【总】现代密码学复习要点总结（谷利泽）

第一章 密码学概论

信息安全（密码编码学：认证体制+保密体制）

1.信息安全基础概念

攻击的主要形式和分类：

主动攻击：对数据流进行窜改或产生假的数据流
（1）中断(阻止)：对系统可用性进行攻击
破坏计算机硬件，网络，或文件管理系统。如DoS，病毒等
（2）篡改：对完整性进行攻击
修改文件中的数据(数据修改后存储)，替换某一程序使其执行不同功能
修改网络中传送消息的内容等，比如中间节点对转发的图象进行了压缩
（3）伪造：对真实性进行攻击
在网络中插入伪造的消息冒充消息发送者，在文件中插入伪造记录等

安全攻击的主要形式：
正常信息流
（1）中断
（2）截取
（3）伪造
（4）篡改
（5）重放

2.深刻理解现代密码学在网络信息安全保障中的作用

3.网络信息系统中的安全服务与密码学算法的关系

第二章 密码学基础

1.密码学的相关概念

密码学分类：
(1)密码编码学
密码分析学：研究如何分析或破解各种密码编码体制的一门科学
(2)密码分析也称为密码破译，是指在密码通信过程中，非授权者在不知道密钥的条件下对密文进行分析，试图得到明文或密钥的过程。

密码分析分类：
(1)唯密文攻击（Ciphertext only）
   破译者已知：加密算法、待破译的密文  
(2)已知明文攻击（Known plaintext）
   破译者已知：加密算法、一定数量的明文和对应的密文 
(3)选择明文攻击（Chosen plaintext） 
   破译者已知：加密算法、选定的明文和对应的密文
(4)选择密文攻击（Chosen ciphertext） 
   破译者已知：加密算法、选定的密文和对应的明文
(5)选择文本攻击（Chosen text）
 破译者已知：加密算法、选定的明文和对应的密文、选定的密文和对应的明文

攻击密码体制的常用方法
(1)穷举攻击
(2)统计分析攻击
(3)数学分析攻击

2密码学加密系统的五元组

明文，密文，密钥，加密算法，解密算法。 

3.对加密系统的攻击类型（前四种）

1.已知明文攻击 （知道一些名密文对）2选择明文攻击 （任意明文->密文）
3.唯密文攻击 （只知道一些密文）       4选择密文攻击（任意密文->明文）
5.选择文本攻击（任意明文<->任意密文）

4.kerchkoffs原则

假设攻击者是在已知密码体制的前提下来破译密码系统的密钥
o1883年Kerchkoffs第一次明确提出编码原则：
加密算法应建立在算法的公开不影响明文和密钥的安全
这一原则以普遍得到承认，称为判定密码强度的衡量标准，实际上也称为传统密码和现代密码的分界线
Kerchkhoffs假设：
--假定：密码分析者知道对方所使用的密码系统
-包括明文的统计特性，加密体制（操作方式，处理方法和加/解密算法），密钥空间及统计特性
-不知道密钥
成功的密码分析不仅能够恢复出消息明文和密钥，而且能够发现密码体制的弱点，从而控制通信
在设计一个密码系统时，目标是在Kerchkhoffs假设的前提下实现安全。

5.两大密码体制各自的优缺点并分析原因，各自的应用场景

优点/缺点	对称密码	公钥密码
优点	1.算法运算速度较快2.密钥相对较短3.密文明文长度相同	1.密钥分发管理比较简单 2.支持数字签名（解决了不可否认问题）
缺点	1.密钥分发需要安全的通道 2.密钥量大，密钥难于管理 3.难以解决不可否认问题	1.算法复杂，处理速度慢

第三章 古典密码体制

1.理解“代替”和“置换”

2.能够对使用古典密码加密的密文进行破译

第四章 分组密码

1.理解分组密码算法如何实现“扩散”和“混乱”的

eg:DES的E盒扩展S盒压缩，一起引起引起雪崩效应

2.S-P网络、雪崩效应

雪崩效应：

DES加密流程图

3.DES（分组长度、迭代轮数、密钥长度、S盒、P盒、加密思想）

分组长度：明文和密文为64位分组长度
迭代轮数：每个组合先代换后置换，共16轮
密钥长度：56位（64位-8位奇偶校验位=56位），但存在弱密钥，容易避开。

E盒：（E盒扩展S盒压缩，一起引起引起雪崩效应）

S盒：（压缩作用）
P盒：（进行位置置换）(原理：将1~32位的表代换成P盒对应的表)

4.3DES、AES主要特点

5.AES的字节代换和列混淆

AES流程图

AES的基本运算：
（1）字节代换（AES的S盒）
（2）行位移
（3）列混淆
（4）轮密钥加

（1）字节代换（AES的S盒）
功能：将一个字节代换为S表对应的一个新字节
方法：把该字节的高4位作为行值，低4位作为列值
eg:输入字节ox12，查s盒的第ox01行ox02列，得到值oxc9.

