加密技術(shù)[共99頁(yè)]

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1、第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)主講：汪禮文主講：汪禮文單位：北京時(shí)代集團(tuán)公司單位：北京時(shí)代集團(tuán)公司Email: 第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)課程介紹課程介紹計(jì)算機(jī)信息安全的一部分計(jì)算機(jī)信息安全的一部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程的一部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程的一部分軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)組成部分軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)組成部分包括信息安全加密的程序設(shè)計(jì)包括信息安全加密的程序設(shè)計(jì)包括加密體系的算法設(shè)計(jì)方法與模式包括加密體系的算法設(shè)計(jì)方法與模式第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)相關(guān)課程相關(guān)課程先修課先修課 數(shù)學(xué)理論知識(shí)數(shù)學(xué)理論知識(shí) 計(jì)算機(jī)算法分析計(jì)算機(jī)算法分析 高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)高級(jí)語(yǔ)言

2、程序設(shè)計(jì)后續(xù)課后續(xù)課 計(jì)算機(jī)信息安全計(jì)算機(jī)信息安全 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求（1）了解加密技術(shù)的基本概念）了解加密技術(shù)的基本概念（2）掌握基本加密算法的設(shè)計(jì)原理）掌握基本加密算法的設(shè)計(jì)原理（3）了解其他的加密技術(shù)）了解其他的加密技術(shù)（4）能夠獨(dú)立完成一些基本算法加密、解密處理）能夠獨(dú)立完成一些基本算法加密、解密處理（5）能夠舉一反三理解和設(shè)計(jì)出新的加密算法）能夠舉一反三理解和設(shè)計(jì)出新的加密算法第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)課時(shí)安排課時(shí)安排授課時(shí)間：三個(gè)課時(shí)授課時(shí)間：三個(gè)課時(shí)上機(jī)時(shí)間：兩個(gè)課時(shí)上機(jī)時(shí)間：兩個(gè)課時(shí)上機(jī)地點(diǎn)：統(tǒng)一安

3、排上機(jī)地點(diǎn)：統(tǒng)一安排第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)參考資料參考資料（1）計(jì)算機(jī)信息安全）計(jì)算機(jī)信息安全（2）密碼學(xué)技術(shù)）密碼學(xué)技術(shù)（3）計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)安全）計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)安全（4）數(shù)學(xué)）數(shù)學(xué)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)第第3章章 提提 綱綱3.1 信息加密技術(shù)概述信息加密技術(shù)概述3.2 基本的加密算法基本的加密算法3.3 常用的校驗(yàn)算法常用的校驗(yàn)算法3.4 對(duì)稱加密技術(shù)對(duì)稱加密技術(shù)3.5 非對(duì)稱加密技術(shù)非對(duì)稱加密技術(shù)開(kāi)開(kāi) 始始第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1 信息加密技術(shù)概述信息加密技術(shù)概述3.1.1 基本概念基本概念3.1.2 密碼學(xué)介紹密碼學(xué)介紹3.1.

4、3 加密技術(shù)介紹加密技術(shù)介紹返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.1 基本概念基本概念3.1.1.1 基本概念（一）基本概念（一）3.1.1.2 基本概念（二）基本概念（二）3.1.1.3 基本概念（三）基本概念（三）3.1.1.4 小結(jié)小結(jié)返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.1.1 基本概念（一）基本概念（一）（1）明文）明文(Plaintext): 未加密的報(bào)文。未加密的報(bào)文。（2）密文）密文(Ciphertext): 明文經(jīng)密碼保護(hù)形成一種隱蔽形式。明文經(jīng)密碼保護(hù)形成一種隱蔽形式。（3）加密）加密(Encryption): 將

5、明文變換為密文過(guò)程。將明文變換為密文過(guò)程。（4）解密）解密(Decryption): 加密的逆過(guò)程。加密的逆過(guò)程。（5）加密算法）加密算法(Encryption Algorithm): 加密明文采用的規(guī)則加密明文采用的規(guī)則（6）解密算法）解密算法(Decryption Algorithm): 解密明文采用的規(guī)則解密明文采用的規(guī)則返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.1.2 基本概念（二基本概念（二）（1）發(fā)送者）發(fā)送者(Sender): 傳送消息的人。傳送消息的人。（2）接收者）接收者(Receiver): 傳送消息的預(yù)定對(duì)象。傳送消息的預(yù)定對(duì)象。（3）密鑰）密鑰(K

6、ey): 用于加密和解密操作的數(shù)據(jù)。用于加密和解密操作的數(shù)據(jù)。（4）截收者）截收者(Eavesdropper): 在信息傳輸和處理系統(tǒng)中的非在信息傳輸和處理系統(tǒng)中的非授權(quán)者，通過(guò)搭線、電磁、聲音竊聽(tīng)來(lái)竊取機(jī)密信息。授權(quán)者，通過(guò)搭線、電磁、聲音竊聽(tīng)來(lái)竊取機(jī)密信息。（5）密碼分析）密碼分析(Cryptannalysis):接收者試圖通過(guò)分析截獲的接收者試圖通過(guò)分析截獲的米問(wèn)推斷出原來(lái)的明文或密文。米問(wèn)推斷出原來(lái)的明文或密文。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.1.3 基本概念（三）基本概念（三）（1）密碼分析員）密碼分析員(Cryptanalyst):從事密碼分析的人。

7、從事密碼分析的人。（2）被動(dòng)攻擊）被動(dòng)攻擊(Passive attack):對(duì)一個(gè)保密系統(tǒng)采取截獲密對(duì)一個(gè)保密系統(tǒng)采取截獲密文進(jìn)行分析的攻擊。文進(jìn)行分析的攻擊。（3）主動(dòng)攻擊）主動(dòng)攻擊(Active attack):非法入侵者非法入侵者(Tamper)、攻擊者攻擊者(Attacker)或黑客或黑客(Hacker)主動(dòng)向系統(tǒng)竄擾，采用刪除、增添、主動(dòng)向系統(tǒng)竄擾，采用刪除、增添、重放、偽造等手段向系統(tǒng)注入虛假的消息，達(dá)到利己害人的重放、偽造等手段向系統(tǒng)注入虛假的消息，達(dá)到利己害人的目的。目的。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.1.4 小小 結(jié)結(jié)（1）了解專業(yè)術(shù)語(yǔ)。）了

8、解專業(yè)術(shù)語(yǔ)。（2）掌握最基本的概念（加密、解）掌握最基本的概念（加密、解密、明文、密文等等）。密、明文、密文等等）。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.2 密碼學(xué)介紹密碼學(xué)介紹3.1.2.1 密碼學(xué)概述密碼學(xué)概述3.1.2.2 密碼學(xué)密碼學(xué)發(fā)展史發(fā)展史3.1.2.3 密碼系統(tǒng)組成密碼系統(tǒng)組成3.1.2.4 密碼的分類密碼的分類3.1.2.5 攻擊密碼的方法攻擊密碼的方法3.1.2.6 破譯密碼的類型破譯密碼的類型3.1.2.7 密鑰管理體系密鑰管理體系3.1.2.8 小結(jié)小結(jié)返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.2.1 密碼學(xué)概述密碼學(xué)概述

