信息加密技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,信息加密技术,(信息安全与对抗教研室),苏京霞,2005.4,激光美容网,信息加,密,密技术,简,简介,内容,密码学,基,基本概,念,念,DES,加,加密算,法,法,RSA,加,加密算,法,法,数字签,名,名,激光美,容,容网,密码学,基,基本概,念,念,激光美,容,容网,一般密,码,码系统,处理,某种方法,公开信,道,道,伪信息,破译者,处理,一定方法,发送方,接收方,信息,信息,(明文,),),(密文,),),(密钥,),),加密,解密,(明文,),),激光美,容,容网,1.,替,替换加,密,密,古典加,密,密算法,明文中,每,每个字,符,符被替,换,换成密,文,文中的,另,另外一,个,个字符,明文：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ,例：明,文,文：THISISAFILE,密文：EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD,密文：XMNWNWEKNPI,把明文,中,中的字,符,符重新,排,排列，,字,字符本,身,身不变,例：明,文,文：This is afile.,密钥：1211109 876 543 21长度为4,密文：.elifasisihT,每个密,钥,钥仅对,一,一个消,息,息使用,一,一次,2.置换加,密,密,3.一次一,密,密,激光美,容,容网,密码学,基,基本概,念,念,1.密,码,码学,2.明,文,文,3.密,文,文,4.解,密,密,5.密,码,码,6.加,密,密,7.密,钥,钥,8.密,码,码编码,学,学,9.密码分,析,析学,10.,密,密码体,制,制,是研究,秘,秘密通,信,信的学,问,问,使消息,保,保密的,科,科学和,技,技术,研究如,何,何破译,密,密码的,科,科学和,技,技术,待加密,的,的信息,称,称为明,文,文,加密后,的,的信息,称,称为密,文,文,是由使,用,用密码,的,的用户,选,选取的,随,随机数,从密文,恢,恢复明,文,文的过,程,程称为,解,解密,用于加,密,密和解,密,密的数,学,学函数,将明文,变,变成密,文,文的过,程,程称为,加,加密,完成加,密,密和解,密,密的算,法,法,激光美,容,容网,密码分,析,析学,是在不,知,知道密,钥,钥的情,况,况下，,恢,恢复出,明,明文的,科,科学,攻击：,1.唯密文,攻,攻击,2.已知明,文,文攻击,3.选择文,攻,攻击,目的：,恢,恢复明,文,文、密,钥,钥及发,现,现密码,体,体制的,弱,弱点,分析者,知,知道一,些,些截获,的,的密文,，,，并且,试,试图恢,复,复尽可,能,能多的,明,明文,分析者,不,不仅知,道,道一些,明,明文密文对，并试,图,图推导,出,出加密,密,密钥或,算,算法,分析者,对,对明文(或密文)有选择,或,或控制,的,的能力,。,。他可,以,以选择,一,一些他,认,认为最,容,容易破,解,解的明,文,文密文对,而,而对密,码,码系统,加,加以攻,击,击,激光美,容,容网,密码体,制,制,组成：,1.明,文,文信息,空,空间M,（,（全体,明,明文的,集,集合）,2.密,文,文信息,空,空间C,（,（全体,密,密文的,集,集合）,3.密,钥,钥空间K（全,体,体密钥,的,的集合K（Ke,Kd）,4.加,密,密算法E:,5.解,密,密算法D：,分类：,按执行,的,的操作,方,方式分,替换密,码,码,置换密,码,码,按密钥,数,数量分,对称密,钥,钥密码(单钥密,码,码),非对称,密,密钥密,码,码(公钥密,码,码),按明文,处,处理方,式,式,流密码(序列密,码,码),分组密,码,码,激光美,容,容网,典型密,码,码系统,明文,M,加密器,E,加密密钥,K,e,公开信,道,道,密文,破译者,解密器,D,解密密钥,K,d,明文,发送方,接收方,激光美,容,容网,DES,加,加密算,法,法,激光美,容,容网,数据加,密,密标准DES,算,算法分,析,析,DES,概,概述,DES,的,的构成,算法主,要,要步骤,安全性,激光美,容,容网,一、DES概,述,述,M、C,、,、K,二进制,数,数,64位,明,明文(,密