NISP-密码学

NISP-密码学

1.密码学发展历程

19世纪末——古典密码
20世纪初-1949——近代密码
1949-1976-香农——现代密码
1976-至今-W.Diffie和M.Hellman——公钥密码

2.古典密码

概述：保持了算法本身的保密，受算法限制
缺点：

• 不适合大规模的生产
• 不适合较大或者人员变动较大的组织
• 用户无法了解算法的安全性—（即用户不知道该密码是否已经泄露）

3.近代密码学

概述：即在古典密码学的基础上采用机电代替手工

4.现代密码学

概述：数据的安全基于密钥而不是算法的保密

5.公钥密码

概述：使得发送端和接收端无密钥的传输的保密通信
明文：未加密的消息
密文：加密后的消息
加密员：对明文进行加密操作的人员

截获

发送端

网络通信公共通道

接收端

攻击者

截获：非授权方（可以是人或者程序）介入系统，窃听传输信息，导致信息泄露，破坏了信息的保密性。
手段：

嗅探监听

用户口令,账号

文件或者程序的不正当复制

加密：

1

3

2

明文

加密算法

密文

密钥

解密：

1

3

2

密文

解密算法

明文

密钥

密码算法从密钥的使用角度分为：

• 对称密码算法
• 非对称密码算法

(1).对称密码算法

概述：

• 加密密钥和解密密钥相同或实质上相同，即从一个易于推出另一个
• 例如：DES，AES，3DES，IDEA
• 密钥相对较短，一般采用128，192或者256比特

对称加密过程：

明文X

加密密钥K

密文Y

安全信道解密密钥K1

明文X

发送方

加密算法

密钥源

解密算法

接收方

K=K1

对称加密优点：

• 效率高，算法简单，开销小
• 适合加密大量数据
• 明文长度与密文长度相等

对称加密缺点：

• 需以安全方式交换
• 密钥管理复杂
• 无法解决消息篡改和否认

(2).非对称算法

概述：

• 和对称算法相反（又叫“公钥密码算法”）
• 公钥：对方公开的密钥
• 私钥：必须保密的密钥
• 例如：RSA，ECC（椭圆曲线公钥密码算法），ELGamal
• 公钥加密，私钥解密；私钥加密，公钥解密。
• 密钥长度：512-2048位

非对称加密过程：

明文X

密文Y

明文X

发送方

加密操作

公钥K1

解密操作

私钥K2

接收方

非对称加密优点：

• 密钥分发数目与参与者数目相同
• 安全
• 在有大量参与者的情况下，易于密钥的管理
• 支持数字签名和不可否认性
• 无需事先与对方建立联系，交换密钥

非对称加密的缺点：

• 速度慢，比同等强度的对称密码慢10倍甚至100倍
• 加密后，密文边长

(3).混合加密过程

明文X

1.同时

3.密文Y

1.同时

2

3.密文Y1

发送方

加密操作

对称密钥K

接收方

加密操作

公钥K1

密文Y1

2

1

3解密操作

4.明文X

接收方

解密操作

对称密钥K

私钥K2

密文Y

6.哈希函数

概述：

• 接受一个消息输入，经过处理输出一个固定长度的哈希值
• 又叫（杂凑函数或者单向散列函数）
• 哈希值（散列值或者消息摘要）
• 防篡改
• 例子：MD5加密
• 哈希函数是将任意有限长度的比特串映射为固定长度的比特串

哈希函数应用过程：

1.数据x

2

3

1.数据x

4.数据x

5

6.对比

发送方

哈希算法

哈希值Y

接收方

哈希算法

哈希值Y1

• 如果哈希值Y和Y1匹配，则说明数据有效
• 如果哈希值Y和Y1不匹配，则说明数据无效，被篡改

(1).MD5算法

• 输入：任意长度消息
• 处理：以512位数据块为单位处理
• 输出：128位消息摘要

(2).SHA-1算法(安全哈希算法)

• 输入：最大长度为264位消息
• 处理：以512位数据块为单位处理
• 输出：160位消息摘要

(3).MD5算法和SHA-1算法比较

name	MD5	SHA-1
散列值长度	128bits	160bits
安全性	较低	高
速度	快	慢

7.数字签名

数字签名的过程：

1.数据X

2

3

4

5.密文S

1.数据X

发送方

哈希算法

哈希值Y

加密操作

私钥K

接收方

6.数据X

7

6.密文S

7

8

9.对比

接收方

哈希算法

哈希值Y1

解密操作

公钥K1

哈希值Y

• 如果哈希值匹配，说明该数据由私钥签名
• 否则，则说明数据被篡改或者伪造

概述：

• 数字签名指的是：附加在数据源上的数据，或者是对数据单元所做的密码变换，这种数据变换能使数据单元的接收者确认数据单元来源和完整性，从而防止抵赖
• 数字签名的应用可以保证可信性，不可重用性，数据完整性，不可伪造性，不可否认性

传统签名：

• 能与被签文件在物理上不可分割
• 签名者不能否认自己的签名
• 签名不能被伪造
• 容易被验证

数字签名：

• 能与所签文件绑定
• 签名者不能否认自己的签名
• 签名不能被伪造
• 容易被验证