信息保密技术课件

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1、第二章 信息保密技术,密码学的发展,第一个阶段:1949年以前 古典加密 计算机技术出现以前 密码学作为一种技艺,而不是一门科学 第二个阶段:1949年到1976年 标志: Shannon 发表”Communication Theory of Secrecy System” 密码学进入了科学的轨道 主要技术: 单密钥的对称密钥加密算法 第三个阶段 :1976年以后 标志 : Diffie,Hellman发表”New Dircetions in Cryptography” 一种新的密码体制 : 公开密钥体制,本章提示 2.1 古典密码 2.2 分组加密技术 2.3 公钥加密技术 2.4 流密码技

2、术 2.5 信息隐藏技术,名词解释,1.明文（plaintext) 未加密的信息。 2.密文（ciphertext) 已加密的信息。 3.密钥（key) 控制密码变换操作的符号序列，是保密的核心。 4.加密（encryption） 将明文变换成密文的过程。 5.解密（decryption） 将密文变换成明文的过程。 6.密码算法（cipher algorithm) 密码算法是一些公式、法则或程序，是加密算法和解密算法的统称, 是密码系统的核心。,核心密码： 用于保护党、政、军的核心机密。 普通密码： 用于保护国家和事企业单位的低于核心机密而高于商用的机密信息。 商用密码： 用于保护国家和事企业

3、单位的非机密的敏感信息。 个人密码： 用于保护个人的隐私信息。 前三种密码均由国家密码管理局统一管理！,*我国的密码分级：,伪装信息，使未授权者不能理解它的真实含义。 所谓伪装就是对信息进行一组可逆的数学变换。 伪装前的原始信息称为明文, 伪装后的信息称为密文，伪装的过程称为加密。去掉伪装还原明文的过程称为解密。加密在加密密钥的控制下进行。解密在解密密钥的控制下进行。用于加密的一组数学变换称为加密算法。用于解密的一组数学变换称为解密算法。,*密码的基本思想,1、密码体制(Cryptosystem)的构成 密码体制由以下五部分组成： 明文空间P：全体明文的集合 密文空间C：全体密文的集合 密钥空

4、间K：全体密钥的集合，K 加密算法E：一组由PC的加密变换 解密算法D：一组由CP的解密变换。解密变 换是加密变换的逆。,*密码体制,对于一个确定的密钥，加密算法将确定出一个具体的加密变换，解密算法将确定出一个具体的解密变换，而且解密变换就是加密变换的逆变换。 对于明文空间的每一个明文M，加密算法E在密钥Ke的控制下将明文M加密成密文C： CE(P, Ke ) 而解密算法D在密钥Kd的控制下将密文解出同一明文M。 PD(C, Kd)= D(E(P, Ke), Kd),明 文,明 文,加 密 算 法,解 密 算 法,信 道,C,P,攻击者,加密钥,密钥 K,Ke,Kd,P,C,解密钥,密钥空间,

5、干扰 人为攻击,2、密码体制的分类 从加密钥与解密钥是否相等划分： 传统密码： 对称密钥、单密钥 公开密钥密码：,Ke Kd,Ke Kd ，且由Ke 不能计算出 Kd,从密钥的使用方式划分： 序列密码： 明文、密文、密钥以位为单位加解密； 核心密码的主流； 分组密码： 明文、密文、密钥以分组为单位加解密； 商用密码的主流： DES AES SMS4,典型密码： 传统密码： 分组：DES IDEA EES AES SMS4 序列：RC4 公开密钥密码： RSA ELGamal ECC,研究密码编制的科学称为密码编制学(Cryptography), 研究密码破译的科学称为密码分析学(Cryptan

6、alysis)， 而密码编制学和密码分析学共同组成 密码学(Cryptology)。,*密码学的组成,密码分析 如果能够根据密文系统地确定出明文或密钥，或者能够根据明文-密文对系统地确定出密钥，则我们说这个密码是可破译的。 一个密码，如果无论密码分析者截获了多少密文和用什么方法进行攻击都不能被攻破，则称为是绝对不可破译的。 绝对不可破译的密码学在理论上是存在的。 “一次一密”,1)穷举攻击 密码分析者采用依次试遍所有可能的密钥对所获密文进行解密，直至得到正确的明文；或者依次用一个确定的密钥对所有可能的明文进行加密，直至得到所获得的密文。 显然，理论上，对于任何实用密码只要有足够的资源，都可以用

7、穷举攻击将其改破。,密码分析分类,2)统计分析攻击 所谓统计分析攻击就是指密码分析者通过分析密文和明文的统计规律来破译密码。 统计分析攻击在历史上为破译密码作出过极大的贡献。许多古典密码都可以通过统计分析而破译。,3)数学分析攻击 所谓数学分析攻击是指密码分析者针对加密算法的数学依据通过数学求解的方法来破译密码。 为了对抗这种数学分析攻击，应当选用具有坚实数学基础和足够复杂的加密算法。,2.1 古典密码,代换密码 单表代换密码 移位密码 替换密码 仿射密码 多表代换密码 Vigenre(维吉尼亚）密码 置换密码,用新的字符代替明文,原有的明文不变，只是它们的排序顺序发生了置换,1.代换密码,单