9、 密碼學(xué)作為數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，專門(mén)研究計(jì)算密碼學(xué)作為數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，專門(mén)研究計(jì)算機(jī)信息加密、解密及其變換過(guò)程的科學(xué)，是密碼機(jī)信息加密、解密及其變換過(guò)程的科學(xué)，是密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)的統(tǒng)稱，是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)的編碼學(xué)和密碼分析學(xué)的統(tǒng)稱，是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)的交叉學(xué)科，也是一門(mén)新興的學(xué)科。交叉學(xué)科，也是一門(mén)新興的學(xué)科。 返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.2.2 密碼學(xué)發(fā)展史密碼學(xué)發(fā)展史（1）第一階段）第一階段(古代古代1949): 屬于前期階段，密碼技術(shù)只屬于前期階段，密碼技術(shù)只是一種藝術(shù)，而不是一種科學(xué)，專家們是憑借直覺(jué)和信念是一種藝術(shù)，而不是一種科學(xué)，專家們是憑借直覺(jué)和信念

10、來(lái)進(jìn)行密碼設(shè)計(jì)和分析，而不是推理論證。來(lái)進(jìn)行密碼設(shè)計(jì)和分析，而不是推理論證。（2）第二階段）第二階段(19491975): 1949年年Shannon發(fā)表了發(fā)表了“保密保密系統(tǒng)的信息理論系統(tǒng)的信息理論”一文為對(duì)稱密碼系統(tǒng)建立的理論基礎(chǔ)，一文為對(duì)稱密碼系統(tǒng)建立的理論基礎(chǔ)，從此密碼學(xué)成為一門(mén)科學(xué)。從此密碼學(xué)成為一門(mén)科學(xué)。（3）第三階段）第三階段(1976至今至今): 1976年年Diffie和和Hellman發(fā)表發(fā)表了了“密碼學(xué)的新方向密碼學(xué)的新方向”一文證明收發(fā)雙方無(wú)密鑰傳輸?shù)募右晃淖C明收發(fā)雙方無(wú)密鑰傳輸?shù)募用苄畔⒓夹g(shù)是可能的。密信息技術(shù)是可能的。1977年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局正式公布年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)

11、準(zhǔn)局正式公布了數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)了數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.2.3 密碼系統(tǒng)組成密碼系統(tǒng)組成（1）明文空間：所有明文信息。）明文空間：所有明文信息。（2）密文空間：所有密文信息。）密文空間：所有密文信息。（3）加密算法：加密規(guī)則。）加密算法：加密規(guī)則。（4）解密算法：解密規(guī)則。）解密算法：解密規(guī)則。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.2.4 密碼分類（一）密碼分類（一）（1）按應(yīng)用技術(shù)或發(fā)展階段：）按應(yīng)用技術(shù)或發(fā)展階段：手工密碼：手工密碼：以手工方式完成加密作業(yè)或以簡(jiǎn)單器具輔助以手工方式完成加密作業(yè)或以簡(jiǎn)單器具

12、輔助操作的密碼。應(yīng)用于第一次世界大戰(zhàn)。操作的密碼。應(yīng)用于第一次世界大戰(zhàn)。機(jī)械密碼：機(jī)械密碼：以機(jī)械碼來(lái)完成加解密作業(yè)的密碼。從第一以機(jī)械碼來(lái)完成加解密作業(yè)的密碼。從第一次世界大戰(zhàn)出現(xiàn)到第二次世界大戰(zhàn)中得到普遍應(yīng)用。次世界大戰(zhàn)出現(xiàn)到第二次世界大戰(zhàn)中得到普遍應(yīng)用。電子機(jī)內(nèi)亂碼：電子機(jī)內(nèi)亂碼：通過(guò)電子電路，以嚴(yán)格的程序進(jìn)行邏輯通過(guò)電子電路，以嚴(yán)格的程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生大量的加密亂數(shù)。運(yùn)算，產(chǎn)生大量的加密亂數(shù)。20世紀(jì)世紀(jì)50年代末到年代末到70年代年代計(jì)算機(jī)密碼：計(jì)算機(jī)密碼：以計(jì)算機(jī)軟件編程為特點(diǎn)用于網(wǎng)絡(luò)通信。以計(jì)算機(jī)軟件編程為特點(diǎn)用于網(wǎng)絡(luò)通信。 下一節(jié)下一節(jié)返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加

13、密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.2.4 密碼分類（二）密碼分類（二）（2）按保密程度劃分：）按保密程度劃分：理論上保密密碼：理論上保密密碼：理論上對(duì)明文始終得不到唯一解。理論上對(duì)明文始終得不到唯一解。實(shí)際上保密密碼：實(shí)際上保密密碼：理論上可破，但在客觀條件下無(wú)法通理論上可破，但在客觀條件下無(wú)法通過(guò)計(jì)算來(lái)確定唯一解的密碼。過(guò)計(jì)算來(lái)確定唯一解的密碼。不保密密碼：不保密密碼：在獲取一定數(shù)量的密文后可以得到唯一解在獲取一定數(shù)量的密文后可以得到唯一解的密碼。的密碼?？傊?，如破譯的代價(jià)超出信息本身的價(jià)值，或者破譯的總之，如破譯的代價(jià)超出信息本身的價(jià)值，或者破譯的時(shí)間超出了信息的有效期，我們認(rèn)為都是安全可靠的。時(shí)

14、間超出了信息的有效期，我們認(rèn)為都是安全可靠的。返回本節(jié)返回本節(jié)下一節(jié)下一節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.2.4 密碼分類（三）密碼分類（三）（3）按密鑰方式劃分：）按密鑰方式劃分：對(duì)稱式：對(duì)稱式：收發(fā)雙方使用同一密鑰的密碼。收發(fā)雙方使用同一密鑰的密碼。非對(duì)稱式：非對(duì)稱式：收發(fā)雙方使用不同密鑰的密碼。收發(fā)雙方使用不同密鑰的密碼。（4）按明文形態(tài)劃分：）按明文形態(tài)劃分：模擬型：模擬型：加密模擬信息。如語(yǔ)音信號(hào)加密。加密模擬信息。如語(yǔ)音信號(hào)加密。數(shù)字型：數(shù)字型：加密數(shù)字信息。如二進(jìn)制電報(bào)信息加密。加密數(shù)字信息。如二進(jìn)制電報(bào)信息加密。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加

15、密技術(shù)3.1.2.5 攻擊密碼的方法攻擊密碼的方法（1）窮舉攻擊：指密碼分析者試遍所有密鑰的方法）窮舉攻擊：指密碼分析者試遍所有密鑰的方法來(lái)破譯密碼。需要大量破譯時(shí)間。來(lái)破譯密碼。需要大量破譯時(shí)間。（2）統(tǒng)計(jì)分析攻擊：指密碼分析者通過(guò)分析密文和）統(tǒng)計(jì)分析攻擊：指密碼分析者通過(guò)分析密文和明文的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)破譯密碼。不帶密文無(wú)法破譯。明文的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)破譯密碼。不帶密文無(wú)法破譯。（3）數(shù)學(xué)分析攻擊：指密碼分析者針對(duì)加密算法的）數(shù)學(xué)分析攻擊：指密碼分析者針對(duì)加密算法的數(shù)學(xué)依據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)求解的方法來(lái)破譯密碼。使用數(shù)學(xué)依據(jù)，通過(guò)數(shù)學(xué)求解的方法來(lái)破譯密碼。使用具有堅(jiān)實(shí)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和足夠復(fù)雜的加密算法。具有堅(jiān)實(shí)數(shù)學(xué)

