全问题概述11.1.1 计算机网络面临的安全性威 胁 n计算机网络上的通信面临以下的四种威胁：(1) 截获从网络上窃听他人的通信内容。(2) 中断有意中断他人在网络上的通信。(3) 篡改故意篡改网络上传送的报文。(4) 伪造伪造信息在网络上传送。n截获信息的攻击称为被动攻击，而更改信息和 拒绝用户使用资源的攻击称为主动攻击。2对网络的被动攻击和主动 攻击 截获篡改伪造中断被动攻击主 动 攻 击目的站源站源站源站源站目的站目的站目的站3被动攻击和主动攻击n在被动攻击中，攻击者只是观察和分析 某一个协议数据单元 PDU 而不干扰信 息流。n主
2、动攻击是指攻击者对某个连接中通过 的 PDU 行各种处理。n更改报文流 n拒绝报文服务 n伪造连接初始化 4(1) 防止析出报文内容； (2) 防止通信量分析； (3) 检测更改报文流； (4) 检测拒绝报文服务； (5) 检测伪造初始化连接。计算机网络通信安全的目标 5(1) 计算机病毒会“传染”其他程序的程序， “传染”是通过修改其他程序来把自身或其变 种复制去完成的。 (2) 计算机蠕虫通过网络的通信功能将自 身从一个结点发送到另一个结点并启动运行 的程序。 (3) 特洛伊木马一种程序，它执行的功能 超出所声称的功能。 (4) 逻辑炸弹一种当运行环境满足某种特 定条件时执行其他特殊功能的
3、程序。 恶意程序(rogue program) 611.1.2 计算机网络安全的 内容n保密性n安全协议的设计 n接入控制 711.1.3 一般的数据加密模 型 E 加密算法D 解密算法加密密钥 K解密密钥 K明文 X明文 X密文 Y = EK(X)截取者截获篡改密钥源安全信道8一些重要概念 n密码编码学(cryptography)是密码体制的设计学 ，而密码分析学(cryptanalysis)则是在未知密钥 的情况下从密文推演出明文或密钥的技术。密码 编码学与密码分析学合起来即为密码学 (cryptology)。n如果不论截取者获得了多少密文，但在密文中都 没有足够的信息来惟一地确定出对应的
4、明文，则 这一密码体制称为无条件安全的，或称为理论上 是不可破的。n如果密码体制中的密码不能被可使用的计算资源 破译，则这一密码体制称为在计算上是安全的。 911.2 常规密钥密码体制 n所谓常规密钥密码体制，即加密密钥与 解密密钥是相同的密码体制。n这种加密系统又称为对称密钥系统。我 们先介绍在常规密钥密码体制中的两种 最基本的密码。 1011.2.1 替代密码与置换密码n替代密码(substitution cipher)的原理可用 一个例子来说明。（密钥是 3） abcdefghijklmnopqrstuvwxyz DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCcaesar ciph
5、erFDHVDU FLSKHU明文 密文明文 c 变成了密文 F11替代密码与置换密码n替代密码(substitution cipher)的原理可用 一个例子来说明。（密钥是 3） abcdefghijklmnopqrstuvwxyz DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCcaesar cipherFDHVDU FLSKHU明文 密文明文 a 变成了密文 D12替代密码与置换密码n替代密码(substitution cipher)的原理可用 一个例子来说明。（密钥是 3） abcdefghijklmnopqrstuvwxyz DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCc
6、aesar cipherFDHVDU FLSKHU明文 密文明文 e 变成了密文 H13CIPHER 145326 attack begins atfour置换密码n置换密码(transposition cipher)则是按照某一规则 重新排列消息中的比特或字符顺序。 密钥 顺序明文根据英文字母在 26 个字母中的先 后顺序，我们可以得出密钥中的每 一个字母的相对先后顺序。因为密 钥中没有 A 和 B，因此 C 为第 1。 同理，E 为第 2，H 为第 3,， R 为第 6。于是得出密钥字母的相 对先后顺序为 145326。 14CIPHER 145326 attack begins atfo
7、ur置换密码n置换密码(transposition cipher)则是按照某一规则 重新排列消息中的比特或字符顺序。 密钥 顺序明文根据英文字母在 26 个字母中的先 后顺序，我们可以得出密钥中的每 一个字母的相对先后顺序。因为密 钥中没有 A 和 B，因此 C 为第 1。 同理，E 为第 2，H 为第 3,， R 为第 6。于是得出密钥字母的相 对先后顺序为 145326。 15CIPHER 145326 attack begins atfour置换密码n置换密码(transposition cipher)则是按照某一规则 重新排列消息中的比特或字符顺序。 密钥 顺序明文根据英文字母在 26
8、 个字母中的先 后顺序，我们可以得出密钥中的每 一个字母的相对先后顺序。因为密 钥中没有 A 和 B，因此 C 为第 1。 同理，E 为第 2，H 为第 3,， R 为第 6。于是得出密钥字母的相 对先后顺序为 145326。 16CIPHER 145326 attack begins atfour置换密码n置换密码(transposition cipher)则是按照某一规则 重新排列消息中的比特或字符顺序。 密钥 顺序明文根据英文字母在 26 个字母中的先 后顺序，我们可以得出密钥中的每 一个字母的相对先后顺序。因为密 钥中没有 A 和 B，因此 C 为第 1。 同理，E 为第 2，H 为第