,密文),块,块,64位,密,密钥,算法,置换,模2加,乘积变,换,换,激光美,容,容网,二、DES的,构,构成,计算密,钥,钥表，,将,将64,位,位密钥,转,转换为16个,子,子密钥,模2加,法,法运算,加密函,数,数，包,括,括乘积,变,变换中,的,的选择,函,函数和,置,置换运,算,算,码组移,位,位,初始置,换,换,逆初始,置,置换,激光美,容,容网,三、DES算,法,法主要,步,步骤,64位,码,码,明文输,入,入,初始置,换,换,乘积变,换,换,逆初始,置,置换,64位,码,码,密文输,出,出,激光美,容,容网,乘积变,换,换,k,1,+,f,L,0,R,0,L1=R0,L15=R14,组码移,位,位,k,i,k,16,+,f,f,初始置,换,换(IP),先将输,入,入的明,文,文按下,图,图所示,进,进行变,换,换。然,后,后将变,换,换后的,数,数据分,左,左右两,组,组，每,组,组32,位,位长。,明文输,入,入(64位),置换后,结,结果(64位,),),L,0,(32位),58 50 42 34 26 18 10 2,60 52 44 36 28 20 12 4,62 54 46 38 30 22 14 6,64 56 48 40 32 24 16 8,57 49 41 33 25 17 9 1,59 51 43 35 27 19 11 3,61 53 45 37 29 21 13 5,63 55 47 39 31 23 15 7,初始置换,R,0,(32位),f函数,Li-1,Ri-1,扩展置,换,换,S-盒,替,替换,P-盒,置,置换,密钥,移位,移位,压缩置,换,换,密钥,K,i,置换选,择,择1,5749413325179,1585042342618,1025951433527,1911360524436,63554739312315,7625446383022,1466153453729,211352820124,C,i,D,i,激光美,容,容网,置换选,择,择2,1417112415,3281562110,2319124268,1672720132,415231374755,304051453348,444939563453,464250362932,激光美,容,容网,扩展置,换,换,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16,32,48,3212345456789,8910111213121314151617,1718192021202122232425,24252627282928293031321,E选位,表,表,密钥计,算,算,在64,位,位密钥,中,中，由,于,于不考,虑,虑每个,字,字节的,第,第8位,(,(校验,位,位)，DES,密,密钥由64位,减,减至56位。,将,将这56位密,钥,钥分解,成,成16,个,个48,位,位的子,密,密钥，,每,每个子,密,密钥控,制,制一次,迭,迭代过,程,程。每,个,个子密,钥,钥参与,加,加密或,解,解密运,算,算过程,，,，从而,直,直接影,响,响到加,密,密或解,密,密变换,的,的结果,。,。,密钥(56位,),),密钥(64位),置换选,择,择1,循环左,移,移,密钥(56位,),),置换选,择,择2,密钥(48位,),),激光美,容,容网,密钥计,算,算逻辑,64位,密,密钥,置换选,择,择1,C,0,(28位),D,0,(28位),循环左移,循环左移,C,1,D,1,置换选择2,K,1,(48位),(56,位,位),循环左移,循环左移,C,16,D,16,(56,位,位),置换选择2,(48位),K,16,循环左,移,移表,迭代次数,循环左移位数,迭代次数,循环左移位数,1,2,3,4,5,6,7,8,1,1,2,2,2,2,2,2,9,10,11,12,13,14,15,16,1,2,2,2,2,2,2,1,激光美,容,容网,S-盒,压缩后,的,的密钥,与,与扩展,分,分组异,或,或以后,，,，将48位的,结,结果平,均,均送入8个S,-,-盒中,，,，进行,替,替换运,算,算，总,输,输出为32位,。,。,每个S,-,-盒是,一,一个4,行,行、16列的,表,表。盒,中,中的每,一,一项都,是,是一个4位的,数,数。