【文章內(nèi)容簡介】 英語文本中字母的頻率統(tǒng)計 置換技術(shù)之一 ? 置換密碼把明文 (IWILLARRIVENYATAPRILFIRSTDAY)按行寫入后，按列讀出。密鑰表明列的讀出順序。 ciphertext: IVPSLERTWIARIRTILNIDAYLARAFY Y A D T S R I F L I R P A T A Y N E V I R R A L L I W I plaintext: 7 6 5 2 1 3 4 key: 置換技術(shù)之二 ? 多次置換，減少結(jié)構(gòu)性排列，不易于重構(gòu)。 key: plaintext: ciphertext: PILASANRVWILITTYLRIAEIDFRRAY I V P S L E R T W I A R I R T I L N I D A Y L A R A F Y 4 3 1 2 5 6 7 轉(zhuǎn)子機(jī) Rotor machine ? 通過多個轉(zhuǎn)子，完成字母的多次轉(zhuǎn)換。 對稱密鑰密碼 ? 特征 ? 用于加密和解密的密鑰是一樣的或相互容易推出的。 ? 安全性要求 ? 加密算法和解密算法是公開的，協(xié)議是安全的。 ? 加密算法足夠強(qiáng)大，僅依靠密文不可能譯出明文。 ? 安全性依賴于密鑰的安全性，而不是算法安全性。 ? 密鑰的安全性包括：密鑰空間、隨機(jī)性、保密性 。 ? 算法符號描述： EK(P)=C , DK(C)=P 明文 加密算法 對稱密鑰 密文 還原的明文 解密算法 對稱密鑰 對稱密鑰的問題 ? 對稱密鑰能夠解決以下那些問題？ ? 保密性 ? 完整性 ? 認(rèn)證性 ? 不可抵賴性 ? 對稱密鑰的主要缺陷有哪些？ ? 雙方就加密和解密用的密鑰達(dá)成共識困難 ? 密鑰數(shù)量隨參與者人數(shù)的增長呈指數(shù)級增長 √ √ 非對稱密鑰密碼 ? 特征 ? 用于加密和解密的密鑰是不同的。因此，雙方不需要事先專門約定用于加密和解密的密鑰，并加以妥善保管。 ? 安全性要求 ? 加密算法和解密算法是公開的，協(xié)議是安全的。 ? 加密算法強(qiáng)大，僅依靠密文不可能譯出明文。 ? 安全性依賴于私鑰的安全性，而不是公鑰或算法的安全性。 ? 密鑰的安全性包括：密鑰空間、保密性 。 ? 算法符號描述： EK1(P)=C , DK2(C)=P 明文 算法 加密密鑰 密文 還原的明文 算法 解密密鑰 密碼分析 ? 密碼分析學(xué)是在不知道密鑰的情況下，恢復(fù)出明文的科學(xué)。密碼分析也可以發(fā)現(xiàn)密碼體制的弱點(diǎn)。 ? 常見的密碼分析攻擊： ? 唯（已知）密文攻擊 （ ciphertextonly attack） ? 已知明文攻擊 （ knowplaintext attack） ? 選擇文本攻擊 ? 選擇明文攻擊 （ chosenplaintext attack） ? 適應(yīng)性選擇明文攻擊（ adaptivechosenplaintext attack） ? 選擇密文攻擊 （ adaptivechosenciphertext attack） 唯密文攻擊 ? 密碼分析者有一些信息的密文，這些信息都用同一加密算法加密。密碼分析者的任務(wù)是恢復(fù)盡可能多的明文，或者最好是能推算出加密信息的密鑰來，以便可采用相同的密鑰解出其他被加密的信息。 ? 已知： C C2‥‥‥ Cn、 E、 Ci=EK（ Pi） ? 推導(dǎo)出： P P2 ‥‥‥ Pn；甚至 K。 ? 舉例：字典破解、暴力破解 已知明文攻擊 ? 密碼分析者不僅可以得到一些信息的密文，而且也知道這些信息的明文。分析者的任務(wù)就是用加密信息推出用來加密的密鑰或?qū)С鲆粋€算法，此算法可以對用同一密鑰加密的任何新的信息進(jìn)行解密。 ? 已知： P1， C1=Ek（ P1）， P2， C2=Ek（ P2）， ‥‥‥ ， Pi， Ci=Ek（ Pi）， ? 推導(dǎo)出：密鑰 k。 選擇明文攻擊 ? 密碼分析者不但可以得到一些信息的明文，而且它們可以選擇被加密的明文。 ? 這比已知明文攻擊更有效。因為密碼分析者能選擇特定的明文塊去加密，那些塊可能產(chǎn)生更多關(guān)于密鑰的信息，分析者的任務(wù)是推出用來加密信息的密鑰或?qū)С鲆粋€算法，此算法可以對用同一密鑰加密的任何新的信息進(jìn)行解密。 ? 已知： P1， C1=Ek（ P1）， P2， C2=Ek（ P2） ‥‥‥ Pi， Ci=Ek（ Pi） 其中 P1， P2 ‥‥‥ Pi是由密碼分析者選擇的。 ? 推導(dǎo)出：密鑰 k。 ? 適應(yīng)性選擇明文攻擊 ? 密法分析者不但能夠選擇被加密的明文，而且也能基于以前加密的結(jié)果修正這個選擇的，被稱為適應(yīng)性選擇明文攻擊。 選擇密文攻擊 ? 密碼分析者能選擇不同的被加密的密文，并可得到對應(yīng)的解密的明文，這種攻擊主要用于公開密鑰體制。 ? 已知： C1， P1=Dk（ C1）， C2， P2=Dk（ C2） ‥‥‥ Ci， Pi=Dk（ Ci）。 ? 推導(dǎo)出： k。 破譯算法的級別 ? 全部破譯（ total break）找出密鑰 ? 全部推導(dǎo)（ global deduction）找出替代算法 ? 實例推導(dǎo)（ instance deduction）找出明文 ? 信息推導(dǎo)（ information deduction）獲得一些有關(guān)密鑰或明文的信息。 安全性的衡量 ? 無條件安全（ Unconditionally secure） ? 無論破譯者有多少密文 ,他也無法解出對應(yīng)的明文 ,即使他解出了 ,他也無法驗證結(jié)果的正確性。 ? 加密方案產(chǎn)生的密文不足以唯一決定對應(yīng)的明文，如一次一密。 ? 計算安全（ Computationally secure） ? 破譯密碼成本超過信息價值 ? 破譯時間超過信息生命周期。 攻擊的復(fù)雜性分析 ? 數(shù)據(jù)復(fù)雜性（ data plexity）用作攻擊輸入所需要的數(shù)據(jù) ? 處理復(fù)雜性（ processing plexity）完成攻擊所需要的時間 ? 存儲需求（ storage requirement）進(jìn)行攻擊所需要的數(shù)據(jù)量 密碼分析基本方法 ? 窮舉法 (Exhaustive Attack )，又稱為強(qiáng)力法(Bruteforce) ? 這是對截獲的密文依次用各種可能的密鑰破譯。 ? 對所有可能的明文加密直到與截獲的密文一致瓦為止。 ? 分析法 ? 系統(tǒng)分析法（統(tǒng)計分析法）：利用明文的統(tǒng)計規(guī)律 ? 確定性分析法 第 2節(jié) 對稱密鑰密碼體制 ? 對稱密鑰密碼算法類型 ? 分組密碼工作模式 ? 對稱加密算法 ? 對稱加密應(yīng)用－保密通信 ? 對稱密鑰分配問題 對稱密鑰密碼算法類型 ? 序列（流）密碼 ? 將明文信息按字符逐位加密，主要原理是：通過有限狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生性能優(yōu)良的與明文等長的偽隨機(jī)序列，使用該序列加密明文，得到密文序列。 ? 在這種加密算法中，每一字符數(shù)據(jù)的加密與其他字符數(shù)據(jù)無關(guān)。 ? 其缺點(diǎn)是密碼破譯人員比較容易得到明密對照雙碼，便于其進(jìn)行密碼分析。 ? 序列密碼的典型算法有： RC4， SEAL， A5等，序列密碼多用于流式數(shù)據(jù)的加密，特別是對實時性要求比較高的語音和視頻流的加密傳輸。比如流密碼 A5已成為 GSM移動電話標(biāo)準(zhǔn)中指定的密碼標(biāo)準(zhǔn)。 ? 分組（塊）密碼 ? 將明文分成固定長度的組（如 64比特一組）用密鑰和算法對每一塊加密，輸出也是固定長度的密文。 ? 在這種加密算法中，每一個字符數(shù)據(jù)的加密不僅與密鑰有關(guān)，而且還可能與其他字符數(shù)據(jù)有關(guān)。此時，密碼分析的量很大。 ? 分組密碼的典型算法有： DES， 3DES， IDEA， AES， SKIPJACK， Karn，RC2和 RC5等，分組密碼是目前在商業(yè)領(lǐng)域比較重要使用較多的密碼，廣泛用于信息的保密傳輸和加密存儲， 分組密碼的一般設(shè)計原理 ? 分組密碼把明文組塊加密成密文塊 ? 一般密鑰長度是塊長度的倍數(shù) ? 例如： 8字節(jié)的明文塊用 64位密鑰進(jìn)行加密 ? 密文長度始終是塊長度的倍數(shù)，明文長度不一定塊長度的倍數(shù) ? 當(dāng)明文長度不是塊長度的倍數(shù)時，需要對明文塊中的最后一塊進(jìn)行填充 分組密碼工作模式之一 ? 電子密碼本（ ECB）模式 ? 直接使用基本的分組密碼模式，對明文塊分別進(jìn)行加密。 ? 特點(diǎn)：速度快；在給定密鑰的情況下，相同的明文總是產(chǎn)生相同的密文。因此，容易被分析破譯； 適合于較短的信息的傳輸。 ? 