9、 3,， R 为第 6。于是得出密钥字母的相 对先后顺序为 145326。 17CIPHER 145326 attack begins atfour置换密码n置换密码(transposition cipher)则是按照某一规则 重新排列消息中的比特或字符顺序。 密钥 顺序明文根据英文字母在 26 个字母中的先 后顺序，我们可以得出密钥中的每 一个字母的相对先后顺序。因为密 钥中没有 A 和 B，因此 C 为第 1。 同理，E 为第 2，H 为第 3,， R 为第 6。于是得出密钥字母的相 对先后顺序为 145326。 18CIPHER 145326 attack begins atfour置换
10、密码n置换密码(transposition cipher)则是按照某一规则 重新排列消息中的比特或字符顺序。 密钥 顺序明文根据英文字母在 26 个字母中的先 后顺序，我们可以得出密钥中的每 一个字母的相对先后顺序。因为密 钥中没有 A 和 B，因此 C 为第 1。 同理，E 为第 2，H 为第 3,， R 为第 6。于是得出密钥字母的相 对先后顺序为 145326。 19CIPHER 145326 attack begins atfour密文的得出密钥 顺序明文先读顺序为 1 的明文列，即 aba 20CIPHER 145326 attack begins atfour密文的得出密钥 顺序明
11、文再读顺序为 2 的明文列，即 cnu 21CIPHER 145326 attack begins atfour密文的得出密钥 顺序明文再读顺序为 3 的明文列，即 aio 22CIPHER 145326 attack begins atfour密文的得出密钥 顺序明文再读顺序为 4 的明文列，即 tet 23CIPHER 145326 attack begins atfour密文的得出密钥 顺序明文再读顺序为 5 的明文列，即 tgf 24CIPHER 145326 attack begins atfour密文的得出密钥 顺序明文最后读顺序为 6 的明文列，即 ksr 因此密文就是：abac
12、nuaiotettgfksr 25CIPHER 145326 attack begins atfour接收端收到密文后按列写下密钥 顺序明文先写下第 1 列密文 aba 收到的密文：abacnuaiotettgfksr 26CIPHER 145326 attack begins atfour接收端收到密文后按列写下密钥 顺序明文再写下第 2 列密文 cnu 收到的密文：abacnuaiotettgfksr 27CIPHER 145326 attack begins atfour接收端收到密文后按列写下密钥 顺序明文再写下第 3 列密文 aio 收到的密文：abacnuaiotettgfksr
13、28CIPHER 145326 attack begins atfour接收端收到密文后按列写下密钥 顺序明文再写下第 4 列密文 tet 收到的密文：abacnuaiotettgfksr 29CIPHER 145326 attack begins atfour接收端收到密文后按列写下密钥 顺序明文再写下第 5 列密文 tgf 收到的密文：abacnuaiotettgfksr 30CIPHER 145326 attack begins atfour接收端收到密文后按列写下密钥 顺序明文最后写下第 6 列密文 ksr 收到的密文：abacnuaiotettgfksr 31CIPHER 14532
14、6 attack begins atfour接收端从密文解出明文密钥 顺序明文最后按行读出明文收到的密文：abacnuaiotettgfksr 32CIPHER 145326 attack begins atfour接收端从密文解出明文密钥 顺序明文最后按行读出明文收到的密文：abacnuaiotettgfksr 33CIPHER 145326 attack begins atfour接收端从密文解出明文密钥 顺序明文最后按行读出明文收到的密文：abacnuaiotettgfksr 得出明文：attackbeginsatfour 34序列密码与分组密码 n序列码体制是将明文 X 看成是连续的比
15、 特流(或字符流)x1x2，并且用密钥序列K k1k2中的第 i 个元素 ki 对明文中的 行加密，即 35序列密码体制 密钥序列产生器种子I0发端ki密钥序列产生器种子I0收端ki密文序列明文序列明文序列yiyi在开始工作时种子 I0 对密钥序列产生器行初始化。 按照模 2 行运算，得出： (9-1)36序列密码体制 密钥序列产生器种子I0发端ki密钥序列产生器种子I0收端ki密文序列明文序列明文序列yiyi在收端，对 yi 的解密算法为： (9-2)序列密码又称为密钥流密码。 37序列密码体制的保密性 n序列密码体制的保密性完全在于密钥的随机性 。n如果密钥是真正的随机数，则这种体制就是理
16、 论上不可破的。这也可称为一次一密乱码本体 制。n严格的一次一密乱码本体制所需的密钥量不存 在上限，很难实用化。n密码学家试图模仿这种一次一密乱码本体制。 目前常使用伪随机序列作为密钥序列。关键是 序列的周期要足够长，且序列要有很好的随机 性（这很难寻找）。 38分组密码n它将明文划分成固定的 n 比特的数据组，然后以 组为单位，在密钥的控制下行一系列的线性或 非线性的变化而得到密文。这就是分组密码。n分组密码一次变换一组数据。n分组密码算法的一个重要特点就是：当给定一个 密钥后，若明文分组相同，那么所变换出密文分 组也相同。n分组密码的一个重要优点是不需要同步 39分组密码体制 输入输出加密 算法密钥明文 输入输出解密 算法密钥明文n bitn bitn bitn bit密文密文4011.2.2 数据加密标准 DESn数据加密标准 DES 属于常规密钥密码体制， 是一种分组密码。n在加