16、基礎(chǔ)和足夠復(fù)雜的加密算法。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.2.6 破譯密碼的類型破譯密碼的類型（1）惟密文攻擊：密碼分析者知道一些通過(guò)同一算法加）惟密文攻擊：密碼分析者知道一些通過(guò)同一算法加密的密文，利用這些密文恢復(fù)盡可能多的明文或密鑰。密的密文，利用這些密文恢復(fù)盡可能多的明文或密鑰。（2）已知明文攻擊：密碼分析者知道通過(guò)同一密鑰加密）已知明文攻擊：密碼分析者知道通過(guò)同一密鑰加密的部分密文和明文，推出用來(lái)加密的密鑰或?qū)С鏊惴?。的部分密文和明文，推出用?lái)加密的密鑰或?qū)С鏊惴?。?）選擇明文攻擊：密碼分析者可選擇一些密文和明文，）選擇明文攻擊：密碼分析者可選擇一些密

17、文和明文，通過(guò)選擇被加密的明文，推出用來(lái)加密的密鑰或算法。通過(guò)選擇被加密的明文，推出用來(lái)加密的密鑰或算法。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.2.7 密鑰管理體系密鑰管理體系 密鑰交換 節(jié)點(diǎn)間的密鑰分配 密鑰分配中心 三級(jí)密鑰管理體系 返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)密鑰交換密鑰交換例子：稅控例子：稅控IC卡卡返回本節(jié)返回本節(jié)接收方接收方B發(fā)送方發(fā)送方A密鑰信道密鑰信道第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)節(jié)點(diǎn)間密鑰分配節(jié)點(diǎn)間密鑰分配返回本節(jié)返回本節(jié)密鑰交互請(qǐng)求密鑰交互請(qǐng)求接收方接收方B發(fā)送方發(fā)送方A回應(yīng)請(qǐng)求回應(yīng)請(qǐng)求傳輸密鑰傳輸密鑰例子：例

18、子：POS第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)密鑰分配中心密鑰分配中心返回本節(jié)返回本節(jié)密鑰交互請(qǐng)求密鑰交互請(qǐng)求接收方接收方B發(fā)送方發(fā)送方A回應(yīng)請(qǐng)求回應(yīng)請(qǐng)求傳輸密鑰傳輸密鑰分配中心分配中心(密鑰組密鑰組)例子：金卡中心例子：金卡中心第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)三級(jí)密鑰管理體系三級(jí)密鑰管理體系返回本節(jié)返回本節(jié)（1）初級(jí)密鑰）初級(jí)密鑰LMK(Local Master Key)（2）二級(jí)密鑰二級(jí)密鑰ZMK(Zone Master Key)（3）三級(jí)密鑰三級(jí)密鑰MAC、Working Key例子：銀行系統(tǒng)例子：銀行系統(tǒng)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.2.8 小小 結(jié)結(jié)（1

19、）了解密碼技術(shù)發(fā)展歷史和應(yīng)用。）了解密碼技術(shù)發(fā)展歷史和應(yīng)用。（2）了解密碼的分類情況。）了解密碼的分類情況。（3）了解攻擊以及破譯密碼方式。）了解攻擊以及破譯密碼方式。（4）理解并熟悉密鑰管理體系。）理解并熟悉密鑰管理體系。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.3 加密技術(shù)介紹加密技術(shù)介紹3.1.3.1 概述概述3.1.3.2 加密系統(tǒng)特點(diǎn)加密系統(tǒng)特點(diǎn)3.1.3.3 基本模型基本模型3.1.3.4 加密系統(tǒng)模型加密系統(tǒng)模型3.1.3.5 保密系統(tǒng)安全要求保密系統(tǒng)安全要求3.1.3.6 小結(jié)小結(jié)返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.3.1 概概

20、 述述 信息加密技術(shù)是一門(mén)涉及數(shù)學(xué)、密碼學(xué)和計(jì)算信息加密技術(shù)是一門(mén)涉及數(shù)學(xué)、密碼學(xué)和計(jì)算機(jī)的交叉學(xué)科，是密碼學(xué)研究的對(duì)象，主要是對(duì)敏機(jī)的交叉學(xué)科，是密碼學(xué)研究的對(duì)象，主要是對(duì)敏感數(shù)據(jù)、摘要、簽名等進(jìn)行加密，應(yīng)用于保護(hù)軍事感數(shù)據(jù)、摘要、簽名等進(jìn)行加密，應(yīng)用于保護(hù)軍事、外交通信、商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。、外交通信、商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。 隨著現(xiàn)代密碼學(xué)的發(fā)展，使信息加密技術(shù)已經(jīng)隨著現(xiàn)代密碼學(xué)的發(fā)展，使信息加密技術(shù)已經(jīng)不在依賴于對(duì)加密算法本身的保密，是通過(guò)在統(tǒng)計(jì)不在依賴于對(duì)加密算法本身的保密，是通過(guò)在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上提高破解成本保證高加密算法的安全性。學(xué)意義上提高破解成本保證高加密算法的安全性。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3

21、章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.3.2 加密系統(tǒng)的特點(diǎn)加密系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）機(jī)密性：收發(fā)雙方都能夠理解報(bào)文內(nèi)容。）機(jī)密性：收發(fā)雙方都能夠理解報(bào)文內(nèi)容。（2）身份鑒別：收發(fā)雙方能夠?qū)崿F(xiàn)身份互認(rèn)。）身份鑒別：收發(fā)雙方能夠?qū)崿F(xiàn)身份互認(rèn)。（3）報(bào)文完整性：收發(fā)雙方需要確保數(shù)據(jù)傳輸過(guò)）報(bào)文完整性：收發(fā)雙方需要確保數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的完整性。程中的完整性。（4）不可否認(rèn)性：收發(fā)雙方發(fā)送給對(duì)方的數(shù)據(jù)具）不可否認(rèn)性：收發(fā)雙方發(fā)送給對(duì)方的數(shù)據(jù)具有不可抵賴性。有不可抵賴性。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.3.3 基本模型基本模型返回本節(jié)返回本節(jié)明文明文解密器解密器加密器加密器密文密

22、文接收者接收者明文明文密碼源密碼源密碼源密碼源信息信息密碼信道密碼信道第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.3.4 加密系統(tǒng)模型加密系統(tǒng)模型返回本節(jié)返回本節(jié)明文明文解密器解密器加密器加密器密文密文接收者接收者明文明文密碼源密碼源密碼源密碼源信息信息密碼信道密碼信道非法入侵者非法入侵者密碼分析員密碼分析員搭線信道搭線信道搭線信道搭線信道( (主動(dòng)攻擊主動(dòng)攻擊) )( (被動(dòng)攻擊被動(dòng)攻擊) )第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.3.5 加密系統(tǒng)安全要求加密系統(tǒng)安全要求（1）難以被攻破。）難以被攻破。（2）密鑰受使用范圍和時(shí)間限制，可以隨時(shí)變更。）密鑰受使用范圍和時(shí)間限制，可以

23、隨時(shí)變更。（3）密鑰的分配和更換更透明，但用戶不一定要）密鑰的分配和更換更透明，但用戶不一定要親自掌管密鑰，即密鑰可以隨機(jī)產(chǎn)生。如：親自掌管密鑰，即密鑰可以隨機(jī)產(chǎn)生。如：IC 卡?？?。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.1.3.6 小結(jié)小結(jié)（1）了解信息加密技術(shù)原理。）了解信息加密技術(shù)原理。（2）了解加密系統(tǒng)的特點(diǎn)。）了解加密系統(tǒng)的特點(diǎn)。（3）掌握加密系統(tǒng)模型。）掌握加密系統(tǒng)模型。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.2 基本的加密算法基本的加密算法3.2.1 概述概述3.2.2 對(duì)稱加密算法對(duì)稱加密算法3.2.3 非對(duì)稱加密算法非對(duì)稱加密算法3.