S,-,-盒的,输,输入为6位，,将,将最左,与,与最右2位取,出,出当S,-,-盒的,行,行数，,剩,剩余的4位取,出,出当S,-,-盒的,列,列数。,这,这样就,可,可从S,-,-盒中,选,选出一,个,个数来,，,，这个,数,数是一,个,个4位,的,的二进,制,制码。,例：输,入,入数据,为,为011001,最左与,最,最右两,位,位数为,：,：01,剩余的4 位,数,数为：1100,取S-,盒,盒中(1,12)中,数,数为：9,011001,S-盒,1001,对应S,-,-盒中,第,第1行,对应S,-,-盒中,第,第12,列,列,输出为1001,激光美,容,容网,选择函,数,数S-,盒,盒,模2加,法,法结果,(,(48,位,位),S,1,S,2,S,3,S,5,S,6,S,7,S,4,S,8,选择函数的结果(32位),0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15,0,1,2,3,14 4 13 1 2 15 11 8 3 10 6 12 5 9 0 7,0 15 7 4 14 2 13 1 10 6 12 11 9 5 3 8,4 1 14 8 13 6 2 11 15 12 9 7 3 10 5 0,15 12 8 2 4 9 1 7 5 11 3 14 10 0 6 13,S,1,P-盒,置,置换,S-盒,替,替换运,算,算后的32位,输,输出，,输,输入到P-盒,进,进行置,换,换。该,置,置换把,每,每输入,位,位映射,到,到输出,位,位，任,一,一位不,能,能被映,射,射两次,，,，也不,能,能被略,去,去。,选择函,数,数的输,出,出(32位),加密函,数,数的结,果,果(32位),16 7 20 21 29 12 28 17,1 15 23 26 5 18 31 10,2 8 24 14 32 27 3 9,19 13 30 6 22 11 4 25,置换P,激光美,容,容网,逆初始,置,置换,逆初始,置,置换是,初,初始置,换,换的逆,过,过程。,经,经过16轮迭,代,代运算,后,后，左,右,右两部,分,分合在,一,一起经,过,过逆初,始,始置换,后,后，终,于,于得到,了,了密文,。,。,置换码,组,组(64位),密文(64位,),),40 8 48 16 56 24 64 32,39 7 47 15 55 23 63 31,38 6 46 14 54 22 62 30,37 5 45 13 53 21 61 29,36 4 44 12 52 20 60 28,35 3 43 11 51 19 59 27,34 2 42 10 50 18 58 26,33 1 41 9 49 17 57 25,逆初始置换,激光美,容,容网,四、DES算,法,法的安,全,全性,1.64位密,钥,钥短,采,采,用,用三重DES,。,。E(E(E,(,(m,k1),k2),K1),2.弱,密,密钥,在DES所有,密,密钥中,，,，有几,个,个特别,的,的密钥,，,，变换,后,后任意,一,一周期,的,的密钥,都,都是相,同,同的，,会,会降低DES,的,的安全,性,性使用,者,者一定,要,要避免,。,。,0101 010101010101 (,校,校验位,）,）00000000000000,1F1F 1F1F1F1F1F1F0000000FFFFFFF,E0E0 E0E0E0E0E0E0FFFFFFF0000000,FEFE FEFEFEFEFEFEFFFFFFFFFFFFFF,3.半,弱,弱密钥,这些密,钥,钥只产,生,生2个,不,不同的,子,子密钥,。,。,01FE 01FE01FE01FEFE01FE01FE01 FE01,01E0 01E001F101F1E001E001F101 F101,4.S,-,-盒可,能,能隐含,有,有陷门,S-盒,的,的设计,者,者并没,公,公开算,法,法设计,的,的原理,和,和所有,的,的技术,细,细节，,专,专家认,为,为S-,盒,盒可能,隐,隐含有,陷,陷门。,有,有人论,证,证采用56位,密,密钥，DES,可,可以已,知,知明文,攻,攻击下,通,通过穷,举,举搜索,被,被破译,。,。,5.攻,击,击：差,分,分攻击,、,、线性,攻,攻击、,相,相关密,钥,钥攻击,等,等。