密碼分組鏈接（ CBC）模式 ? 在加密當(dāng)前明文塊（第一塊除外）之前，先將上一明文塊加密的結(jié)果與當(dāng)前明文塊進(jìn)行異或運(yùn)算，然后再加密，如此形成一個密文鏈。在對第一明文塊進(jìn)行加密時，需要一個初始向量（ IV）。 ? 特點(diǎn)：相同明文 生成 不同密文； 安全性好于 ECB；適合于傳輸長度大于 64位的報文，還可以進(jìn)行用戶鑒別，是大多系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)如 SSL、 IPSec。 分組密碼工作模式之二 ? 密碼反饋（ CFB）模式 ? 在加密當(dāng)前明文塊（第一塊除外）之前，先對上一明文塊加密的結(jié)果進(jìn)行加密生成密鑰流，然后將密鑰流與當(dāng)前明文塊進(jìn)行異或運(yùn)算，如此形成一個密文鏈。在生成第一個密鑰流時，需要一個初始向量。與 CBC不同的是： CFB是先加密后異或。 ? 特點(diǎn)：不需要對明文結(jié)尾塊進(jìn)行填充；與 CBC同樣安全。 ? 輸出反饋（ OFB）模式 ? 用分組密碼產(chǎn)生一個隨機(jī)密鑰流，將此密鑰流和明文流進(jìn)行異或，可得密文流。 ? 特點(diǎn)：安全性不如 CBC和 CFB。 電子密碼本 ECB 密文 “ Df4” 密文 “ xF3^” 密文 “ 3w6” 密文 “ !re4” 密文 “ weY3” 明文 “ IWIL” 明文 “ LARR” 明文 “ IVEA” 明文 “ TSUN” 明文 “ DAY” Pi Ci K 加密 加密 加密 加密 加密 E IWILLARRIVEATSUNDAY Df4xF3^3w6!re4weY3 加密： Ci=EK(Pi) 解密： Pi=DK(Ci) 密碼分組鏈接 CBC ? IV未必需要保密，但一般以加密形式被交換，并經(jīng)常更換。 密文 “ E8a” 密文 “ JK9s” 密文 “ *4(j” 密文 “ w0P@” 密文 “ 8!qP” 明文 “ IWIL” 明文 “ LARR” 明文 “ IVEA” 明文 “ TSUN” 明文 “ DAY” Pi Ci 加密 加密 加密 加密 加密 E IWILLARRIVEATSUNDAY E8aJK9s*4(jw0P@8!qP 初始向量 “ Xw9” 加密： Ci=EK(Pi⊕ Ci1) 解密： Pi=DK(Ci)⊕ Ci1 密碼反饋 CFB 密文 “ E8a” 密文 “ JK9s” 密文 “ *4(j” 密文 “ w0P@” 密文 “ 8!qP” 明文 “ IWIL” 明文 “ LARR” 明文 “ IVEA” 明文 “ TSUN” 明文 “ DAY” 加密 加密 加密 加密 加密 IWILLARRIVEATSUNDAY E8aJK9s*4(jw0P@8!qP 初始向量 “ Xw9” 解密： Pi=DK(Ci1) Ci 加密： Ci=Pi EK(Ci1) 輸出反饋 OFB 密文 “ E8a” 密文 “ JK9s” 密文 “ *4(j” 密文 “ w0P@” 密文 “ 8!qP” 明文 “ IWIL” 明文 “ LARR” 明文 “ IVEA” 明文 “ TSUN” 明文 “ DAY” 加密 加密 加密 加密 加密 IWILLARRIVEATSUNDAY E8aJK9s*4(jw0P@8!qP 初始向量 “ Xw9” 加密： Ci=Pi⊕ EK(Si1) 解密： Pi=DK(Si1)⊕ Ci DES對稱算法的產(chǎn)生之一 ? 1973年 5月 15日 ,美國國家標(biāo)準(zhǔn)局 (NBS)開始公開征集標(biāo)準(zhǔn)加密算法 ,并公布了它的設(shè)計要求 : ? 算法必須提供高度的安全性 ? 算法必須有詳細(xì)的說明 ,并易于理解 ? 算法的安全性取決于密鑰 ,不依賴于算法 ? 算法適用于所有用戶 ? 算法適用于不同應(yīng)用場合 ? 算法必須高效、經(jīng)濟(jì) ? 算法必須能被證實有效 ? 算法必須是可出口的 DES對稱算法的產(chǎn)生之二 ? 1974年 8月 27日 ,美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（ NBS，現(xiàn)在為 NIST—— 美國國家技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)所）開始第二次征集， IBM提交了算法 LUCIFER，該算法由 IBM的工程師 W. Tuchman 和 C. Meyer在 19711972年研制。 ? 197