24、2.4 常用算法特點(diǎn)常用算法特點(diǎn)3.2.5 常用算法分類常用算法分類3.2.6 應(yīng)用場(chǎng)所應(yīng)用場(chǎng)所3.2.7 小結(jié)小結(jié)返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.2.1 概概 述述 加密算法是加密技術(shù)的核心以及重點(diǎn)研究對(duì)象，算法加密算法是加密技術(shù)的核心以及重點(diǎn)研究對(duì)象，算法的優(yōu)良與否直接影響系統(tǒng)的安全性能，其主要是指對(duì)機(jī)密的優(yōu)良與否直接影響系統(tǒng)的安全性能，其主要是指對(duì)機(jī)密信息進(jìn)行加密或解密的方法。信息進(jìn)行加密或解密的方法。按密鑰方式分為：按密鑰方式分為： 對(duì)稱加密算法：又叫傳統(tǒng)密鑰算法或私有密鑰算法。對(duì)稱加密算法：又叫傳統(tǒng)密鑰算法或私有密鑰算法。 非對(duì)稱加密算法：又叫公開(kāi)

25、密鑰算法。非對(duì)稱加密算法：又叫公開(kāi)密鑰算法。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.2.2 對(duì)稱加密算法對(duì)稱加密算法 對(duì)稱加密算法：加解密密鑰相同或可互相推出。對(duì)稱加密算法：加解密密鑰相同或可互相推出。安全性依賴于密鑰。有：安全性依賴于密鑰。有：DES、3DES、IDEA、AES、RC等。分為分組密鑰和流密鑰。等。分為分組密鑰和流密鑰。 分組密鑰：將明文分成固定塊用同一密鑰和分組密鑰：將明文分成固定塊用同一密鑰和算法加密，并輸出固定長(zhǎng)度密文。算法加密，并輸出固定長(zhǎng)度密文。 流密鑰：對(duì)明文逐位進(jìn)行加密。流密鑰：對(duì)明文逐位進(jìn)行加密。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信

26、息加密技術(shù)3.2.3 非對(duì)稱加密算法非對(duì)稱加密算法 非對(duì)稱加密算法：加解密密鑰不相同且不能相互非對(duì)稱加密算法：加解密密鑰不相同且不能相互計(jì)算出來(lái)，存在密鑰對(duì)。計(jì)算出來(lái)，存在密鑰對(duì)。分為：加密密鑰和解密密鑰。分為：加密密鑰和解密密鑰。 加密密鑰：又叫公開(kāi)密鑰。加密密鑰：又叫公開(kāi)密鑰。 解密密鑰：又叫私有密鑰。解密密鑰：又叫私有密鑰。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.2.4 常用算法特點(diǎn)常用算法特點(diǎn)LRC：縱向冗余縱向冗余校驗(yàn)校驗(yàn) Longitudinal Redundancy Check CRC：循環(huán)冗余校驗(yàn)碼循環(huán)冗余校驗(yàn)碼Cyclic Redundancy Check

27、(Code)。MAC：消息認(rèn)證碼消息認(rèn)證碼(Message Authentication Code)。DES：數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，速度較快，適用于加密大量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，速度較快，適用于加密大量數(shù)據(jù)。3DES：對(duì)一塊數(shù)據(jù)用對(duì)一塊數(shù)據(jù)用3個(gè)不同密鑰進(jìn)行個(gè)不同密鑰進(jìn)行3次加密，強(qiáng)度高。次加密，強(qiáng)度高。RSA：一個(gè)支持變長(zhǎng)密鑰的公共密鑰算法，加密長(zhǎng)度可變。一個(gè)支持變長(zhǎng)密鑰的公共密鑰算法，加密長(zhǎng)度可變。DSA：數(shù)字簽名算法，是一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字簽名算法，是一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)。AES：高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，密鑰長(zhǎng)度高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，密鑰長(zhǎng)度128位位返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技

28、術(shù)3.2.5 常用算法分類常用算法分類對(duì)稱加密算法：對(duì)稱加密算法： DES、3DES、IDEA(國(guó)際數(shù)據(jù)加密算法國(guó)際數(shù)據(jù)加密算法)、AES（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）等高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）等非對(duì)稱加密算法：非對(duì)稱加密算法： RSA、ECC橢圓曲線密碼、橢圓曲線密碼、DSA等。等。 其他算法：其他算法： LRC、CRC、MAC等。等。返回本節(jié)返回本節(jié)AES與與3DES比較比較RSA與與ECC比較比較第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)AES與與3DES比較比較名稱名稱 密鑰長(zhǎng)度密鑰長(zhǎng)度 速度速度 解密解密(255個(gè)密鑰個(gè)密鑰/s) 資源消耗資源消耗AES 128/192/256 高高 1490000億年億年

29、低低3DES 112或或168 低低 46億年億年 高高 返回返回第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)RSA與與DSA比較比較攻破時(shí)間攻破時(shí)間 RSA/DSA(Key長(zhǎng)度長(zhǎng)度) ECC(Key長(zhǎng)度長(zhǎng)度) 密鑰長(zhǎng)度比密鑰長(zhǎng)度比 10的的4次冪次冪 512 106 5：1 10的的8次冪次冪 768 132 6：1 10的的11次冪次冪 1024 160 7：110的的20次冪次冪 2048 210 10：110的的78次冪次冪 21000 600 35：1返回返回第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.2.6 應(yīng)用場(chǎng)所應(yīng)用場(chǎng)所（1）軍事、外交場(chǎng)合數(shù)據(jù)加密傳輸。）軍事、外交場(chǎng)合數(shù)據(jù)加密傳輸

30、。（2）金融、證券、稅務(wù)等需要進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)或身份）金融、證券、稅務(wù)等需要進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)或身份驗(yàn)證的場(chǎng)所。驗(yàn)證的場(chǎng)所。（3）大型軟件需要提供高性能、高安全度的場(chǎng)所。）大型軟件需要提供高性能、高安全度的場(chǎng)所。（4）用于一些硬件加密、解密措施不利而容易被攻）用于一些硬件加密、解密措施不利而容易被攻擊的場(chǎng)所。擊的場(chǎng)所。（5）對(duì)于一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全漏洞或彌補(bǔ)硬件缺陷的）對(duì)于一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全漏洞或彌補(bǔ)硬件缺陷的場(chǎng)所。如嵌入式硬件讀寫(xiě)場(chǎng)所。如嵌入式硬件讀寫(xiě)Flash錯(cuò)誤校驗(yàn)等。錯(cuò)誤校驗(yàn)等。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.2.7 小結(jié)小結(jié)（1）了解加密算法常識(shí)）了解加密算法常識(shí)（2）區(qū)

