陈运信息论与编码第七章密码体制的安全性测度.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020年5月29日星期五,#,11 十一月 2026,陈运信息论与编码第七章密码体制的安全性测度,7.1 密码基本知识,7.2 古典密码体制,7.3 现代密码体制,7.4 密码体制的安全性测度,重要事件,向科学轨道。,1949年，,香农发表了著名论文,“密码体制的通信理论”。,将密码推,密码发展：,手工密码,简单器械密码,机械密码,机电密码,电子密码,现代分组密码,公钥密码,密码学,密码编码学,密码分析,是破译密码的,科学和技术,是密码体制,的设计学,保密通信系统模型,：,图7.1.1,明文空间,P,：,全体明文的集合,密文空间,C,：,全体密文的集合,密钥空间,K,：,全体密钥的集合,也可以用数学方式描述：,1,图7.1.1,2,3,解密算法,D,：,解密密钥控制的,解密变换的集合,加密算法,E,：,加密密钥控制的,加密变换的集合,4,5,安全概念,无条件安全,计算安全,密码分析攻击有6类,惟密文攻击,已知明文攻击,选择明文攻击,自适应选择明文攻击,选择密文攻击,选择密钥攻击,分析方法,数学方法,边信道攻击,数学方法,穷举搜索,统计分析,逆向推理,线性分析,差分分析,相关分析,边信道攻击,时间攻击,能量攻击,电磁攻击,故障攻击,7.1密码基本知识,7.2 古典密码体制,7.3 现代密码体制,7.4 密码体制的安全性测度,加密基本思想,代替,换位,单表密码,凯撒密码,密钥词,组密码,乘法密码,仿射密码,随机代替,表7.2.1 凯撒密码,明文,a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,m,密文,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P,明文,n,o,p,q,r,s,t,u,v,w,x,y,z,密文,Q,R,S,T,U,V,W,X,Y,Z,A,B,C,1凯撒密码,【例7.2.1】,明文：this is a book,密文：WKLV LV D ERRN,该算法表示为,（7.2.1）,c,代表密文，,p,代表明文,设密钥为,TIME,【例7.2.2】,2密钥词组密码,明文,a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,m,密文,T,I,M,E,A,B,C,D,F,G,H,J,K,n,o,p,q,r,s,t,u,v,w,x,y,z,L,N,O,P,Q,R,S,U,V,W,X,Y,Z,如果明文为,code,，,则密文为,MNEA,明文,密文,多表密码,普莱费尔密码,维吉尼,亚密码,希尔,密码,博福特密码,【例7.2.5】,密钥是monarchy，,则构造的字母矩阵如,图7.2.1,所示,M,O,N,A,R,C,H,Y,B,D,E,F,G,I/J,K,L,P,Q,S,T,U,V,W,X,Z,图7.2.1,字母矩阵表,1普莱费尔密码,加密算法：,c,i,p,i,+,k,i,(mod 26),（7.2.2）,解密算法：,p,i,c,i,k,i,(mod 26),（7.2.3）,2维吉尼亚密码,该密码算法取,m,个连续的明文字母，,并用,m,个密文字母代替,若,m,3，,该系统可以描述为,（7.2.4）,（7.2.5）,3希尔密码,（7.2.6）,这可以用,列向量和矩阵,表示为:,（7.2.7）,或,C,KP,（mod 26）,（7.2.8）,例如,考虑明文为,keyworder,，,使用的加密密钥为:,K,该明文的前三个字母,被表示为向量,（10424），,运算结果为,KMS,换位密码,【例7.2.8】,明文为,cryptography is an applied science,假设密钥是creny,将明文按照密钥的长度逐行列出，,如,图7.2.3,所示,密钥,1,4,2,3,5,c,r,y,p,t,o,g,r,a,p,h,y,i,s,a,n,a,p,p,l,i,e,d,s,c,i,e,n,c,e,图7.2.3,换位表,然后依照密钥决定的,次序按列依次,读出,因此，,密文,为,COHNII YRIPDN PAS,PSC RGYAEE TPALCE,7.1 密码基本知识,7.2 古典密码体制,7.3 现代密码体制,7.4 密码体制的安全性测度,现代密码体制,对称密,码体制,非对称密,码体制,消息摘,要技术,1.