《信息安全概论 教学课件 ppt 作者 张雪锋 第2章 信息保密技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信息安全概论 教学课件 ppt 作者 张雪锋 第2章 信息保密技术（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 信息保密技术,第二章 信息保密技术,2.1 概述 2.2 古典密码 2.3 分组加密技术 2.4 公钥加密技术,密码技术的发展历史 密码技术几乎与文字的历史一样长。 古典密码：远古1949年 近代密码：19491976年 现代密码：1976至今,2.1 概述,密码学的基本概念,密码学（cryptology）作为数学的一个分支，是密码编码学和密码分析学的统称。 使消息保密的技术和科学叫做密码编码学（cryptography）。 破译密文的科学和技术就是密码分析学（cryptanalysis）。,密码学的基本目的是面对攻击者Oscar，在被称为Alice和Bob的通信双方之间应用不安全的信
2、道进行通信时，保证通信安全。,明文,密文,明文,Alice,Bob,Oscar,密码学的基本概念,密码体制的定义 密码体制：密码体制的构成包括以下要素： M：明文消息空间，表示所有可能的明文组成的有限集。 C：密文消息空间，表示所有可能的密文组成的有限集。 K：密钥空间，表示所有可能的密钥组成的有限集。 E：加密算法集合。 D：解密算法集合。,密码学的基本概念,保密通信的一般机制,密码学的基本概念,密码体制的分类,对称密匙密码系统 Symmetric Key Cryptosystem,加密密钥=解密密钥,非对称密匙密码系统 Asymmetric Key Cryptosystem,加密密钥解密密
3、钥,钥匙是保密的,加密密钥为公钥（Public Key） 解密密钥为私钥（Private Key）,密码学的基本概念,密码学的基本概念,密码学的基本概念,2.2 古典密码,移位密码 代换密码 置换密码,移位密码的加密对象为英文字母，移位密码采用对明文消息的每一个英文字母向前推移固定位的方式实现加密。换句话说，移位密码实现了26个英文字母的循环移位。 移位密码中，当取密钥k=3时，得到的移位密码称为凯撒密码，因为该密码体制首先被Julius Caesar所使用。,移位密码,假设明文为：,18 04 02 20 17 08 19 24,25 11 09 01 24 15 02 05,18 04 0
4、2 20 17 08 19 24,加密,解密,z l j b y p c f,代换密码,假设明文为：,s,e,c,u,r,i,t,y,k,t,e,x,l,o,z,n,s,e,c,u,r,i,t,y,加密：,解密：,置换密码：保持明文字符未改变，通过重排而更改位置，又称换位密码（Transposition Cipher）。,置换密码,置换密码举例,例：栅栏式密码 美国南北战争时期（1861-1865年），军队中曾经使用过的“栅栏”式密码（rail fence cipher)。 （1）原理 明文：send help 加密过程： s n h l e d e p 密文：s n h l e d e p
5、（2）算法描述 将明文写成双轨的形式，然后按行的顺序书写得到密文。,置换密码举例,例：矩阵置换：以矩阵形式排列明文，逐行写入，逐列读出。 密钥指出各列读出的顺序 如:明文abcdefghijklmnopqrstuvwxyzab 密钥为:4312567 dkry cjqx ahov bipw elsz fmta gnub,2.2 分组加密技术,2.2.1 基本概念 2.2.2 DES算法 2.2.3 分组密码的分析方法,基本概念,分组密码是指将处理的明文按照固定长度进行分组，加解密的处理在固定长度密钥的控制下，以一个分组为单位独立进行，得出一个固定长度的对应于明文分组的结果 。属于对称密码体制的
6、范畴 。 1) 明文分组（固定长度）。 2）密钥分组（固定长度）。 3）以组为单位独立进行运算，得到密文（长度固定）。,在分组密码中用代替、置换实现扩散和混淆功能 。 混淆：指加密算法的密文与明文及密钥关系十分复杂，无法从数学上描述，或从统计上去分析。 扩散：明文（密钥）中的任一位，对全体密文位有影响。经此扩散作用，可以隐藏明文的统计特性，增加密码的安全。,基本概念,DES算法,DES算法的产生 发明人：美国IBM公司W. Tuchman 和 C. Meyer 1971-1972年研制成功。 基础：1967年美国Horst Feistel提出的理论。 产生：美国国家标准局（NBS)1973年5
7、月到1974年8月发布通告，公开征求用于电子计算机的加密算法。经评选从一大批算法中采纳了IBM的LUCIFER方案。 标准化：DES算法1975年3月公开发表，1977年1月15日由美国国家标准局颁布为数据加密标准（Data Encryption Standard），于1977年7月15日生效。,DES算法的产生 1979年，美国银行协会批准使用DES。 1980年，DES成为美国标准化协会(ANSI)正式发布的标准。 1984年2月，ISO成立的数据加密技术委员会(SC20)在DES基础上制定数据加密的国际标准工作。,DES算法,DES算法的描述 为二进制编码数据设计的，可以对计算机数据进行
8、密码保护的数学运算。 DES使用56位密钥对64位的数据块进行加密，并对64位的数据块进行16轮编码。在每轮编码时，一个48位的“每轮”密钥值由56位的“种子”密钥得出来。 DES算法的参数有三个：Key、Data和Mode。 Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥； Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据； Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。 64位明文变换到64位密文； 64位密钥，实际可用长度56位。,DES算法,DES算法,初始换位的功能：64位数据块按位重新组合，把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位。 其置换规则见下表： 58 50 42