31、分常用加密算法特點(diǎn)）區(qū)分常用加密算法特點(diǎn)返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.3 LRC校驗(yàn)校驗(yàn)LRC校驗(yàn)：按位校驗(yàn)和。校驗(yàn)：按位校驗(yàn)和。int lrc(char *ptr, int len) int i,ret = 0;for (i=0; ilen; i+) ret = ptri;return (ret); 第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)CRC校驗(yàn)校驗(yàn)CRC校驗(yàn)：循環(huán)冗余校驗(yàn)校驗(yàn)：循環(huán)冗余校驗(yàn),是一個(gè)循環(huán)移位的模是一個(gè)循環(huán)移位的模2運(yùn)算運(yùn)算。采用二進(jìn)制多項(xiàng)式編碼方法。有采用二進(jìn)制多項(xiàng)式編碼方法。有CRC-4、CRC-16、CRC-32等算法。等算法。a x +

32、 a x + . + a x + a n-1 n-2 1 0n-1 n-2二進(jìn)制多項(xiàng)式：二進(jìn)制多項(xiàng)式：如：二進(jìn)制數(shù)10110101可以表示為：1x + 0 x + 1x + 1x + 0 x + 1x + 0 x + 1 7 6 5 4 3 2 第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)unsigned int Cal_CRC (unsigned char *ptr, int len) unsigned int i, crc=0; while (len-!=0) for (i=0 x80; i!=0; i/=2) if (crc & 0 x8000) !=0) crc*=2; crc=CRC_1

33、6_POLY; else crc*=2; if (*ptr&i )!=0) crc=CRC_16_POLY; ptr+; return crc;CRC-16校驗(yàn)校驗(yàn)程序例子：程序例子：CRC_16_POLY為宏定義：為宏定義：即二進(jìn)制多項(xiàng)式，如：即二進(jìn)制多項(xiàng)式，如：0 x8005;第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)MAC計(jì)算計(jì)算8字節(jié)的初始值字節(jié)的初始值異或異或 D1 用用8字節(jié)密鑰字節(jié)密鑰進(jìn)行進(jìn)行DES加密加密異或異或 D2 用用8字節(jié)密鑰字節(jié)密鑰進(jìn)行進(jìn)行DES加密加密異或異或 D3 用用8字節(jié)密鑰字節(jié)密鑰進(jìn)行進(jìn)行DES加密加密得到得到8字節(jié)的字節(jié)的 計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果返回本章首頁(yè)返回本

34、章首頁(yè)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)3.4 對(duì)稱加密技術(shù)對(duì)稱加密技術(shù)對(duì)稱密碼體制概述對(duì)稱密碼體制概述分組密碼原理分組密碼原理DES算法算法返回本章首頁(yè)返回本章首頁(yè)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)對(duì)稱密碼體制概述對(duì)稱密碼體制概述在對(duì)稱密碼體制中，加密密鑰和解密密鑰相同，或彼此在對(duì)稱密碼體制中，加密密鑰和解密密鑰相同，或彼此之間容易相互確定。之間容易相互確定。對(duì)稱密碼分類對(duì)稱密碼分類分組密碼（分組密碼（block cipher):block cipher):將明文分成固定長(zhǎng)度的組，將明文分成固定長(zhǎng)度的組，用同一密鑰和算法對(duì)每一塊加密，輸出也是固定長(zhǎng)度的用同一密鑰和算法對(duì)每一塊加密

35、，輸出也是固定長(zhǎng)度的密文。密文。流密碼（流密碼（stream cipher):stream cipher):又稱序列密碼又稱序列密碼. .序列密碼每次序列密碼每次加密一位或一字節(jié)的明文，也可以稱為流密碼。加密一位或一字節(jié)的明文，也可以稱為流密碼。第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)對(duì)稱密碼體制概述對(duì)稱密碼體制概述對(duì)稱密碼的基本運(yùn)算對(duì)稱密碼的基本運(yùn)算1.1.代替代替代替（代替（substitution)substitution)：就是明文中的每一個(gè)字符被替就是明文中的每一個(gè)字符被替換成密文中的另一個(gè)字符。接收者對(duì)密文做反向替換就換成密文中的另一個(gè)字符。接收者對(duì)密文做反向替換就可以恢復(fù)出明文。

36、可以恢復(fù)出明文。 2.2.置換置換置換置換 ( (permutation)permutation)，又稱換位（又稱換位（transposition)transposition)：明明文的字母保持相同，但順序被打亂了。文的字母保持相同，但順序被打亂了。返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)分組密碼原理分組密碼原理分組密碼一般原理：分組密碼一般原理：分組密碼是將明文消息編碼表示后的數(shù)字（簡(jiǎn)稱明文數(shù)分組密碼是將明文消息編碼表示后的數(shù)字（簡(jiǎn)稱明文數(shù)字）序列，劃分成長(zhǎng)度為字）序列，劃分成長(zhǎng)度為n n的組（可看成長(zhǎng)度為的組（可看成長(zhǎng)度為n n的矢量的矢量），每組分別在密鑰的控制下變換成等

37、長(zhǎng)的輸出數(shù)字（），每組分別在密鑰的控制下變換成等長(zhǎng)的輸出數(shù)字（簡(jiǎn)稱密文數(shù)字）序列。簡(jiǎn)稱密文數(shù)字）序列。加密算法加密算法k=( kk=( k0 0,k,k1 1, ,k kn-1n-1 ) )( ( m m0 0,m,m1 1, ,m mn-1n-1 ) )( ( c c0 0,c,c1 1, ,c cn-1n-1 ) )( ( m m0 0,m,m1 1, ,m mn-1n-1 ) )解密算法解密算法k=( kk=( k0 0,k,k1 1, ,k kn-1n-1 ) )第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)分組密碼原理分組密碼原理分組密碼的結(jié)構(gòu)：分組密碼的結(jié)構(gòu)：常用的分組密碼結(jié)構(gòu)有兩種：常

38、用的分組密碼結(jié)構(gòu)有兩種： 1 1）FeistelFeistel網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)DESDESFEALFEALBlowfishBlowfishRC5RC52 2）SPSP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)SAFERSAFERSHARKSHARKAESAES第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)分組密碼原理分組密碼原理1. 1. FeistelFeistel網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1)1)將明文將明文P P分為左右相等分為左右相等長(zhǎng)度的兩半長(zhǎng)度的兩半L L0 0、R R0 02)2)將將R R0 0 L L1 1 L L0 0F(RF(R0 0,k,k1 1) R) R1 13)3)在第在第i i輪時(shí)輪時(shí)R Ri-1i-1

39、 L Li iL Li-1i-1F(RF(Ri-1i-1,k,ki i) ) R Ri i4)4)至止最后一輪至止最后一輪n n L Ln n=R=Rn-1n-1 R Rn n=L=Ln-1n-1F(RF(Rn-1n-1,k,kn n) )P PL L0 0R R0 0L L1 1R R1 1k k1 1F FF FL Li iR Ri ik ki iF FL Ln nR Rn nk kn n返回本節(jié)返回本節(jié)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法背景算法背景1. 1. DESDES的產(chǎn)生的產(chǎn)生19721972年年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBSNBS）擬訂了一個(gè)旨在保護(hù)計(jì)算擬

