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第三章 密码学基本理论
3.1 密码学概况
密码编码学：明文 ------ > 密文
密码分析学：密文 ------ > 明文
古典密码学
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凯撒密码：换位 和 置换
明文 a b c ...
密钥 D E F...
ab ------> DE
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1949年 香农 《保密系统的通信理论》 信息论创始人
特点：信息安全基于密码，而不是算法保护
现代密码学
- DES 数据加密标准
- 公钥密码体制
✅ RSA算法 2002图灵奖
✅ 后量子时代密码
" 没有密码学，就无法在数字时代生存 "
密码学基本概念
- 明文 ------ 加密算法 ------ 密文 ------ 解密算法 ------ 明文
密码安全性分析
- 唯密文攻击
- 已知明文攻击
- 选择明文攻击
- 选择密文攻击
- 密文验证攻击：保障密文是正确的
3.2 密码体制分类
分类
私钥密码体制（对称密码体制）
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数据加密处理，加密解密用一把钥匙
-
问题：
（1）密钥分配问题：采用安全方式发送钥匙
（2）密钥管理问题：密钥数量大
（3）无法认证源：无法认证消息发送方
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算法：DES、 IDEA、 AES
公钥密码体制（非对称密码体制）
- 加密解密不使用同一密钥
- 算法：RSA、ELGamal 、椭圆曲线密码
- 优点：
（1）密钥分发方便
（2）密钥保管量少
（3）支持数字签名
混合密码体制
小王和小美送礼物，小王送小美海洋之星，海洋之星装在保险柜中。
情侣柜：四把钥匙，海洋之星的钥匙放在情侣柜中。
3.3 常见密码算法
对称密码算法
- DES算法 密钥长度56位，IBM公司发明，后成美国国家标准
- RSA实验室发起破解DES密文挑战，70000多台计算机暴力破解成功，后又被一台价值25万美元的机器3天内破解
- 三重DES：增强DES安全性 TDEA（3DES）
- AES
- IDEA：国际数据加密算法 密钥长度128位
- RC2 改良的DES算法，密钥长度可变
- RC4 流模式加密算法 用于http/WEP/WPA
非对称密码算法
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RSA 公钥和私钥（存在数学关系）都可以用于加密消息
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RSA的应用
（1）SSH、SSL/TLS 依赖 RSA 进行加密和数字签名
（2）浏览器中使用，建立安全连接
（3）RSA签名验证是网络系统中的常见操作
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RSA 算法基于大整数分解的复杂性
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RSA 的计算题
非对称加密的其他算法
- 加密/解密
- 数字签名
- 密钥交换
底层数学原理
单向 ： 去容易，回来难
- 大整数分解：质数q、q相乘得到大整数n容易，但是由n分解为2个质数难（耗时）。
- 离散对数函数：
b = g^a mod p已知g，a和p，容易求b，已知b，g和p，无法求a - 椭圆加密算法
其他非对称加密算法
- Elgamal：离散对数难解
- DSA算法：离散对数难解，美国NIST作为DSS（数字签名标准）
- DH算法：密钥一致协议
- ECC椭圆加密算法
国产密码算法
- 有哪些
- 哪些是商用的 （2、3、4、9）
3.4 hash函数与数字签名
Hash函数
- 杂凑函数：将任意长度的消息转换成固定长度的hash值 （杂凑 ------ 把不规则变得规整）
- 不同消息或文件所生成的hash值都不同
- 保护消息或文件的完整性、密码信息的安全存储
- 用于网页防篡改应用
- Hash算法又称为：杂凑算法、散列算法、数据摘要算法等，指产生哈希值的计算方法
- 常见的hash算法如下：
为什么MD5和SHA-1不安全？
王小云教授，"密码女神"，2004年提出 Hash函数快速寻找碰撞攻击，先后破解了MD5和SHA-1。
数字签名
- 签名者使用私钥对签名数据的杂凑值做密码运算 （私钥加密，公钥解密）
- 验证算法公开，签名算法保密 （其他人验证，签名人掌握签名）
- 原理：利用签名者的公钥验证，确认待签名数据的完整性、签名者身份真实性和签名行为的抗抵赖性。
- 目的：通过网络信息安全技术手段实现传统纸面签字或盖章的功能
- 特点：一可四不可，可信、不可伪造、不可重用、不可抵赖、不可修改
- 满足条件
非否认：签名者不能否认自己的签名
真实性：接收者能验证签名，其他人不能伪造签名
可鉴别性：发生争执时，第三方能解决争执 - 典型算法
RSA签名体制
Rabin签名体制
ElGamal签名体制
DSS标准
- 数字签名流程
3.5 密码管理与数字证书
密码管理
- 密钥管理
- puttygen
- 密码测评
指对相关密码产品和系统进行安全性、合规性评估，确保密码安全有效 - 密码管理政策
- 我国密码分类 *
- 核心密码：保护国家秘密信息，国家秘密
- 普通密码：保护国家秘密信息，国家秘密
- 商用密码：保护不属于国家秘密的信息，公民、法人和其他组织可依法使用
数字证书
- 也称公钥证书，由证书认证机构（CA）签名的包含公开密钥拥有者信息、公开密钥、签发者信息、有效期以及扩展信息的一种数据结构。
- PKI：公钥基础设施
- CA：基于PKI技术建立的数字证书认证系统，提供数字证书的申请、审核、签发、查询、发布以及证书吊销等全生命周期的管理服务。
- 分类
- 用户自行生成一对公钥、私钥对，将公钥发送给CA，CA确认用户身份后，使用自身私钥对用户身份信息和公钥信息加密（签名）后形成数字证书
数字证书详解
- 证书结构
- 数字证书验证过程
3.6 安全协议
DH协议
- 共享秘密的方案协议
- 基于求解离散对数问题的困难性
SSH安全外壳协议
- 基于公钥的安全应用协议，目前使用SSH2各协议实现加密、认证、完整性检查等安全服务
- 原理：增强网络中非安全的服务，在端口转发技术基础上，支持远程登录Telnet、rsh、Rlogin、SCP和FTP等服务，实现服务器认证、用户认证及安全加密网络连接服务。Linux提供SSH服务（端口22）。
- 风险：中间人攻击和拒绝服务攻击
3.7 密码学网络安全应用
网络攻击概念
路由器安全应用
Web网站安全应用
