《新编密码学》教学课件.pptx

1.1概述

1.2必威体育官网网址通信的基本模型

1.3密码学的基本概念;1.1概述;密码学有着悠久而神秘的历史,人们很难准确给出密码学的起始时间。一般认为人类对密码学的研究与应用已经有几千年的历史,它最早应用在军事和外交领域,随着科技的发展逐渐进入人们的生活中。

密码学研究的是密码编码和破译的技术方法。其中,通过研究密码变化的客观规律,并将其应用于编制密码,实现必威体育官网网址通信的技术称为编码学;通过研究密码变化的客观规律,并将其应用于破译密码,获取通信信息的技术称为破译学。

DavidKahn在他的被称为“密码学圣经”的著作KahnonCodes:SecretsoftheNewCryptology中这样定义密码学:Cryptology,thescienceofcommunicationsecrecy。

密码学是研究编码密码技术和破译密码技术的科学,它是在编码与破译的斗争实践中逐步发展起来的。随着先进科学技术的应用,密码学已成为一门综合性的尖端技术科学,发展至今已有几千年的历史,大致可以分为古典密码学和现代密码学两个时期。;密码学是研究编码密码技术和破译密码技术的科学,它是在编码与破译的斗争实践中逐步发展起来的。随着先进科学技术的应用,密码学已成为一门综合性的尖端技术科学,发展至今已有几千年的历史,大致可以分为古典密码学和现代密码学两个时期。

1.古典密码学时期(1949年之前)

这一时期的密码学更像一门艺术,密码工作者常常凭借直觉和信念进行密码设计和分析,而不是靠推理证明。密码算法的核心实现方式是代换和置换,密钥空间较小,信息的安全性主要依赖加密算法和解密算法的必威体育官网网址性。从这个意义上说,古典密码学更具有艺术性、技巧性,而非科学性。;古典密码学时期的加密技术根据实现方式分为手工密码阶段和机器时代密码阶段。在手工密码阶段,人们通过纸和笔对字符进行加密。Phaistos圆盘和凯撒密码是这一阶段比较有代表性的加密技术。图11所示的Phaistos圆盘是一种直径约为160mm的黏土圆盘,表面的字母间有明显的间隙。该圆盘于1930年在克里特岛被人们发现,但人们无法破译圆盘上的那些象形文字。近年有研究学者认为它记录着某种古代天文历法,其真相仍是个谜,研究学者只能大致推论出它的产生时间(大约在公元前1700—公元前1600年之间)。;这一阶段还出现了另一种著名的加密方式———凯撒密码。为了避免重要信息落入敌军手中而导致泄密,凯撒发明了一种单字替代密码,即把明文中的每个字母用密文中的对应字母替代,明文字符集与密文字符集是一一对应的关系。通过替代操作,凯撒密码实现了对字符信息的加密。

随着工业革命的兴起,密码学也进入了机器时代、电子时代。与手工操作相比,电子密码机使用了更优秀复杂的加密手段,同时也拥有更高的加密解密效率。其中最具有代表性的就是图12所示的ENIGMA密码机。;ENIGMA密码机是德国科研人员在1919年发明的一种加密电子器,它表面看上去就像常用的打字机,但功能与打印机有着天壤之别。ENIGMA密码机的键盘与电流驱动的转子相连,可以多次改变每次敲击的数字,相应信息以摩斯密码输出,同时还需要密钥,而密钥每天都会修改。ENIGMA密码机被证明是有史以来最可靠的加密系统之一,二战

期间它开始被德军大量用于铁路、企业中,使德军必威体育官网网址通信技术处于领先地位。在古典密码学时期,虽然加密设备有了很大的进步,但是密码学的理论没有很大的改变,加密的主要手段仍是代换和置换,而且实现信息加密的过程过于简单,安全性能很差。伴随着高性能计算机的出现,古典密码体制逐渐退出了历史舞台。;2.现代密码学时期第一阶段(1949—1975)

随着通信、电子和计算机等技术的发展,密码学得到了前所未有的系统发展。1949年,Shannon发表了“CommunicationTheoryofSecrecySystems”一文,将密码学置于坚实的数学和计算机科学理论的基础之上,标志着密码学成为一门严谨的科学。这一阶段的密码学有别于古典密码学的方面是:这一阶段对密码学的各个方面都有了科学的描述和刻画;密码方案都以单向函数的存在为前提,许多方案的存在与单向函数的存在是等价的;在研究对象的安全性、方案构造的基础假设与研究对象安全性的证明等方面,都有着严格精准的数学描述、刻画和证明过程。;3.现代密码学时期第二阶段(1976—1994)

1976年,Diffie和Hellman在他们的开创性论文“NewDirectionsinCryptography”中首次提出了公钥密码学的概念。他们突破了传统密码学中加密者与解密者必须共享相同密钥的思想,首次表明在发送端和接收端无共享密钥传输的必威体育官网网址通信是可能的,即加密密钥和解密密钥可以不同,加密密钥可以公开,只需要必威体育官网网址解密密钥,从公开密钥难以推