40、訂了一個(gè)旨在保護(hù)計(jì)算機(jī)和通信數(shù)據(jù)的計(jì)劃。開(kāi)發(fā)一個(gè)單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)密碼機(jī)和通信數(shù)據(jù)的計(jì)劃。開(kāi)發(fā)一個(gè)單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)密碼算法是該計(jì)劃的一部分。算法是該計(jì)劃的一部分。19731973年年5 5月月1515日日美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBSNBS）發(fā)布征集標(biāo)準(zhǔn)密碼算法公發(fā)布征集標(biāo)準(zhǔn)密碼算法公告。告。DESDES，Data Encryption Standard,Data Encryption Standard,數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)同時(shí)，同時(shí)，NBSNBS確定了一系列設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：確定了一系列設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：q 算法必須提供較高的安全性。算法必須提供較高的安全性。q 算法必

41、須完全確定且易于理解。算法必須完全確定且易于理解。q 算法的安全性必須依賴于密鑰，而不應(yīng)依算法的安全性必須依賴于密鑰，而不應(yīng)依賴于算法。賴于算法。q 算法必須對(duì)所有的用戶都有效。算法必須對(duì)所有的用戶都有效。q 算法必須適用于各種應(yīng)用。算法必須適用于各種應(yīng)用。q 用以實(shí)現(xiàn)算法的電子器件必須很經(jīng)濟(jì)。用以實(shí)現(xiàn)算法的電子器件必須很經(jīng)濟(jì)。q 算法必須能有效使用。算法必須能有效使用。q 算法必須能驗(yàn)證。算法必須能驗(yàn)證。q 算法必須能出口。算法必須能出口。DES算法背景算法背景第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)19741974年年8 8月月2727日日 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBSNBS）第

42、二次發(fā)布征集標(biāo)準(zhǔn)密碼第二次發(fā)布征集標(biāo)準(zhǔn)密碼算法公告。算法公告。 IBMIBM提交了算法提交了算法LUCIFERLUCIFER，該算法由該算法由IBMIBM的工程師在的工程師在19701970年初開(kāi)發(fā)的一個(gè)算法基礎(chǔ)上，于年初開(kāi)發(fā)的一個(gè)算法基礎(chǔ)上，于1971197119721972年研制成功。年研制成功。19751975年年3 3月月1717日日NBSNBS公布該算法細(xì)節(jié)。公布該算法細(xì)節(jié)。19761976年年NBSNBS成立專題小組評(píng)估提出的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。成立專題小組評(píng)估提出的整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。DES算法背景算法背景第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)19761976年年1111月月2323日日采納采納I

43、BMIBM公司的設(shè)計(jì)方案為聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)，并授權(quán)在非公司的設(shè)計(jì)方案為聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)，并授權(quán)在非密級(jí)的政府通信中使用。密級(jí)的政府通信中使用。19771977年年1 1月月1515日日FIPS PUB 46FIPS PUB 46（DESDES標(biāo)準(zhǔn)的正式文本）公布，并在標(biāo)準(zhǔn)的正式文本）公布，并在六個(gè)月后生效。六個(gè)月后生效。19801980年年FIPS PUB 81FIPS PUB 81（DESDES工作方式）公布。工作方式）公布。19811981年年公布公布FIPS PUB 74FIPS PUB 74（實(shí)現(xiàn)和使用實(shí)現(xiàn)和使用DESDES的指南）的指南）DESDES算法是第一個(gè)公布的算法是第一個(gè)公布的NSANSA（

44、美國(guó)國(guó)家安全局）美國(guó)國(guó)家安全局）執(zhí)行算法。執(zhí)行算法。DES算法背景算法背景第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)2. 2. DESDES的采用的采用19791979年，美國(guó)銀行協(xié)會(huì)批準(zhǔn)使用年，美國(guó)銀行協(xié)會(huì)批準(zhǔn)使用19801980年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（ANSIANSI）贊同贊同DESDES作為私人作為私人使用的標(biāo)準(zhǔn)使用的標(biāo)準(zhǔn), ,稱之為稱之為DEADEA（ANSI X.392ANSI X.392）19831983年，國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織年，國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISOISO贊同贊同DESDES作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，稱之為稱之為DEA-1DEA-1該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每五年審查一次，計(jì)劃十年后采

45、用新標(biāo)準(zhǔn)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每五年審查一次，計(jì)劃十年后采用新標(biāo)準(zhǔn)最近的一次評(píng)估是在最近的一次評(píng)估是在19941994年年1 1月，已決定月，已決定19981998年年1212月月以后，以后，DESDES將不再作為聯(lián)邦加密標(biāo)準(zhǔn)。將不再作為聯(lián)邦加密標(biāo)準(zhǔn)。DES算法背景算法背景第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述DESDES使用使用5656位密鑰，對(duì)位密鑰，對(duì)6464位數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密，需位數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密，需要進(jìn)行要進(jìn)行1616輪編碼。輪編碼。DESDES示意圖：第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述q DESDES算法特點(diǎn)算法特點(diǎn)1) 1) 分組加密算法：分組

46、加密算法：以以6464位為分組。位為分組。6464位一組的明文從算法一端輸入，位一組的明文從算法一端輸入，6464位密文從另一端輸出。位密文從另一端輸出。2) 2) 對(duì)稱算法：對(duì)稱算法：加密和解密用同一密鑰。加密和解密用同一密鑰。3) 3) 有效密鑰長(zhǎng)度為有效密鑰長(zhǎng)度為5656位。位。密鑰通常表示為密鑰通常表示為6464位數(shù)，但每個(gè)第位數(shù)，但每個(gè)第8 8位用作奇偶位用作奇偶校驗(yàn)，可以忽略。校驗(yàn)，可以忽略。第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述q DESDES算法特點(diǎn)算法特點(diǎn)4) 4) 代替和置換代替和置換DESDES算法是兩種加密技術(shù)的組合：混亂和擴(kuò)散。算法是兩種加密技

47、術(shù)的組合：混亂和擴(kuò)散。先代替后置換。先代替后置換。5) 5) 易于實(shí)現(xiàn)易于實(shí)現(xiàn)DESDES算法只是使用了標(biāo)準(zhǔn)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，其算法只是使用了標(biāo)準(zhǔn)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，其作用的數(shù)最多也只有作用的數(shù)最多也只有6464位，因此用位，因此用7070年代末期的年代末期的硬件技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)。硬件技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn)。算法的重復(fù)特性使得它可以非常理想地用在一個(gè)算法的重復(fù)特性使得它可以非常理想地用在一個(gè)專用芯片中。專用芯片中。第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述DESDES對(duì)對(duì)6464位的明文分組進(jìn)行位的明文分組進(jìn)行操作。通過(guò)一個(gè)初始置換，操作。通過(guò)一個(gè)初始置換，將明文分組分成左半部分和將明

48、文分組分成左半部分和右半部分，各右半部分，各3232位長(zhǎng)。然后位長(zhǎng)。然后進(jìn)行進(jìn)行1616輪完全相同的運(yùn)算，輪完全相同的運(yùn)算，這些運(yùn)算被稱為函數(shù)這些運(yùn)算被稱為函數(shù)f f，在運(yùn)在運(yùn)算過(guò)程中數(shù)據(jù)與密鑰結(jié)合。算過(guò)程中數(shù)據(jù)與密鑰結(jié)合。經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)1616輪后，左、右半部分輪后，左、右半部分合在一起，經(jīng)過(guò)一個(gè)末置換合在一起，經(jīng)過(guò)一個(gè)末置換（初始置換的逆置換），這（初始置換的逆置換），這樣該算法就完成了。樣該算法就完成了。DESDES算法框圖算法框圖輸入輸入6464比特明文數(shù)據(jù)比特明文數(shù)據(jù)在密鑰控制下在密鑰控制下1616輪迭代輪迭代初始置換初始置換IPIP交換左右交換左右3232比特比特初始逆置換初始逆置換IP