8、表代换密码 多表代换密码,首先构造一个或多个密文字母表，然后用密文字母表中的字母或字母组来代换明文字母或字母组，各字母或字母组的相对位置不变，但其本身改变了。这样编成的密码称为代换密码。,1）单表代换密码,单表代换密码是对明文的所有字母都用一个固定的明文字母表到密文字母表的映射 ，几类常见的单表代换密码 移位密码 替换密码 仿射密码 单表代换密码不能非常有效地抵抗密码攻击，因为语言的特征仍能从密文中提取出来,a.移位密码,由于英文字符有26个字母，可以建立英文字母和模26的剩余之间的对应关系：,移位密码（续）,对于英文文本，则明文、密文空间都可定义为 （很容易推广到n个字母的情况）。容易看出移

9、位满足我们密码系统的定义，即 。,设 定义 ，且 。,凯撒密码,历史上最著名的移位密码就是凯撒密码。 凯撒密码(Caesar cipher) （1）原理（明密对照表） 明文：a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z 密文：d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c （2）算法描述（数学描述） 假设明文字母用P表示，密文字母用C表示，密钥用K表示，加密变换用E表示，解密变换用D表示，并设a=0,b=1,c=2,d=3,x=23,y=24,z=25,则有： C=Ek(p)=(p

10、+3)mod(26) p=Dk(C)=(C-3)mod(26)-C不够减时可向前借位,在计算机中，a=97,b=98,c=99,d=100,x=120,y=121,z=122，则： 明密对照表如下： 明文： 97， 98， 99，100，120，121，122 密文：100，101，102，103， 97， 98， 99 加/解密算法描述如下： C=Ek(P)=(P-97)+3mod(26)+97 p=Dk(C)=(C-97)-3mod(26)+97 -若(C-97-3) 0时，C可借位 （1）求明文字母a的密文字母的过程如下： C=（a-97）+3mod(26)+97=3+97=100(d)

11、 （2）求明文字母y的密文字母的过程如下： C=（y-97)+3mod(26)+97=27mod(26)+97=1+97=98（b) （3）求密文字母b的明文字母的过程如下： P=(98-97)-3mod(26)+97=(1-3)+26mod(26)+97=24+97=121（y) (4) 求密文字母d的明文字母的过程如下： P=(100-97)-3mod(26)+97=0mod(26)+97=97(a),b.替换密码,定义,设 ，密钥空间K由所有可能的26个符号0，1，.，25的置换组成。对每一个置换 ，定义 则， 其中 的逆置换。,置换 的表示为： 替换密码的密钥是由26个字母的置换组成。

12、这些置换的数目是26！，超过 ，是一个非常大的数。这样即使对现代计算机来说，穷举密钥搜索也是不可行的。显然，替换密码的密钥（26个元素的随机置换）太复杂而不容易记忆，因此实际中密钥句子常被使用。密钥句子中的字母被依次填入密文字母表（重复的字母只用一次），未用的字母按自然顺序排列。,c.仿射密码,加密函数为： 当a1时，为移位密码 仿射函数是双射 当且仅当gcd (a,26)=1时同余方程 对每个y有唯一的解,仿射密码系统,设 ，且 对 定义 且 因为满足 ，gcd(a,26)=1的 只有12种候选，对参数没有要求。所以仿射密码有 种可能的密钥。,2）多表代换密码,单表代换密码的安全性不高，一个

13、原因是一个明文字母只由一个密文字母代换。 构造多个密文字母表， 在密钥的控制下用相应密文字母表中的一个字母来代换明文字母表中的一个字母。一个明文字母有多种代换。,多表代换密码（续）,经典的多表代换密码有 Vigenre维吉尼亚 Beaufort博福特 Running-Key滚动密钥 Vernam弗纳姆 轮转机（Rotor machine）等,Vigenere密码：著名的多表代换密码,a.Vigenre密码,Vigenre密码的代换规则是用明文字母在Vigenre方阵中的列和密钥字母在Vigenre方阵中的行的交点处的字母来代换该明文字母。 构成 明文：每个字符惟一对应一个025间的数字。 密钥

14、：一个字符串，其中每个字符同明文一样对应一个数字，代表位移值，如a 表示位移 0，b 表示位移 1，c 表示位移 2， ）。 加密过程： 将明文数字串依据密钥长度分段，并逐一与密钥数字串相加（模26），得到密文数字串； 最后，将密文数字串转换为字母串。,明 文 字 母 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z B B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A C C D

15、 E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B D D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C O O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N R R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q W W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V X X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W Y Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Z Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y,Vigenre方阵,密 钥 字 母,例利用Vigenre密码，使用密钥word加密信息computer。 明文：comp uter 密钥：word 密文：ycd