《密码系统设计》第三周
第三周预习报告
学习内容
- Head First C 嗨翻 C 语言 第4章
- 《Windows C/C++加密解密实战》第4章
- 重点 4.2,4.3,4.5
- 课程 mindmap
- 报告内容参考第一周
AI 对学习内容的总结（1分）
要求
- 让AI阅读学习内容并进行总结
总结
1. Head First C 嗨翻 C 语言 第4章
在C语言中，函数是执行特定任务的代码块，可以被重复调用。以下是一些关于C语言函数的关键点：
- 定义函数：使用关键字
int（或其他数据类型）和return语句来定义一个函数，这表示函数的返回类型和返回值。- 函数参数：函数可以有参数，这些参数在函数调用时传递给函数，用于传递数据。
- 局部变量：在函数内部定义的变量称为局部变量，它们只在函数内部可见。
- 返回值：函数可以通过
return语句返回一个值给调用者。- 函数调用：调用函数时，需要使用函数名和括号，括号内可以包含传递给函数的参数。
- 函数原型：在C语言中，可以在函数实际定义之前声明函数原型，这有助于编译器理解函数的类型和参数。
- 作用域：函数内部的变量只在该函数内部有效，而全局变量则在整个程序中都有效。
- 递归：函数可以调用自身，这种技术称为递归，常用于解决复杂问题，如算法中的树遍历。
- 函数指针：在C语言中，可以创建指向函数的指针，这允许更高级的编程技巧，如回调函数。
- 标准库函数：C语言提供了许多标准库函数，如
printf和scanf，这些函数在程序中广泛使用。
2. 《Windows C/C++加密解密实战》4.2 SM3杂凑算法
- 算法概述：
- SM3算法由王小云等人设计，用于生成256比特（32字节）的杂凑值。
- 算法采用Merkle-Damgard结构，消息分组为512比特，输出杂凑值为256比特。
- 算法的压缩函数与SHA-256类似，但设计更为复杂，如每轮使用两个消息字，消息拓展过程使用5个消息字。
- 算法细节：
- 常量和函数：定义了算法中使用的初始值IV、常量和布尔函数。
- 填充：消息末尾添加一个“1”和若干“0”，以及一个64位的比特串表示消息长度，确保填充后的消息长度为512的倍数。
- 迭代压缩：将消息分组，通过压缩函数迭代生成杂凑值。
- 消息扩展：将消息分组扩展为多个字，用于压缩函数。
- 压缩函数：使用字寄存器和中间变量，按照一定的计算流程生成杂凑值。
- 算法实现：
- 一段式实现：提供了一个函数，输入全部消息，得到哈希值。
- 三段式实现：提供了初始化（Init）、中间处理（Update）和结束（Final）三个函数，适用于分批处理消息的场景。
- OpenSSL实现：介绍了如何使用OpenSSL库中的函数来实现SM3算法，这种方法简化了实现过程。
- 实践指南：
- 提供了使用Visual C++ 2017实现SM3算法的步骤，包括新建工程、编写代码、设置编译选项等。
- 提供了具体的代码示例，包括一段式和三段式SM3算法的实现，以及如何使用OpenSSL库。
- 测试和验证：
- 描述了如何编写测试代码来验证算法实现的正确性，并展示了预期的运行结果。
3. 《Windows C/C++加密解密实战》4.3 HMAC
- 定义：HMAC是一种结合了密钥和哈希函数的消息认证方法，它可以与任何迭代型散列函数一起使用，如SM3、SHA-1、SHA-256等。
- 产生背景：随着互联网的发展，网络安全变得越来越重要。HMAC提供了一种通过散列函数进行消息认证的方法，确保消息在传输过程中的完整性和发送者的身份验证。
- 设计目标：
- 直接使用已知的散列函数，易于实现且执行速度快。
- 能够轻松替换为更快或更安全的散列函数。
- 保持散列函数的性能，不因嵌入HMAC而降低。
- 密钥的使用和处理简单。
- 能够根据散列函数的强度推断出认证机制的安全性。
- 算法描述：
- HMAC算法需要一个哈希函数和一个密钥。
- 密钥长度大于哈希函数块大小时，先进行哈希处理；小于则填充至块大小。
- 使用密钥与特定填充（ipad和opad）进行两次哈希运算，第一次使用ipad，第二次使用opad。
- 运算步骤：
- 检查并调整密钥长度。
- 将密钥与ipad进行异或运算。
- 将消息与上一步的结果结合，进行哈希运算。
- 将密钥与opad进行异或运算。
- 将上一步的哈希结果与opad的结果结合，进行第二次哈希运算。
- 输出最终的HMAC值。
- 代码实现：您提供了一个使用C++实现HMAC-SM3算法的例子，包括了函数的声明、实现和测试代码。这个过程展示了如何将HMAC算法应用到实际的编程中，以确保数据的安全性。
4. 《Windows C/C++加密解密实战》4.5 更通用的基于OpenSSL的哈希运算
- EVP概述：
- EVP是OpenSSL中的一个高级加密算法库，它封装了多种加密算法，使得开发者可以通过统一的接口使用不同的加密技术。
- EVP函数：
EVP_MD_CTX_create：创建并初始化摘要上下文结构体。EVP_MD_CTX_destroy：销毁摘要上下文结构体。EVP_DigestInit_ex：初始化摘要算法。EVP_DigestUpdate：更新摘要计算，可以多次调用以处理大数据。EVP_Digest_Final_ex：完成摘要计算并输出结果。EVP_Digest：用于计算短消息的摘要。
- 获取摘要算法：
