密码学教程 教案全套 毛明 第1--6章古典密码---密码协议.docx

“密码学”教案

古典密码

教学目标

理解置换与代替两种基本形式的古典密码，了解根据英文字母统计特性对代替密码的攻击过程；掌握加密系统的基本术语，掌握无条件安全性与计算安全性概念；掌握数论和代数结构的基本概念，掌握欧几里德算法。

重点难点

重点之一是置换和代替两种基本方式

重点之二是古典密码统计分析的原理

3．重点之三是模运算、群、环、域基本概念和欧几里德算法

4．难点是重合指数方法确定多表代替密码的周期

教学内容

1.置换密码

2.代替密码

3.代替密码的破译

4.香农必威体育官网网址通信理论

5.常见数学概念和算法

教学设计

学情分析

学生通常没有接触过‘密码学’课程，他们对密码的了解通常仅限于‘口令’。有些专业没有数论和抽象代数基本概念的基础。

教学形式

以讲述为主，借助ppt和教材进行；关键概念给出板书加以强调，部分概念用微课解释。

教学特点

从古典密码的发展过程、统计分析的本质入手，介绍古典密码两种的基本类型，以及统计规律难以掩盖的事实，从而引入香农必威体育官网网址通信理论和现代密码。

教学过程

第一讲（2学时）

教学进度

教学内容

时间（分钟）

1．课程安排

课程特点、内容安排、参数书、考核方式

15

2．置换密码

以栅栏密码为例介绍置换密码、置换基本概念

20

3．代替密码

以恺撒密码为例介绍代替密码、模运算

20

仿射密码、密码系统基本概念

20

以Viginere密码为例介绍多表代替密码

15

机械密码、转轮机密码

10

第二讲（2学时）

教学进度

教学内容

时间（分钟）

4．统计攻击

英文字母统计规律、单表代替的攻击

10

重合指数、多表代替的攻击

20

5．香农必威体育官网网址理论

一次一密、乘积密码

20

信息熵、互信息、完美必威体育官网网址系统

25

计算安全的密码

15

现代密码学内容框架

10

第三讲（2学时）

教学进度

教学内容

时间（分钟）

6.相关数学概念和算法

模运算及其性质

10

群的概念

20

以Z5

20

欧拉函数和欧几里德算法

20

欧拉定理

10

以Hill密码作为计算练习

20

教学总结

效果

通过讲授，学生能掌握古典密码两类基本类型：置换密码和代替密码；学会基本的模运算和欧几里德算法，为今后学习打下基础；初步了解密码攻击的过程，以及无条件安全性和计算安全性、密码系统基本概念。

反思

略

第二章序列密码

教学目标

掌握序列密码构造过程和LFSR序列生成过程和表示方式，掌握m序列生成条件和伪随机特性；掌握DSR实现过程；掌握BM算法过程，了解序列密码的典型攻击方式和LFSR驱动序列的非线性综合方式；了解ZUC算法。

重点难点

1．重点之一是LFSR的实现过程和表示方式

2．重点之二是m序列的伪随机特性

3．难点是m序列伪随机特性的证明、BM算法

教学内容

1.序列密码基本原理

2.LFSR及其有理表示

3.m序列的伪随机性

4.DSR

5.BM算法与非线性综合

6.ZUC

教学设计

1.学情分析

通过第一章学习，了解了一次一密密码，对其加解密过程有一定认识。同时在学习“数字电路”课程时，对寄存器的概念有所认知。

教学形式

以讲述为主，借助ppt和教材进行；关键概念给出板书加以强调，部分概念用微课解释。

教学特点

围绕近似随机的密钥序列的产生，重点从线性反馈移位寄存讲起，之后介绍周期最大的m序列的生成与特点，再次介绍线性综合解和非线性综合，最终落脚点是ZUC算法。

教学过程

第一讲（2学时）

教学进度

教学内容

时间（分钟）

1．基本原理

序列密码加解密过程、KG、反馈移位寄存器

20

2．LFSR

LFSR的工作过程

20

LFSR的表示方式

10

状态转移图

20

m序列的概念

20

KG设计的目标

10

第二讲（2学时）

教学进度

教学内容

时间（分钟）

2．LFSR

LFSR的有理表示

20

消最小项的长除法

20

本原多项式、产生m序列的条件

20

3．m序列的伪随机性

伪随机性的三个指标

10

m序列的伪随机性：1/0个数

10

m序列的伪随机性：游程个数

20

第三讲（2学时）

教学进度

教学内容

时间（分钟）

3.m序列的伪随机性

m序列的伪随机性：相关系数

15

总结与练习

20

4．DSR

DSR的形式

20

DSR的状态更新过程

20

DSR的有理表示

15

LFSR两种形式的对比练习

10

第四讲（2学时）

教学进度

教学内容

时间（分钟）

4．DSR

有理表示中退化情况

20

5．BM算法与非线性综