密码学基础 主要内容 n密码学基础 n现代常规加密技术 n口令问题 n黑客文化 基本概念 n密码学(Cryptology): 是研究信息系统安 全保密的科学. n密码编码学(Cryptography): 主要研究对 信息进行编码,实现对信息的隐蔽. n密码分析学(Cryptanalytics):主要研究加 密消息的破译或消息的伪造. 基本术语 n消息被称为明文(Plaintext)。用某种方法伪装消息以 隐藏它的内容的过程称为加密(Encrtption)，被加密 的消息称为密文(Ciphertext)，而把密文转变为明文 的过程称为解密(Decryption)。 n对明文进行加密操作的人员称作加密员或密码员 (Cryptographer). n密码算法(Cryptography Algorithm):是用于加密和解 密的数学函数。 n密码员对明文进行加密操作时所采用的一组规则称作 加密算法(Encryption Algorithm). n所传送消息的预定对象称为接收者(Receiver). n接收者对密文解密所采用的一组规则称为解密算法 (Decryption Algorithm). 加解密过程示意图 n加密和解密算法的操作通常都是在一组 密钥的控制下进行的,分别称为加密密钥 (Encryption Key) 和解密密钥 (Decryption Key). 明文 明文 密文 加密算法 解密算法 密钥 密钥 密码学的目的：Alice和Bob两个人在不安全的 信道上进行通信，而破译者Oscar不能理解 他们通信的内容。 加密通信的模型 Alice加密机解密机Bob 安全信道 密钥源 Oscar xyx k 加密算法 加密算法 解密算法 解密算法 明文 明文 密文 密文 原来的明文 原来的明文 K1 K1K2 K2 双钥密码的加密、解密过程 双密钥系统又称为非对称密码系统或公开密钥密码系统 密码体制 n密码体制：它是一个五元组（P,C,K,E,D)满足条 件： （1）P是可能明文的有限集；（明文空间） （2）C是可能密文的有限集；（密文空间） （3）K是一切可能密钥构成的有限集；（密钥空 间） *（4）任意k K,有一个加密算法 和相应的 解密算法 ，使得 和 分别 为加密解密函数，满足dk(ek(x)=x, 这里 x P。 密码算法分类-i n按照保密的内容分: n受限制的（restricted)算法:算法的保密性 基于保持算法的秘密。 n基于密钥（key-based)的算法:算法的保密 性基于对密钥的保密。 密码算法分类-ii n基于密钥的算法，按照密钥的特点分类： n对称密码算法（symmetric cipher)：又称传统 密码算法（conventional cipher)，就是加密密钥 和解密密钥相同，或实质上等同，即从一个易于 推出另一个。又称秘密密钥算法或单密钥算法。 n非对称密钥算法（asymmetric cipher):加密密 钥和解密密钥不相同，从一个很难推出另一个。 又称公开密钥算法（public-key cipher) 。 n公开密钥算法用一个密钥进行加密, 而用另一 个进行解密.其中的加密密钥可以公开,又称公开密 钥（public key)，简称公钥.解密密钥必须保密,又 称私人密钥（private key)私钥.简称私钥。 密码算法分类-iii n按照明文的处理方法： n分组密码（block cipher):将明文分成固定 长度的组，用同一密钥和算法对每一块加密 ，输出也是固定长度的密文。 n流密码（stream cipher):又称序列密码.序 列密码每次加密一位或一字节的明文，也可 以称为流密码。 序列密码是手工和机械密码时代的主流 密码算法分类-iv 对称密钥密码又可分为： 分组密码 每次对一块数据加密 多数网络加密应用 DES,IDEA,RC6,Rijndael 流密码 每次对一位或一字节加密 手机 One-time padding,Vigenre,Vernam 密码算法分类-v 公开密钥密码: 大部分是分组密码，只有概率密码体制 属于流密码 每次对一块数据加密 数字签名,身份认证 RSA,ECC,ElGamal 加密解密速度慢 密码学的起源和发展-i 三个阶段： 1949年之前 密码学是一门艺术 19491975年 密码学成为科学 1976年以后 密码学的新方向公钥密码学 密码学的起源 n隐写术(steganography): 通过隐藏消息的存在来保护消息. 隐形墨水 字符格式的变化 图象图像 example-i n(象形文字的修改)Modified Hieroglyphics, c. 1900 B.C. 密码学的第一个例子是对标准书写符号的修 改 例如:古埃及法老坟墓上的文字 思想:代替(substitution) example-ii nSpartan Scytale, c. 500 B.C. 