信息安全第2章密码学基础
密码体制基本组成
❖ 一个密码系统，通常简称为密码体制，由5部 分组成：
明文空间 全体明文的集合 M
解密算法 一组由C到M的解密变换 D
密文空间 全体密文的集合 密钥空间 全体密钥的集合
C
K
加密算法 E
一组由M到C的加密变换
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信息加密传输的过程
信息安全第2章密码学基础
❖ Julius Caesar发明了凯撒密码
信息安全第2章密码学基础
密码学的发展历史(2)
❖ 1834年，伦敦大学的实验物理学教授惠斯顿 发明了电机，这是通信向机械化、电气化跃 进的开始，也为密码通信采用在线加密技术 提供了前提条件。
❖ 1920年，美国电报电话公司的弗纳姆发明了 弗纳姆密码。其原理是利用电传打字机的五 单位码与密钥字母进行模2相加。
英国的TYPEX打字密码机，是德国3 轮ENIGMA的改进型密码机。它在英 国通信中使用广泛，且在破译密钥后
ENIGMA在1942年装备德国海军， 帮助破解德国信号。
英国从1942年2月到12月都没能
解读德国潜艇的信号。
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密码学的发展历史(5)
❖ 1949年香农发表了一篇题为《保密系统的通信理论》 的著名论文，该文首先将信息论引入了密码，从而 把已有数千年历史的密码学推向了科学的轨道，奠 定了密码学的理论基础。
按要照用预 于先低编级排的的军顺事序通编信号。和使信用息安，全主第2章密码学基4等 运础4的 动2，齿 。周的期轮固子定引。导一密个文由轮数不量规不则
密码学的发展历史(4)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
转轮密码机ENIGMA，由Arthur Scherbius于1919年发明，面板 前有灯泡和插接板；4轮
❖ 1976年，美国密码学家W.Diffie和M.Hellman在一篇 题为《密码学的新方向》一文中提出了一个崭新的 思想，不仅加密算法本身可以公开，甚至加密用的 密钥也可以公开。
❖ 1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES ❖ 2001年11月26日，正式颁布AES为美国国家标准。
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B收到信息 解密算法 明文
加密密钥K1
解密密钥K2
C窃听到的信息!@#$%^
信息安全第2章密码窃学听基者础 C
注意
❖ 数据安全基于密钥而不是算法的保密。也就是说， 对于一个密码体制，其算法是可以公开的，让所有 人来使用、研究。但具体对于某次加密过程中所使 用的密钥，则是保密的。
❖ 例如，加密算法为Y=aX+b，其中，X为明文，计算 后Y成为密文。在具体加密过程中，a、b的取值为 密钥，假设为（2，3），明文为2，则密文计算后 为7。在这个过程中，Y=aX+b可以公开，但具体 a=2，b=3的取值不公开。所以即使对方知道了采用 的加密算法，由于不知道具体参数取值，也无法根 据密文计算出明文。
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密码学的发展历史(3)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
二战中美国陆军和海军使用的条形密
Kryha密码机大约在1926年由
码设备M-138-T4。根据1914年Parker
Alexander vo Kryha发明。这是
Hitt的提议而设计。25个可选取的纸条
一个多表加密设备，密钥长度为
加密: C = E(M,Ke)
Ke
M
E
C
解密: M = D(C, Kd)
Kd
C
Байду номын сангаас
D
M
M------明文
C------密文
Ke-----加密密钥 Kd-----解密密钥
E-------加密算法 D------解密算法 信息安全第2章密码学基础
用户A
用户B
传送给B的信息 明文 加密算法
密文
网络信道
第2章 密码学基础
信息安全第2章密码学基础
主要内容
❖ 密码学的发展历史 ❖ 密码学的基本概念 ❖ 密码系统的分类 ❖ 密码分析 ❖ 经典密码学
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密码学的发展历史(1)
❖ 自人类社会出现战争便产生了密码
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm 的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元 前17世纪。表面有明显字间空格的字 母，至今还没有破解。
密码学的基本概念(1)
❖ 密码学是关于加密和解密变换的一门科学， 是保护数据和信息的有力武器。
❖ 密码是什么? 密码就是变换。（信息代码变 换、数据电平变换）
❖ 变换是什么？变换是一种算法实现过程。 ❖ 谁来做变换？变换可以由硬件和软件实现。
（人、器件部件、计算机）
信息安全第2章密码学基础
密码学的基本概念(2)
❖ 密码学(Cryptology)：研究信息系统安全保 密的科学。它包含两个分支
密码编码学(Cryptography)，对信息进行编 码实现隐蔽信息的一门学问
密码分析学(Cryptanalytics)，研究分析破译 密码的学问。
信息安全第2章密码学基础
密码学的基本概念(3)
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。 密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密码 变换成的一种隐蔽形式。 加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。 解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复出 原明文的过程。 加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加密 操作的人员。
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密码学的基本概念(5)
密码分析(Cryptanalysis)：截收者试图通过分析从截 获的密文推断出原来的明文或密钥。
密码分析员(Cryptanalyst)：从事密码分析的人。 被动攻击(Passive attack)：对一个保密系统采取截获 密文进行分析的攻击。 主动攻击(Active attack)：非法入侵者(Tamper)、攻 击者(Attcker)或黑客(Hacker)主动向系统窜扰，采用删 除、增添、重放、伪造等窜改手段向系统注入假消息， 达到利已害人的目的。
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密码学的基本概念(4)
加密算法(Encryption algorithm)：密码员对明文进行 加密时所采用的一组规则。
接收者(Receiver)：传送消息的预定对象。 解密算法：接收者对密文进行解密时所采用的一组规 则。 密钥(Key)：控制加密和解密算法操作的数据处理，分 别称作加密密钥和解密密钥。 截收者(Eavesdropper)：在信息传输和处理系统中的 非受权者，通过搭线窃听、电磁窃听、声音窃听等来窃 取机密信息。