（2）行移位
列混淆eg:

（3）列混淆
（3）轮密钥加

第六章

1.安全的哈希函数的性质和应用

给定消息x容易计算哈希值

单向性

抗弱碰撞

抗强碰撞性

输入任意长度

输出固定长度

哈希函数的性质：

1.可用于“任意”长度的消息
2.产生定长的输出
3.对于给定的消息x，计算H（x）比较容易，用于硬件软件均可实现
4.单向性
5.抗弱碰撞性
6.抗强碰撞性

hash 函数的重要应用：
1.数字签名
2.数据完整性的保证
3.安全存储口令 
4.快速进行关键字查找

2.MD5和SHA1的主要特点

MD5的主要特点：
输入：最大长度为小于2^64位（2^64  -1位）的消息————>输出：128位消息摘要
 处理：输入消息以512比的分组为单位处理
 
SHA1的主要特点：
输入：最大长度为小于2^64位（2^64  -1位）的消息————>输出：160位消息摘要
 处理：输入消息以512比的分组为单位处理

3. 消息认证的目的和方法

消息认证的目的：
1.验证消息的真实性(身份认证)，验证消息的来源是真实的而不是冒充的
2.验证消息的完整性（消息认证），检查消息在传送或存储过程中是否被修改

4.认证函数的三种实现方法

1.基于消息加密的认证
2.基于消息认证码(MAC)的认证
3.基于哈希函数的认证

5.能够对一个认证协议进行分析

第八章 数字签名

1.数字签名要解决的问题

A发送消息给B：A（不可抵赖）——————>B（不可伪造）（不可重用）
(1)不可抵赖     (假如：A可以否认发过该消息，B无法证明A确实发了该消息)
(2)不可伪造 	    (假如：B伪造一个不同的消息，但声称是从A收到的）
(3)不可重用		(假如：签名没有和消息绑定)


eg:
问题的提出： 
普通的报文鉴别能用来保护通信双方免受任何第三方的攻击,
 然而, 它无法防止通信双方互相攻击
假定A发送一个经过鉴别的消息给B，双方之间的争议可能有多种形式：
    1）B伪造一个不同的消息，但声称是从A收到的
    2）A可以否认发过该消息，B无法证明A确实发了该消息
解决以上问题可以用数字签名技术，它是对传统笔迹签名的模拟
传统笔迹签名： 
一般认为，传统的手写签名具有以下特点：
  1）手写签名是“不可伪造”的
  2）手写签名是“不可抵赖”的
  3）手写签名是“不可重用”的
数字签名至少应该具有这些能力

2.数字签名的安全模型、性质

3.RSA签名算法以及存在的安全问题

如果不使用HASH函数

1.（存在性伪造）使用“已知消息攻击”
利用RSA的乘法特性，可以进行如下攻击
假设 y1=sigk(m1)和y2=sigk(m2) 是签名者曾经签署的有效签名，
那么 verk (m1m2 mod n, y1y2 mod n) = true


2. （选择性伪造）利用“选择消息攻击”
假设攻击者要对消息 m 伪造一个签名，m=m1m2mod n。
假设攻击者能请求签名者为 m1 和 m2 签名(结果分别为y1和y2)，
那么， y1 y2 mod n 就是消息 m 的有效签名

对抗攻击的方法：使用HASH函数

私钥签名，公钥验证

4.ElGamal签名算法以及主要的问题

5.特殊的签名算法以及适应的应用场景

特殊的数字签名：

不可否认签名
盲签名
代理签名
群签名
环签名

应用场景：
 
1. 为了防止签名的非法复制，产生了不可否认的签名；（电子现金，加密货币）
2. 为了保护信息内容的隐私，产生了盲签名；
3. 为了保护签名者身份的隐私，产生了群签名和环签名；（选举投票）
4.为了实现签名权的安全传递，产生了代理签名；

第九章 密码协议

1.各种协议的特点，解决的问题

（1） 零知识证明
 特点：
 解决的问题：向别人证明拥有某个信息，但不需要透露该信息具体内容

(2)比特承诺
 特点：
 解决的问题：A想对B承诺一个比特，但暂时不能告诉B 承诺的信息，直到某个时间才公开车能诺；另一方面B可确信在A承诺后到公开前，A没有改变承诺。

(3)公平投币协议
特点：
解决的问题：网络中实现公平投币问题

(4)安全多方计算
特点：
解决问题：

第十章 密钥管理

1.几类密钥的作用

主密钥
密钥加密密钥
会话密钥

2.密钥的生成

3.密钥的存储

4.密钥的分发

密钥分配方法
（1）对称密码（双方事先有相同密钥）
（2）公钥加密（基于公钥）
（3）第三方（分配中心）

5.集中式密钥分发

6.分布式密钥分发（DeffieHellman密钥协商）

7.为什么要进行公钥认证

公钥的目录需要保护，公钥证书实现用户公钥的真实性

（部分素材来源于公开PPT,侵删）