《Python工程应用——网络信息安全》课件_chap3.pptx

chap.3密码学编程;通常，密码是信息安全的核心保护措施。无论是存储器或信道中的数据，都可以用密码进行保护。密码在早期仅对文字或数码进行保护，随着通信技术的发展，密码也可以应用于语音、图像、数据等。在现代信息安全领域，密码学/技术进一步发展，衍生出一些新的必威体育官网网址应用。这些应用除了机密性保护之外，还可以对信息的完整性、不可否认性进行保护。

密码技术（Cryptography）包含了密码学（Cryptography）和密码分析学（Cryptanalysis）两大分支，互为矛盾，对抗发展。本章内容对密码学的典型加密算法Python程序实现进行介绍。;3.1密码学基础;2.要素

一套完整的密码学实现规则、实例方案，称为密码体制。密码体制的设计围绕着明文、密文、密钥、加密、解密几个要素展开，其相互关系可以用图3-1密码体制框图概括描述。;明文：是指没有进行变换，能够直接代表原文含义的数据，用m表示。全体明文m的集合构成明文空间，记为M。

密文：是指明文经过变换后，隐藏了原文含义的数据，用c表示。全体密文c的集合构成密文空间，记为C。

加密：是指将明文转换成密文的实施过程。

解密：是指将密文转换成明文的实施过程。

加密和解密互为反变换。随着基于数学密码技术的发展，加、解密方法一般用数学算法实现，因此分别称为加密算法和解密算法，其中加密算法记为E，解密算法记为D。;密钥：是指控制加密和解密的关键要素，分为加密密钥和解密密钥。通常每个密码体制的密钥k都有加密密钥ke和解密密钥kd组成。全体密钥的集合构成密钥空间，记为K。密钥空间中不同密钥的个数成为密钥量是衡量密码体制安全性的一个重要指标。

因此，将解密过程通常可以形式化的表示为下式。;3.发展

密码技术自古有之，回顾密码学发展历史，基本可以划分为三个阶段。

第一个阶段，是从古代到19世纪末，长达数千年。这个时期，由于生产力低下，产生的许多密码体制都是可用纸笔或者简单机械实现加解密的，所以称这个时期产生出的密码体制为“古典密码体制”。古典密码体制主要有两大类：一类是单表代换体制，另一类是多表代换体制。用“手工作业”进行加解密，密码分析亦是“手工作业”。这个阶段所产生出来的所有密码体制几乎已全部被破译了。

第二个阶段，是从20世纪初到20世纪50年代末。在这半个世纪期间，由于莫尔斯发明了电报，继而电报通信建立起来了。为了适应电报通信，密码设计者设计出了一些采用复杂的机械和电动机械设备实现加解密的体制。这个时期产生出的密码体制为“近代密码体制”。近代密码体制主要是像转轮机那样的机械和电动机械设备。这些密码体制基本上已被证明是不必威体育官网网址的，但是要想破译它们往往需要很大的计算量。

第三个阶段，是从Shannon于1949年发表的划时代论文《必威体育官网网址通讯系统理论》(CommunicationTheoryofSecrecySystem)开始的，这篇论文证明了密码编码需要坚实的数学基础。在这一时期，微电子技术的发展使电子密码走上了历史舞台，共同催生了“现代密码体制”。特别是20世纪70年代中期，DES密码算法的公开发表，以及公开密钥思想的提出，更是促进了当代密码学的蓬勃发展。到了20世纪80年代，大规模集成电路技术和计算机技术的迅速发展，现代密码学得到了更加广泛的应用。

当前，随着量子等新兴技术的不断出现与发展，密码技术进入了一个全新的发展期。量子密码术与传统的密码系统不同，它依赖于物理学作为安全模式的关键方面而不是数学，也预示着密码新时代的到来。;3.1.2密码体制分类

密码体制划分方法大致分为三种：换位与代替密码体制、序列与分组密码体制、对称与非对称密钥密码体制。除此之外，单向函数还可用来保护数据的完整性。

换位与代替密码体制

在对明文进行加密变换时，通常可以采用替代和换位两种方法。替代是将明文中的一个字母用密文字母表中其他字母替代。换位是对数据的位置进行的置换的方法。;3.对称与非对称密钥密码体制

对称密码体制（或单密钥密码密码体制）的加密密钥与解密密钥相同。非对称密码体制（或双密钥密码密码体制）的加密密钥与解密密钥不相同。进一步，如果在一个双密钥密码密码体制中，加密密钥ke计算解密密钥kd是困难的，公开ke不会损害kd的安全性，则可以将加密密钥ke公开，这样的密码体