EVP_get_digestbyname：根据算法名称（如"sha256"）获取对应的摘要算法结构体。
- 使用EVP进行哈希运算：
- 首先，需要包含头文件
#include<openssl/evp.h>。- 使用
EVP_MD_CTX_create创建并初始化摘要上下文。- 使用
EVP_DigestInit_ex设置摘要算法。- 通过
EVP_DigestUpdate多次更新数据，实现多包哈希运算。- 最后，使用
EVP_Digest_Final_ex获取哈希结果。
- 代码示例：
- 提供了一个示例代码，展示了如何使用EVP进行SHA512哈希运算。
- 示例中演示了如何更换哈希算法，只需更改
EVP_get_digestbyname的参数。- 还展示了如何进行多包哈希运算，并格式化输出哈希结果。
- 配置环境：
- 在Visual Studio中配置工程，需要添加OpenSSL的包含目录和库目录。
- 运行结果：
- 运行示例代码后，将显示计算出的哈希值。
对 AI 总结的反思与补充（2分）
要求
- AI总结的问题
- 自己的补充
反思与补充
1. 反思
在学习中利用AI助手对知识点进行总结，可以帮助我们对知识点进行梳理，有助于我们更全面地理解、掌握学习内容。同时，AI助手还能帮助我们对不理解的知识点展开更为详细的解释，确保我们能对所学内容清晰掌握。
2. 补充
1. Head First C 嗨翻 C 语言 第4章
- 函数的重要性：函数是编程中的基础构件，它们帮助我们模块化代码，提高代码的可读性和可重用性，我们应该思考如何设计函数以使其更加高效和易于维护。
- 参数传递：C语言中有两种参数传递方式：值传递和指针传递。值传递是默认方式，它传递参数的副本，而指针传递则允许函数直接修改原始数据。理解这两种方式的区别对于编写正确的程序至关重要。
- 函数的副作用：一些函数可能会改变程序的状态，例如修改全局变量或文件系统。在设计和使用函数时，应该明确函数的副作用，并考虑它们对程序行为的影响。
2. 《Windows C/C++加密解密实战》4.2 SM3杂凑算法
- 算法安全性：
文章主要介绍了算法的实现，但没有深入讨论SM3算法的安全性。在实际应用中，了解算法的安全性和抗攻击能力是非常重要的。需要补充学习一些关于SM3算法安全性的研究和分析，以及它在不同场景下的适用性。- 性能考量：
算法的效率和性能也是实际应用中需要考虑的因素。需要补充学习一些关于SM3算法在不同硬件和软件环境下的性能测试结果，以及与其他杂凑算法（如SHA-256）的性能比较。
3. 《Windows C/C++加密解密实战》4.3 HMAC
- 安全性分析：
- 需要考虑HMAC在不同场景下的安全性，包括对抗常见的攻击手段，如重放攻击、篡改攻击等。
- 分析密钥管理的重要性，因为密钥的泄露或弱密钥都可能导致HMAC机制的失效。
- 密钥长度和强度：
- 密钥长度应足够长，以抵抗暴力破解攻击。
- 密钥应该随机生成，并且每次通信都尽可能使用不同的密钥。
4. 《Windows C/C++加密解密实战》4.5 更通用的基于OpenSSL的哈希运算
- 安全性考虑：
在使用EVP进行哈希运算时，需要考虑算法的安全性。例如，SHA-1算法已经不再被认为是安全的，因为它容易受到碰撞攻击。因此，选择如SHA-256或更高版本的哈希算法是更安全的选择。- 错误处理：
在实际应用中，对每个EVP函数调用的结果进行检查是非常重要的。如果函数返回0，应该检查并处理错误，例如通过调用ERR_print_errors_fp(stderr)来打印错误信息。
学习思维导图（2分）
要求
- Mermaid 代码与截图(参考Mermaid MindMap语法)或者提交思维导图链接（如果使用线上编辑器，推荐processon,xmind,…）
思维导图
1. Head First C 嗨翻 C 语言 第4章
2. 《Windows C/C++加密解密实战》4.2 SM3杂凑算法
3. 《Windows C/C++加密解密实战》4.3 HMAC
4. 《Windows C/C++加密解密实战》4.5 更通用的基于OpenSSL的哈希运算
基于 AI 的学习（2分）
要求
- 至少找到自己理解不是太好 2 个概念，让 AI 对自己进行苏格拉底提问
- 参考下面提示语或者使用 AI Agent
提示词：“我在学***X知识点，请你以苏格拉底的方式对我进行提问，一次一个问题”
- 核心是要求AI工具：“请你以苏格拉底的方式对我进行提问”
- 然后AI工具就会给你提问，如果不知道问题的答案，可以反问AI：“你的理解（回答）是什么？”
- 如果你觉得差不多了，可以先问问AI工具：“针对我XXX知识点，我理解了吗？”
- AI工具会给出它的判断，如果你也觉得自己想清楚了，可以最后问AI工具：“我的回答结束了，请对我的回答进行评价总结”，让它帮你总结一下。
学习内容
1. 针对SM3杂凑算法进行提问
2. 针对HMAC进行提问
作业提交要求（1分）
- 提交Markdown 文件,文档命名“学号姓名《密码系统设计》.md”
- 提交Markdown 文件转为 PDF,文档命名“学号姓名《密码系统设计》第 X 周.pdf”
- 提交代码托管链接（可选）：学号姓名 gitee(github) 链接
- 内容质量高有加分
参考资料
- AI工具(你使用的AI工具及其链接)
- Kimi
- 图书
- 《Windows C/C++加密解密实战》
- Head First C 嗨翻 C 语言
