现代密码学——第1章密码学概述

第1章密码学概述

本章重点：

掌握信息安全三要素、密码学主要功能、两种攻击形式的含义

掌握密码学研究的内容、组成部分及各种术语

掌握柯克霍夫斯原则的内容和意义，隐写术、加密术的区别，置换、代换的内容和区别

掌握密码分析的四种方法

了解密码学史上的几个重大事件

一．密码学能干啥？

1. 机密性
2. 完整性
3. 认证
4. 匿名性

二．为什么要学密码学？（看看就好，这个考了真的就是老师无聊了）

1. 密码学与现实生活息息相关
2. 学习网络安全应该具备一定的密码学知识
3. 仅使用计算机学科的方法无法满足某些安全需求
4. 密码学提供了丰富多彩的安全保护手段，可以满足不同的安全需求

三．密码学的地位☆

密码学是信息安全的基础（提供理论/技术支持）

密码学不是万能的，离开它却是万万不能的

四．信息安全的三要素☆

1. 机密性：确保信息不被非法获取

常见威胁：窃听，盗窃文件，社会工程学

1. 完整性：确保能够发现信息是否被改动过

常见威胁：合法用户的失误，非法用户的篡改

1. 可用性：确保系统正常提供服务

常见威胁：设备故障，软件错误，环境因素，人为攻击

五．攻击者能干些什么——两种攻击形式☆

被动攻击：对机密性的破坏（窃听）

主动攻击：对完整性、可用性的破坏（篡改，冒充）

六．密码学的主要功能☆

1. 保证机密性：防范“信息泄露”
2. 保证完整性：防范“信息篡改”
3. 提供非否认：防范“否认干过的事”

七．什么是密码学?☆

研究内容：保护系统安全

组成成分：

1. 密码编码学（设计密码）
2. 密码分析学（破译密码）

一把双刃剑：

1. 帮助分析密码算法的安全性
2. 帮助破坏受保护信息的安全性

八．密码学的基本术语

明文/加密/密文/解密/密码分析

九．区别两个术语☆

密钥（key）：用于“变换”：密码算法的辅助输入；是一些随机串

口令（password）：用于“身份认证”：确认对方或证明自己的身份。是一些容易记忆，又不易被猜到的字符串。常被翻译成“密码”。

十．密钥的重要性：密码算法为什么需要密钥？

为什么不构造一个不需要密钥的算法？

如果攻击者知道了算法，他们只需执行该算法就可以恢复你的明文。

貌似保密密码算法就可以解决这个问题。

事实证明，攻击者总能通过各种手段发现你用的是哪个算法。

十一．柯克霍夫斯原则（密码学的基本原则）☆

“即使密码系统的任何细节已为人所知，只要密钥没有泄露，它也应该是安全的”

十二．柯克霍夫斯基原则的意义☆

1. 知道算法的人可能叛变
2. 设计者有个人喜好
3. 频繁更换算法不显示

意义在于，密码算法很难保密

十三．加解密是在密钥的控制下进行的☆

十四．加密体制的形式化描述

它是一个五元组   (P, C, K, E, D)