斯巴达人用于加解密的一种军事设备 发送者把一条羊皮螺旋形地缠在一个圆 柱形棒上 思想：置换（permutation) example-iii nPolybius Checkerboard , 205123 B.C. n明文:POLYBIUS n密文:3534315412244543 12345 1ABCDE 2FGHIJK 3LMNOP 4QRSTU 5VWXYZ Example-iv nCaesar Cipher, c. 50 B.C. A B C D E F G X Y Z D E F G H I J A B C 明文:Caesar cipher is a shift substitution 密文:FDHVDU FLSKHU LV D VKLIW VXEVWLWXWLRQ Example -V nNomenclator 代码本 c.1400 n字母、符号、单词、短语 代码 n代码 字母、符号、单词、短语 n应用：World War II 密码学的起源和发展-ii 1949年之前: 古典密码（classical cryptography) 密码学还不是科学,而是艺术 出现一些密码算法和加密设备 密码算法的基本手段(substitution Lj=(Lj+X+Y)LDi) LDi); LDi-1=(LDi-S2*iRDi-1) RDi-1); B=RD0-S1; A=LD0-S0. nRC5操作模式 RFC2040 Baldwin, R.,and Rivest,R. The RC5,RC5- CBC,RC5-CBC-Pad, and RC5-CTS algorithms. Oct.1996 P9696 现代常规分组加密算法 1. Triple DES 2. IDEA 3. RC5 4. RC6 5. AES RC6 n被选为21世纪加密标准算法。RC6是RC5的进一 步改进。像RC5那样，RC6实际上是利用数据的 循环移位。 nRC5自1995年公布以来，尽管至今为止还没有 发现实际攻击的有效手段，然而一些理论攻击 的文章先后也分析出RC5的一些弱点。 nRC6的加密程序：RC6-w/r/b Design Philosophy nLeverage our experience with RC5: use data- dependent rotations to achieve a high level of security. nAdapt RC5 to meet AES requirements nTake advantage of a new primitive for increased security and efficiency: 32x32 multiplication, which executes quickly on modern processors, to compute rotation amounts. Description of RC6 nRC6-w/r/b parameters: nWord size in bits: w ( 32 )( lg(w) = 5 ) nNumber of rounds: r ( 20 ) nNumber of key bytes: b ( 16, 24, or 32 ) nKey Expansion: nProduces array S 0 2r + 3 of w- bit round keys. nEncryption and Decryption: nInput/Output in 32-bit registers A,B,C,D RC6的基本运算 A + BAddition modulo 2 w A - BSubtraction modulo 2 w A BExclusive-Or A B Rotate A right, similarly (A,B,C,D) = (B,C,D,A) Parallel assignment A x BMultiplication modulo 2 w RC5 RC6-w/r/b加密图，其中f(x)=x (2x+1): A t ) u A = ( ( A - S 2i ) u ) t D = D - S 1 B = B - S 0 Key Expansion (Same as RC5s) nInput: array L 0 c-1 of input key words nOutput: array S 0 43 of round key words nProcedure: S 0 = 0xB7E15163 for i = 1 to 43 do Si = Si-1 + 0x9E3779B9 A = B = i = j = 0 for s = 1 to 132 do A = S i = ( S i + A + B ) 3 B = L j = ( L j + A + B ) ( A + B ) i = ( i + 1 ) mod 44 j = ( j + 1 ) mod c Security of Key Expansion nKey expansion is identical to that of RC5; no known weaknesses. nNo known weak keys. nNo known related-key attacks. nRound keys appear to be a “random” function of the supplied key. nBonus: key expansion is quite “one-way”- difficult to infer supplied key from round keys. RC6小结 nRC6 more than meets the requirements for the AES; it is nsimple, nfast, and nsecure. 现代常规分组加密算法 1. Triple DES 2. IDEA 3. RC5 4. RC6 5. AES AES背景-i n1997年4月15日，（美国）国家标准技术研究所 （NIST）发起征集高级加密标准（Advanced Encryption Standard）AES的活动，活动目的是 确定一个非保密的、可以公开技术细节的、全球 免费使用的分组密码算法，作为新的数据加密标 准。 n1997年9月12日，美国联邦