49、IP-1-1輸出輸出6464比特密文數(shù)據(jù)比特密文數(shù)據(jù)第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述初始置換IP+k1+k2+k16IP-1L0R0L1=R0R1=L0 (RO,K1)L2=R1R2=L1 (R1,K2)L15=R14R15=L14 (R14,K15)R16=L15 (R15,K16)L16=R1564位明文64位密文DESDES算法大致可以分為算法大致可以分為3 3個(gè)部分：個(gè)部分：q 初始置換初始置換q 迭代過(guò)程迭代過(guò)程q 逆置換逆置換迭代過(guò)程：迭代過(guò)程：q 密鑰置換密鑰置換q 擴(kuò)展置換擴(kuò)展置換q S-S-盒代替盒代替q P-P-盒置換盒置換第第3 3章章 信息

50、加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述初始置換IP+k1+k2+k16IP-1L0R0L1=R0R1=L0 (RO,K1)L2=R1R2=L1 (R1,K2)L15=R14R15=L14 (R14,K15)R16=L15 (R15,K16)L16=R1564位明文64位密文q DESDES算法的總體過(guò)程算法的總體過(guò)程輸入輸入6464位明文數(shù)據(jù)，并位明文數(shù)據(jù)，并進(jìn)行進(jìn)行初始置換初始置換IPIP；在初始置換在初始置換IPIP后，明文后，明文組再被組再被分分為左右兩部分，為左右兩部分，每部分每部分3232位，以位，以L L0 0，R R0 0表示。表示。在密鑰的控制下，經(jīng)過(guò)在密鑰的控制下，經(jīng)過(guò)1

51、616輪運(yùn)算輪運(yùn)算( ( ) )；1616輪后，左、右兩部分輪后，左、右兩部分交換，并連接在一起；交換，并連接在一起；經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)末置換末置換（初始置換（初始置換的逆置換）；的逆置換）；輸出輸出6464位密文。位密文。第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述q 初始置換與末置換初始置換與末置換初始置換初始置換IP (initial permutation)IP (initial permutation)在第一輪運(yùn)算在第一輪運(yùn)算之前進(jìn)行。未置換之前進(jìn)行。未置換IPIP-1-1( (初始置換的逆置換初始置換的逆置換) )在第十在第十六輪運(yùn)算之后進(jìn)行。六輪運(yùn)算之后進(jìn)行。初始置換IP

52、初始逆置換IP-158 50 42 34 26 18 10240848 16 56 24 64 3260 52 44 36 28 20 12439747 15 55 23 63 3162 54 46 38 30 22 14638646 14 54 22 62 3064 56 48 40 32 24 16837545 13 53 21 61 2957 49 41 33 25 179136444 12 52 20 60 2859 51 43 35 27 19 11335343 11 51 19 59 2761 53 45 37 29 21 13534242 10 50 18 58 2663 55

53、47 39 31 23 15733141949 17 57 25第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述q 迭代過(guò)程迭代過(guò)程經(jīng)過(guò)初始置換后，進(jìn)行經(jīng)過(guò)初始置換后，進(jìn)行1616輪完全相同的運(yùn)算。這些輪完全相同的運(yùn)算。這些運(yùn)算被稱為運(yùn)算被稱為 ，在運(yùn)算過(guò)程中數(shù)據(jù)與密鑰結(jié)合。，在運(yùn)算過(guò)程中數(shù)據(jù)與密鑰結(jié)合。+k1L0R0L1=R0R1=L0 (RO,K1)函數(shù)函數(shù) 的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)異或運(yùn)算，和左半部分結(jié)合，的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)異或運(yùn)算，和左半部分結(jié)合，其結(jié)果成為新的右半部分，原來(lái)的右半部分成為新其結(jié)果成為新的右半部分，原來(lái)的右半部分成為新的左半部分。的左半部分。第第3 3章章 信息加密技術(shù)

54、信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述假設(shè)假設(shè)L Li i和和R Ri i是第是第i i次次迭代結(jié)果的左半部迭代結(jié)果的左半部分和右半部分，分和右半部分，K Ki i是第是第i i輪的輪的4848位密位密鑰，則每一輪迭代鑰，則每一輪迭代過(guò)程可以表示為：過(guò)程可以表示為：q 函數(shù)函數(shù)Li-1(32bit)Ri-1(32bit)擴(kuò)展置換ES盒代替P-盒置換Ri(32bit)Li(32bit)Ri=Li-1 (Ri-1,Ki-1)Li=Ri-132位48位48位32位32位32位第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述q 函數(shù)函數(shù)函數(shù)函數(shù) 由四步運(yùn)算構(gòu)成：由四步運(yùn)算構(gòu)成： 1)1) 密

55、鑰置換密鑰置換( (KiKi的生成的生成i=0,1,i=0,1,16),16)2)2) 擴(kuò)展置換擴(kuò)展置換3)3) S-S-盒代替盒代替4)4) P-P-盒置換盒置換1) 1) 密鑰置換密鑰置換DESDES算法由算法由6464位密鑰產(chǎn)生位密鑰產(chǎn)生1616輪的輪的4848位子密鑰。位子密鑰。在每一輪運(yùn)算過(guò)程中，使用不同的子密鑰。在每一輪運(yùn)算過(guò)程中，使用不同的子密鑰。第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述64位密鑰置換選擇1C0(28位)D0(28位)循環(huán)左移循環(huán)左移C1(28位)D1(28位)置換選擇2循環(huán)左移循環(huán)左移Ci(28位)Di (28位)置換選擇256位k148位

56、ki48位56位壓縮置換。將壓縮置換。將56位輸入置換為位輸入置換為48位。位。不考慮每字節(jié)的不考慮每字節(jié)的第第8位，將位，將64位位密鑰減至密鑰減至56位。位。然后進(jìn)行一次密然后進(jìn)行一次密鑰置換。鑰置換。各輪循環(huán)移動(dòng)的次各輪循環(huán)移動(dòng)的次數(shù)由輪數(shù)決定。數(shù)由輪數(shù)決定。每一輪子密鑰每一輪子密鑰K K生成過(guò)程可以生成過(guò)程可以表示為：表示為：第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述置換選擇置換選擇1 1表表 Ci(28)Ci(28)位位 Di(28Di(28位位) )5757，4949，4141，3333，2525，1717， 9 9， 1 1，5858，5050，4242，34

57、34，2626，1818，1010， 2 2，5959，5151，4343，3535，2727，1919，1111， 3 3，6060，5252，4444，3636，6363，5555，4747，3939，3131，2323，1515， 7 7，6262，5454，4646，3838，3030，2222，1414， 6 6，6161，5353，4545，3737，2929，2121，1313， 5 5，2828，2020，1212， 4 4壓縮置換表（置換選擇壓縮置換表（置換選擇2 24848位）位）1414，1717，1111，2424， 1 1， 5 5， 3 3，2828，1515， 6

58、 6，2121，1010，2323，1919，1212， 4 4，2626， 8 8，1616， 7 7，2727，2020，1313， 2 2，4141，5252，3131，3737，4747，5555，3030，4040，5151，4545，3333，4848，4444，4949，3939，5656，3434，5353，4646，4242，5050，3636，2929，3232第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述C0(28位)D0(28位)循環(huán)左移循環(huán)左移C1(28位)D1(28位)64位密鑰置換選擇1經(jīng)過(guò)置換選擇經(jīng)過(guò)置換選擇1 1，將輸出的，將輸出的5656位密

