2.1 信息保密技术

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1、二、 信息保密技术 - 密码学,主要内容,2.1 密码学简介 2.2 古典密码 2.3 分组加密技术 2.4 公钥加密技术 2.5 流密码技术 2.6 电子信封技术,2.1 密码学简介,密 码 学,密：秘密，目的是使信息处于秘密的状态 码：编码，信息从一种形式到另一种形式的转变 学：学科，将数学应用于信息安全中。,学科认识,Cryptology,cryptos (隐藏之意) logos (词语之意),希腊词汇,学科认识,原始部落间的秘密通信,大约4000年以前，古埃及贵族,密码学简史,信息载体：奴隶的头,剃光,信息传递：长出头发的奴隶,在书写墓碑上的铭文时,使用了变形的而不是普通的象形文字，揭

2、开了有文字记载的密码史。,公元前世纪，古斯巴达人 用一条带子缠绕在一根木棍上， 沿木棍纵轴方向写好明文， 解下来的带子上就只有杂乱无章的密文字母。 解密者只需找到相同直径的木棍， 再把带子缠上去，沿木棍纵轴方向即可读出有意义的明文。 这种叫做“天书”的器械堪称人类历史上最早使用的密码器械。,密码学简史,公元前1世纪，著名的恺撒密码(古罗马统帅恺撒:约公元前10044)被用于高卢战争中，这是一种简单易行的单字母替代密码。,密码学简史,密码学简史,9世纪，阿拉伯的阿尔.金迪提出频度分析的方法来解密，通过分析计算密文字符出现的频率来破译密码。16世纪晚期，苏格兰女王玛丽 密码信，策划暗杀英国女王伊丽

3、莎白。 英国的菲利普斯 利用频度分析法成功破解 这次解密将玛丽送上了断头台。,密码学简史,16世纪中期，意大利的卡尔达诺发明了卡尔达诺漏格板，覆盖在密文上，可从漏格中读出明文，这是较早的一种分置式密码。,追杀令：YOU KILL AT ONCE,情书,密钥,16世纪晚期， 法国的维吉尼亚Vigenere 提出著名的维吉尼亚方阵密表、维吉尼亚密码， 这是一种多表加密的替代密码， 可使阿尔.金迪和菲利普斯的频度分析法失效。,密码学简史,密码学简史,维吉尼亚方阵密表,19世纪， 英国的巴贝奇、普鲁士的卡西斯基Kasiski 发展了更复杂的频度分析法， 可破解维吉尼亚密码,密码学简史,密码学简史,17

4、世纪， 英国著名的哲学家 弗朗西斯培根 学问的发展 最早给密码下了定义： “所谓密码应具备三个必要的条件，即 易于翻译、第三者无法理解、在一定场合下不易引人生疑。”,密码学简史,1883年，荷兰密码学家A.Kerckhoffs密码设计规则军事密码学： G 密码系统应该是计算安全的； G 密钥由通信双方事先约定好，并根据一定协议进行更换； G 密码系统应该易于使用；G 密码系统应该精确而有效； G 除了密钥，密码系统的所有细节都为对手所知。Kerckhoffs原则在今天看来仍然具有十分重要的现实意义。,11世纪 兵书武经总要 中国历史上第一部有关密码的记述 介绍了一个小型却名副其实的密码本。,密

5、码学简史,密码学简史,劉邦打下天下之後，害怕韓信造反，所以打算把他殺了。 又怕他帶的士兵太多，所以問了一下韓信目前帶了多少兵？ 韓信感覺氣氛詭異，因此回答： 兵不知數，三三數之剩二，五五數之剩三，七七數之剩二 這個回答讓劉邦不知所措，連軍師張良一下子也算不出， 想到一个数136,0128 (一百多万)，不敢輕舉妄動。 韓信所帶的兵，人數可以少到23人，當然也可能是千萬人， 通解為23+105t 105=3,5,7 中国剩余定理,密码学简史,一战前，密码研究还只限于一个小领域，没有得到各国应有的重视。 第一次世界大战是世界密码史上的第一个转折点。 随着战争的爆发，各国逐渐认识到密码在战争中发挥的

6、巨大作用， 积极给予大力扶持，使密码很快成为一个庞大的学科领域。第一次世界大战进行到关键时刻，英国破译密码的专门机构“40号房间”利用缴获的德国密码本破译了著名的“齐默尔曼电报”，促使美国放弃中立参战，改变了战争进程。,密码学简史,第二次世界大战爆发后， 世界各国开始重视对密码破译的研究工作，纷纷成立专门的研究和破译机构，在战争中发挥重要的作用。德国潜艇指挥部德尼茨的B机关泄露了太多的军事情报。 波兰人和英国人破译了德国著名的“恩格玛”密码机密码， 德国的许多重大军事行动对盟军都不成为秘密。,1944年6月4日， 德国U-505潜艇受到美海军特遣大队反潜深炸弹攻击， 受伤浮起后，美军冲入无线电

7、室， 缴获了密码机和大量明、密报， 并秘密将U-505潜艇拖回美国。 德军误认为U-505潜艇沉没海底而未换密码。 在欧战结束前的11个月里，依靠破译的密码， 美军和同盟国军队共击沉德国潜艇300多艘，平均每天一艘， 同时大大减少了自己船只的损失， 对战争的胜利产生了重大影响。,密码学简史,美军成功地破译了日本的通讯密码， 从而导致日本在中途岛海战中失利， 既报了珍珠港的一箭之仇，又使太平洋战场的局面得到彻底扭转。二战期间，美军破译日本海军密码多达75种，由于密码被破译， 日本总吨数约三之二的商船被美国潜艇击沉， 给日本军队带来了严重的战争后果。,密码学简史,山本五十六之死“山本五十六于194