明文空间/密文空间/密钥空间/所有加密算法组成的有限集/所有解密算法组成的有限集

十五．加密算法(函数)必须是一个单射函数☆

十六．实用的加密体制必须满足以下两条☆

1. 容易性：加密算法、解密算法都应该易于计算
2. 安全性：对于任何攻击者，难以恢复明文/密钥

十七．区别两种技术：隐写术，加密术

十八．隐写术小结☆

特点：保护的是信息本身（把信息隐藏起来）

缺点：一旦发现隐藏的方法，信息就会暴露（安全性差）

十九．加密术（两种常用技术）☆

置换/代换

置换：

特点：明文中字符与密文中相同，只是出现的位置发生变化

密钥是什么？改变位置的规则

代换：

特点：明文中出现的字符不一定出现在密文中，但位置保持不变

密钥是什么？代换规则

二十.隐写术与加密术的区别☆

隐写术：保护的是信息本身，传递的仍然是原来的信息，只是被藏了起来。一旦发现隐藏的方法，信息就会暴露。

加密术：保护的是信息内容，传递的是变换后的密文，而不是原来的明文。不知道密钥，很难恢复信息。

二十一.密码学历史上的重要事件☆

1949年，香农发表论文《保密系统的通信原理》——密码学的理论基础之一,发表30年后才显示出它的价值。

1976年，Diffie、Hellman发表论文《密码学的新方向》——开辟了公钥密码学的新领域。可以这么说:“没有公钥密码的研究就没有现代密码学”

1977年，RSA密码体制出现——公钥密码领域最杰出的代表事实上的标准，密码学史上的里程碑。

1978年，DES(数据加密标准)出现——美国的数据加密标准。用于政府等非机密单位及商业的保密通信

它们标志着密码学理论与技术的革命性变革，宣布了现代密码学的开始

二十二.对加密体制进行攻击的分类☆

依据攻击者知道信息的多少，可如下分类：

唯密文攻击：只有一些密文，好的现代密码系统对此通常是免疫的。

已知明文攻击：已有很多明文/密文对

选择明文攻击：可以任意选择明文，并可获得相应密文

选择密文攻击：可以任意选择密文，并可获得相应明文

攻击强度依次增强。

二十三.密码设计vs密码实现☆

密码设计->编码实现->部署使用

设计上安全的密码算法，由于实现或使用不当，可能引入安全漏洞。

二十四.恢复明文 vs. 恢复密钥☆

破译的主要目的：恢复密钥

因为知道了密钥，便可恢复出该密钥加密的所有铭文

通过密文推导密钥，至少要和推导明文一样困难。

二十五.同等对待所有密钥，不要根据自己的偏好选择密钥（以防攻击者根据你的偏好缩小密钥范围）密钥应随机选择☆

二十六.全部破译 vs. 部分破译☆

并不一定恢复出整个明文才算成功破译

有时候，恢复出明文的部分信息，甚至几个关键单词，也算成功破译

部分破译往往成为全部破译的突破口

二十七.穷举攻击 vs. 其他攻击☆

穷举攻击（暴力攻击、蛮力攻击）

目的：穷举搜索密钥

方法：依次测试密钥空间中的所有密钥

密钥空间要足够大，以抵抗密钥穷举攻击。

只要密钥空间足够大，穷举攻击将是十分低效的，甚至是不现实的。

但这并不是充分条件，因为穷举不是破译密码的唯一方法，还有效率高于穷举攻击的其他分析方法

各种分析方法的效率谁高谁低呢？常以穷举攻击的效率作为比较的标准。

二十八.保密密钥VS保密算法☆

根据柯克霍夫斯原则，对密码进行分析的前提是，在不知道密钥的条件下，对公开的密码算法进行分析。

但在政府或军事应用中，也存在保密算法的情况。

不过前提是，算法必须是安全的。通过保密算法进一步加强安全性。

二十九.对密码安全性的一些直观认识☆

密钥空间要足够大

密钥应该随机选择

通过密文推到密钥，至少要和推导明文一样困难

密文与明文之间的统计关系要尽量小。

密钥与密文之间的统计关系要尽量小

三十.学习密码学要转变的观念☆

相对：抛弃“绝对”的想法，安全都是相对的

概率：抛弃“百分之百”的想法

练习题：

1. 信息安全的三要素（机密性、完整性、可用性）
2. 密码学由（密码编码学、密码分析学）两部分组成
3. 加密的两种基本技术是（置换、代换）
4. 按照攻击者知道信息的多少，密码分析（唯密文攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、选择密文攻击）四种类型
5. 加密和解密都是在（密钥）控制下进行的
6. 以下哪种攻击破坏数据的机密性（窃听）
7. 以下哪种属于被动攻击（窃听）