59、鑰分成兩部分，每位密鑰分成兩部分，每部分部分2828位。位。然后，根據(jù)輪數(shù)，將兩部然后，根據(jù)輪數(shù)，將兩部分分別循環(huán)左移分分別循環(huán)左移1 1位或位或2 2位。位。如下表所示。如下表所示。每輪移動(dòng)的位數(shù)表 輪 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16位數(shù) 1 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述2) 2) 擴(kuò)展置換擴(kuò)展置換E E通過(guò)擴(kuò)展置換通過(guò)擴(kuò)展置換E E，數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的右半部分右半部分R Ri i從從3232位擴(kuò)展到位擴(kuò)展到4848位。擴(kuò)展置換改變了位位。擴(kuò)展置換改變了位的次序

60、，重復(fù)了某些位。的次序，重復(fù)了某些位。擴(kuò)展置換有兩方面的目的：擴(kuò)展置換有兩方面的目的： 產(chǎn)生與密鑰同長(zhǎng)度的產(chǎn)生與密鑰同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)以進(jìn)行異或運(yùn)算；數(shù)據(jù)以進(jìn)行異或運(yùn)算； 提供更長(zhǎng)的結(jié)果，使提供更長(zhǎng)的結(jié)果，使得在替代運(yùn)算時(shí)能夠進(jìn)行得在替代運(yùn)算時(shí)能夠進(jìn)行壓縮。壓縮。Li-1(32bit)Ri-1(32bit)擴(kuò)展置換ES盒代替P-盒置換Ri(32bit)Li(32bit)Ki48bitRi=Li-1 (Ri-1,Ki-1)Li=Ri-132位48位48位32位32位32位第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述32 | 01 02 03 04 | 0504 | 05 06 07

61、08 | 0908 | 09 10 11 12 | 1312 | 13 14 15 16 | 1716 | 17 18 19 20 | 2120 | 21 22 23 24 | 2524 | 25 26 27 28 | 2928 | 29 30 31 32 | 01擴(kuò)展置換擴(kuò)展置換E E數(shù)據(jù)的擴(kuò)展置換數(shù)據(jù)的擴(kuò)展置換規(guī)則：中間為規(guī)則：中間為32位，兩邊為擴(kuò)展位，兩邊為擴(kuò)展位，擴(kuò)展后為位，擴(kuò)展后為48位。位。第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述3) 3) S S盒代替盒代替壓縮后的密鑰與壓縮后的密鑰與擴(kuò)展分組異或以擴(kuò)展分組異或以后，將后，將4848位的結(jié)位的結(jié)果送入，進(jìn)行

62、代果送入，進(jìn)行代替運(yùn)算。替運(yùn)算。Li-1(32bit)Ri-1(32bit)擴(kuò)展置換ES盒代替P-盒置換Ri(32bit)Li(32bit)Ki48bitRi=Li-1 (Ri-1,Ki-1)Li=Ri-132位48位48位32位32位32位第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述48-位輸入32-位輸出S-盒1S-盒2S-盒3S-盒4S-盒5S-盒6S-盒7S-盒8代替運(yùn)算由代替運(yùn)算由8 8個(gè)不同的代替盒（個(gè)不同的代替盒（S S盒）完成。每個(gè)盒）完成。每個(gè)S S盒有盒有6 6位輸入，位輸入，4 4位輸出。位輸出。4848位的輸入被分為位的輸入被分為8 8個(gè)個(gè)6 6位的分

63、組，每一分組對(duì)應(yīng)一個(gè)位的分組，每一分組對(duì)應(yīng)一個(gè)S-S-盒代替操作。盒代替操作。 經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)S S盒代替，形成盒代替，形成8 8個(gè)個(gè)4 4位分組。位分組。第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述輸入位以一種非常特殊的方式確定了輸入位以一種非常特殊的方式確定了S-S-盒中的項(xiàng)。盒中的項(xiàng)。假定將假定將S-S-盒的盒的6 6位輸入標(biāo)記為位輸入標(biāo)記為b b1 1、 b b2 2、 b b3 3、 b b4 4、 b b5 5、 b b6 6，則則1 1）b b1 1和和 b b6 6組合構(gòu)成了一個(gè)組合構(gòu)成了一個(gè)2 2位的數(shù)，從位的數(shù)，從0 0到到3 3，它，它對(duì)應(yīng)著表中的一行。對(duì)應(yīng)著

64、表中的一行。2 2）從）從b b2 2到到 b b5 5構(gòu)成了一個(gè)構(gòu)成了一個(gè)4 4位的數(shù)，從位的數(shù)，從0 0到到1515，對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)著表中的一列。著表中的一列。3 3）行列交叉處的數(shù)就是）行列交叉處的數(shù)就是S-S-盒的輸出值。盒的輸出值。第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述例如，假設(shè)例如，假設(shè)S-S-盒盒6 6的輸入的輸入( (即異或函數(shù)的第即異或函數(shù)的第3131位到位到3636位位) )為為110011110011。 第第1 1位和最后一位組合形成了位和最后一位組合形成了1111，它對(duì)應(yīng)著，它對(duì)應(yīng)著S-S-盒盒6 6的第的第3 3行。行。中間的中間的4 4位組合形成

65、了位組合形成了10011001，它對(duì)應(yīng)著，它對(duì)應(yīng)著S-S-盒盒6 6的第的第9 9列。列。S-S-盒盒6 6的第的第3 3行第行第9 9列處的數(shù)是列處的數(shù)是1414，得到輸出值為，得到輸出值為11101110。S-S-盒盒6 60 0 1212， 1 1，1010，1515，9 9， 2 2， 6 6， 8 8， 0 0，1313， 3 3， 4 4，1414， 7 7， 5 5，1111，1 1 1010，1515， 4 4， 2 2，7 7，1212， 9 9， 5 5， 6 6， 1 1，1313，1414， 0 0，1111， 3 3， 8 8，2 2 9 9，1414，1515， 5

66、 5，2 2， 8 8，1212， 3 3， 7 7， 0 0， 4 4，1010， 1 1，1313，1111， 6 6，3 3 4 4， 3 3， 2 2，1212，9 9， 5 5，1515，1010，1111，1414， 1 1， 7 7， 6 6， 0 0， 8 8，1313 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 第第3 3章章 信息加密技術(shù)信息加密技術(shù)DES算法描述算法描述4) 4) P P盒置換盒置換S-S-盒代替運(yùn)算后的盒代替運(yùn)算后的3232位輸出依照位輸出依照P P盒進(jìn)行置換。盒進(jìn)行置換。P P盒置換將每一輸入位映射到輸出位。任一位不能被映射兩盒置換將每一輸入位映射到輸出位。任一位不能被映射兩次，也不能被略去。次，也不能被略去。經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)P-P-盒置換的結(jié)果與最初盒置換的結(jié)果與最初6464位分組的左半部分異或，然位分組的左半部分異或，然后左右兩部分交換，開(kāi)始下一輪迭代。后左右兩部分交換，開(kāi)始下一輪迭代。P-P-盒置換表盒置換表1616，7 7，2020，2121，2929，1212，2828，1717， 1 1，1515，2323，