对称密码,图7.3.1,对称密码模型,发送方通过加密算法根据输入的,消息,P,和密钥,K,生成密文,即,（7.3.1）,接收方通过解密算法根据输入的,密文,C,和密钥,K,恢复明文,即,（7.3.2）,1.1 数据加密标准（DES）算法,图7.3.2,DES算法,初始置换IP,64位明文,乘积变换,末置换IP,-1,密钥,产生,64位密文,64位明文,L,1,=R,0,R,0,L,0,R,1,=L,0,f(R,0,K,1,),L,15,=R,14,L,16,=R,15,L,2,=R,1,R,2,=L,1,f(R,1,K,2,),R,16,=L,15,f(R,15,K,16,),R,15,=L,14,f(R,14,K,15,),64位密文,初始置换IP,IP,-1,k,1,k,2,k,16,图7.3.3,DES加密过程,图7.3.4,一轮迭代的过程,P,盒换位,1.2 3DES,三重DES方法需要执行三次常规的,DES加密步骤，,但最常用的三重DES,算法中仅仅用两个,56,位DES密钥,1.3 IDEA,IDEA的密钥长度128位在目前技术,条件下,具有足够的安全强度,是一种迭代分组加密算法,分组长度64位，8轮迭代，,还有一轮输出变换,2.非对称密码,公钥密码体制的,提出,图7.3.5,非对称密码模型,公钥密码体制的,基本原理,公钥密码体制加密的算法是基于,单向陷门函数,单向陷门函数,是满足下列条,件的函数,f,：,给定,x,，计算,y,f,(,x,)是容易的；,给定,y,，计算,x,使,y,是困,难的，即计算上相当花时间，,已无实际意义；,1,2,存在,，已知,时，,对给定,的任何,y,，若相应的,x,存在，,则计算,x,使,y,f,(,x,),是容易的。,满足上述,3个条件,可实现公钥密码体制。,3,加密,（7.3.3）,解密,（7.3.4）,例如,Alice欲发送信息给Bob，,则保密通信为,Alice,Bob,（7.3.5）,Bob,（7.3.6）,用公钥密码实现数字签名时，,操作顺序与加密,相反,Alice向大家出示签名：,AliceALL,（7.3.7）,ALL,（7.3.8）,RSA,公钥密码体制,RSA加密时，,c,m,e,（mod,n,）,（7.3.9）,RSA解密时，,m,c,d,（mod,n,）,（7.3.10）,【例7.3.1】,选,p,7，,q,17，,计算RSA参数。,则,n,pq,119，,且,(,n,),(p,1)(,q,1),6,16,96,。,取,e,5，则,d,77,(5,77,385,4,96,1,1 mod 96),公钥,K,p,（,5，119），,私钥,K,s,（77，7，17）,m,19进行加密，,则,c,m,e,(mod,n),195(mod 119),66(mod 119),接收者收到密文,c,66,后，,对其进行解密；,m,c,d,(mod,n,),6677(mod 119),19(mod 119),7.1 密码基本知识,7.2 古典密码体制,7.3 现代密码体制,7.4 密码体制的安全性测度,1.完善保密性,提取关于明文的信息：,(7.4.1),或从密文中提取密钥信息：,(7.4.2),(7.4.3),于是,(7.4.4),(7.4.9),当密钥空间大于明文空间，即,(7.4.10),2.唯一解距离,设给定,长密文序列,其中,为密文字母表,根据条件熵的性质,(7.4.11),随着,的增大，,密钥疑义度减小。,亦即截获的密文越多，,从中提取的,关于密钥的信息就越多。,当疑义度减小到零，,即,时,(7.4.12),密钥被完全确定，从而实现破译。,