9、 34 26 18 10 2 60 52 44 36 28 20 12 4 62 54 46 38 30 22 14 6 64 56 48 40 32 24 16 8 57 49 41 33 25 17 9 1 59 51 43 35 27 19 11 3 61 53 45 37 29 21 13 5 63 55 47 39 31 23 15 7 逆置换正好是初始置的逆运算。,DES算法,DES一次迭代加密过程,DES算法,DES一次迭代加密过程,DES算法,扩展置换为: 32 1 2 3 4 5 4 5 6 7 8 9 8 9 10 11 12 13 12 13 14 15 16 17 16
10、 17 18 19 20 21 20 21 22 23 24 25 24 25 26 27 28 29 28 29 30 31 32 1 P-盒置换为： 16 7 20 21 29 12 28 17 1 15 23 26 5 18 31 10 2 8 24 14 32 27 3 9 19 13 30 6 22 11 4 25,DES算法,S-盒： S1,S2.S8的选择函数，是DES算法的核心。其功能是把6bit数据变为4bit数据。 S1: 14 4 13 1 2 15 11 8 3 10 6 12 5 9 0 7 0 15 7 4 14 2 13 1 10 6 12 11 9 5 3 8
11、4 1 14 8 13 6 2 11 15 12 9 7 3 10 5 0 15 12 8 2 4 9 1 7 5 11 3 14 10 0 6 13 在S1中，有4行数据，命名为0，1、2、3行； 每行有16列，命名为0、1、2、3，14、15列。 设输入为： DD1D2D3D4D5D6 令：列D2D3D4D5 行D1D6 在S1表中查得对应的数，以4位二进制表示，即为选择函数S1的输出。,DES算法,DES算法,DES解密 DES算法经过精心选择各种操作而获得了一个非常好的性质：加密和解密可使用相同的算法，即解密过程是将密文作为输入序列进行相应的DES加密，与加密过程惟一不同之处是解密过程
12、使用的轮密钥与加密过程使用的次序相反。 解密过程产生各轮子密钥的算法与加密过程生成轮密钥的算法相同，与加密过程不同的是解密过程产生子密钥时，初始密钥进行循环右移操作，每产生一个子密钥对应的初始密钥移动位数分别为0，1，2，2，2，2，2，2，1，2，2，2，2，2，2，1。这样就可以根据初始密钥生成加密和解密过程所需的各轮子密钥。,DES算法,DES的两个主要弱点： 密钥容量：56位不太可能提供足够的安全性。 S盒：可能隐含有陷井(Hidden trapdoors)。 DES的半公开性： S盒的设计原理至今未公布。,DES算法,DES的破译 DES的实际密钥长度为56-bit，就目前计算机的计
13、算能力而言，DES不能抵抗对密钥的穷举搜索攻击。 1997年1月28日，RSA数据安全公司在RSA安全年会上悬赏10000美金破解DES，克罗拉多州的程序员Verser在Inrernet上数万名志愿者的协作下用96天的时间找到了密钥长度为40-bit和48-bit的DES密钥。 1998年7月电子边境基金会（EFF）使用一台价值25万美元的计算机在56小时之内破译了56-bit的DES。 1999年1月电子边境基金会（EFF）通过互联网上的10万台计算机合作，仅用22小时15分就破解了56-bit的ES。 不过这些破译的前提是，破译者能识别出破译的结果确实是明文，也即破译的结果必须容易辩认。如
14、果明文加密之前经过压缩等处理，辩认工作就比较困难。,DES算法,分组密码的分析方法,解密与密码分析 解密是加密的逆过程，是指掌握密钥和密码算法的合法人员从密文恢复出明文的过程。 密码分析则是指非法人员对密码的破译，而且破译以后不会告诉对方。 共同点： “解密（脱密）”和“密码分析（密码破译）”都是设法将密文还原成明文。 不同点： 二者的前提不同： “解密（脱密）”掌握了密钥和密码体制 密码分析（破译）则没有掌握密钥和密码体制,假设破译者是在已知密码体制的前提下来破译使用的密钥。这个假设称为Kerckhoff原则。 根据攻击者掌握的信息，可将分组密码的攻击分为以下几类： 唯密文攻击：攻击者除所截
15、获的密文外，没有其他可利用的信息。 已知明文攻击：攻击者仅知道当前密钥下的一些明密文对。 选择明文攻击：攻击者能获得当前密钥下的一些特定的明文所对应的密文。 选择密文攻击：攻击者能获得当前密钥下的一些特定的密文所对应的明文。,分组密码的分析方法,一种攻击的复杂度可以分为两部分： 数据复杂度和处理复杂度。 数据复杂度是实施该攻击所需输入的数据量。 处理复杂度是处理这些数据所需的计算量。 对某一攻击通常是以这两个方面的某一方面为主要因素，来刻画攻击复杂度。 例如： 穷举攻击的复杂度实际就是考虑处理复杂度； 差分密码分析其复杂度主要是由该攻击所需的明密文对的数量来确定。,分组密码的分析方法,1.强力
16、攻击 强力攻击可用于任何分组密码 攻击的复杂度只依赖于分组长度和密钥长度。 严格地讲攻击所需的时间复杂度依赖于分组密码的工作效率（包括加解密速度、密钥扩散速度以及存储空间等）。 强力攻击常见的有：穷举密钥搜索攻击、字典攻击、查表攻击和时间-存储权衡攻击等。,分组密码的分析方法,2. 差分密码分析 通过分析明文对的差值对密文对的差值的影响来恢复某些密钥比特。 基本步骤： 随机选择具有固定差分的一对明文，只要求它们符合特定差分条件。 使用输出密文中的差分，按照不同的概率分配给不同的密钥。 随着分析的密文对越来越多，其中最可能的一个密钥就显现出来了。这就是正确的密钥。,分组密码的分析方法,3.线性密码分析 本质： 一种已知明文攻击方法。 基本思想 ：通过寻找一个给定密码算法的有效的线性近似表达式来破译