8、3年4月13日下午5时55分到所罗门岛视察”的日程 用称为“紫密”的日本“九七式”密码机加密，播给第一基地部队等。美军截获，通过破译JN25密码的专用IBM设备破译出。尼米兹上将经研究决定出击： 4月13日7时25分出动18架战斗机将山本座机击落 偷袭珍珠港的元凶日本舰队总司令山本五十六死亡5月21日日本才广播这一消息。,密码学简史,密码学简史,二战结束后，一位深知战时密码破译价值的美国官员说， 密码破译使第二次世界大战缩短了几年。这种说法虽有些夸张， 但重要情报的破译确实影响了战争的进程，挽救了成千上万的生命。 第二次世界大战促进了密码的飞速发展。由于密码对于战争的胜负具有越来越重要的影响，

9、各国不惜花大量的人力物力进行密码的研究和破译。密码的编制结构更加科学，编制方法愈加复杂，各种密码的保密性出现了飞跃性的提高。在此期间，许多国家开始使用密码机进行加密，密码告别人工加密，走向机械加密的开始。,1948年以前的密码技术可以说是一种艺术，而不是一种科学， 那时的密码专家是凭直觉和信念来进行密码设计和分析的， 而不是靠推理证明。 1948年，C. E. Shannon(19162002) 在贝尔系统技术杂志上发表论文通信的数学理论， 创立了著名的新理论信息论， 保密系统的通信理论标志着密码术到密码学的转变。,密码学简史,SIGSALY电话机,Claude Shannon was bor

10、n on April 30, 1916 in the town of Gaylord, Michigan. By the 1980s, Shannon began having problems with his memory and he was later diagnosed with Alzheimers disease. In his final years he was “good-natured as usual” and enjoyed daily visits with his wife, Betsy.Eventually his body failed and he pass

11、ed away in February 2001. A Mathematical Theory of Communication. Bell Syst. Tech. J.,27:379-423, 1948 Communication Theory of Secrecy Systems. Bell Syst.Tech. J., 28: 656-715,949,信息论与密码学,为了表彰Shannon的伟大功绩，2000年10月6日IEEE Information Society 的25名成员在Shannon的儿童时代的老家Michigan的Gaylord举行了Shannon塑像的落成典礼。塑像底座

12、正面刻文如下： Claude Elwood Shannon Father of Information TheoryElectrical engineer,Mathematician,and native son of Gaylord. His creation of information theory, the mathematical theory of communication, in the 1940s and 1950s inspired the revolutionary advances in digital communications and information st

13、orage that have shaped the modern world.,信息论与密码学,This statue was donated by the Information Theory Society of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, whose members follow gratefully in his footsteps.Dedicated October 6,2000Edgene Daub, Sculptor “在我看来，两三百年之后，当人们回过头来看我们的时候，他们可能不会记得谁曾是美国

14、的总统。他们也不会记得谁曾是影星或摇滚歌星。但是仍然会知晓Shannon的名字。学校里仍然会教授信息论。”（Dr. Richard Blahut, Oct. 6, 2000, Gaylord, Michigan）,20世纪70年代中期，密码学界发生了两件跨时代的大事： Diffie和Hellman发表的题为“密码学新方向”文章， 提出了“公钥密码”新体制，冲破了传统“单钥密码”体制的束缚。传统密码体制主要功能是信息的保密，双钥(公钥)密码体制不但赋予了通信的保密性，而且还提供了消息的认证性新的双钥密码体制无需事先交换秘密钥就可通过不安全信道安全地传递信息，大大简化了密钥分配的工作量。双钥密码体

15、制适应了通信网的需要，为保密学技术应用于商业领域开辟了广阔的天地。,密码学简史,20世纪70年代中期，密码学界发生了两件跨时代的大事： 美国国家标准局NBS于1977年公布实施美国数据加密标准DES， 保密学史上第一次公开加密算法，并广泛应用于商用数据加密这两件引人注目的大事揭开了保密学的神秘面纱， 标志着保密学的理论与技术的划时代的革命性变革 为保密学的研究真正走向社会化作出了巨大贡献， 同时也为保密学开辟了广泛的应用前景。 从此，掀起了现代密码学研究的高潮。,密码学简史,自从人类有了战争，就有了密码。自古以来，通信安全保密 在国家的军事和安全部门 一直受到十分广泛的关注。从原始的手工作业

16、到采用机械设备、电器机械设备，进而发展 到今天的以使用电子计算机及微电子技术为标志的电子时代。,密码学简史(小结),密码学的作用和意义,历史上的战争，特别是两次世界大战， 对于保密学的理论与技术 的发展起了巨大的推动作用。在通信安全、保密、密码分析上的优势， 被认为是赢得历史上许多主要军事冲突 (包括二次世界大 战)胜利的关键因素之一。,密码学的作用和意义,我们正在步入一个崭新的信息社会， 信息在社会中的地位和作用越来越重要， 每个人的生活都与信息的产生、存储、处理和传递密切相关 “谁掌握了信息，控制了网络，谁就将拥有整个世界！” 信息的安全与保密问题成了人人都关心的事情， 使密码学脱去神秘的面纱， 成为大家感兴趣并为更多人服务的科学。,密码学,密码学(Cryptology)：研究信息系统安全保密的科学。它包含两个分支， 密码编码学(Cryptography)，对信息进行编码，实现对信息的隐蔽。 密码分析学(Cryptanalysis)，研究分析破译密码或消息的伪造。,