,RSA,加,加密算,法,法,激光美,容,容网,公钥密,码,码体制RSA,的,的算法,分,分析,RSA,概,概述,RSA,算,算法是1977年，Rivest,，,，Shamir和Adleman,联,联合提,出,出一种,基,基于数,论,论中欧,拉,拉定理,的,的公钥,密,密码系,统,统，简,称,称RSA公钥,系,系统。,它,它的安,全,全性是,基,基于大,数,数因子,分,分解，,即,即它的,保,保密强,度,度是建,立,立在计,算,算复杂,性,性基础,上,上的。,一,一个150位,左,左右的,合,合数，,即,即使采,用,用现在,的,的巨型,电,电子计,算,算机进,行,行因子,分,分解，,其,其运算,量,量也是,相,相当巨,大,大的。,对于公,钥,钥密码,体,体制，,任,任何人,都,都可以,使,使用其,他,他用户,的,的公开,密,密钥来,对,对数据,进,进行加,密,密，但,是,是只有,拥,拥有秘,密,密密钥,的,的用户,才,才能对,加,加密的,数,数据进,行,行解密,。,。公钥,密,密码体,制,制的加,密,密密钥,是,是公开,的,的，而,解,解密密,钥,钥是保,密,密的。,激光美,容,容网,Data,公钥密,码,码技术,简,简介,加密的数据在网络上进行传输,2,Data,B用A的公钥(n，e)对数据进行加密。,1,3A78,3A78,B,A,A公开,自,自己的,公,公钥(n，e,),),3A78,A用自己的私钥(d)对数据进行解密,3,Data,激光美,容,容网,RSA,描,描述,p和q是素数,（,（秘,密,密的）,n=pq(公开密,钥,钥)（非秘,密,密的）,(n)=(p-1),(,(q-1)（秘密,的,的）,e是公开,密,密钥(,加,加密密,钥,钥),（,（,非,非秘密,的,的）,d是秘密,密,密钥,(,(解密,密,密钥）,（,（秘密,的,的）,m是明文,（,（秘,密,密的）,c是密文,（,（非,秘,秘密的,）,）,加密算,法,法：c=E(m)me(modn),解密算,法,法：m=D(c)cd(modn),e满足条,件,件：e和(p-1),(,(q-1),互,互素，,即,即(e,(n)=1,d满足条,件,件：ed1mod(p-1),(,(q-1),RSA,密,密钥产,生,生,1.随机选,择,择两素,数,数p和q(长度在100,位,位左右),2.计算公,开,开模数,：,：n=pq,3.计算秘,密,密的欧,拉,拉指示,函,函数：(n)=(p-1),(,(q-1),4.选,择,择随机,数,数e(即加,密,密密钥,),)，使,之,之与(n)互素,即gcd,(,(e,(n)=1,5.计,算,算解密,密,密钥d=e-1mod(n),6.公,布,布整数n和加密,密,密钥e，并将d秘密保,存,存为其,秘,秘密密,钥,钥。p和q可以毁,去,去不用,，,，以增,加,加其安,全,全性。,激光美,容,容网,RSA,加,加解密,过,过程,设B欲,将,将明文m秘密,传,传送给A,1.B,在,在公开,档,档案库,中,中找出A的公,开,开密钥E(e,，,，n),。,。,2.将m分组为m=m1m2,mr,并,并将其,数,数字化,。,。,3.B,对,对每一,分,分组执,行,行加密,操,操作：c=me(modn),4.B,将,将c传送给A。,5.A,收,收到密,文,文c后，利,用,用其私,有,有密钥d，执行,解,解密操,作,作：m=cd(modn),激光美,容,容网,RSA,例,例题,假设现,在,在有A,方,方和B,方,方需要,秘,秘密通,信,信，B,方,方欲将,明,明文“publickey encryptions”,加,加密后,发,发送给A方。,一、A,方,方建立,一,一密钥,系,系统,1.先,取,取两个,素,素数(,保,保密),：,：p=43,，,，q=59,2.计,算,算公开,模,模数:n=qp=4359=2539,(n)=(p-1,),)(q,-,-1),=,=4258,=,=2436,3.随,机,机选取,加,加密密,钥,钥(公,钥,钥)：e=13,要求gcd,(,(e,(n)=1,4.计,算,算解密,密,密钥(,私,私钥),：,：d=e-1(mod(n)=937,5.将,加,加密密,钥,钥n，e公开，,将,将d保密，p、q和(n)可以毁,去,去不用,，,，以增,加,加其安,全,全性。,激光美,容,容网,RSA,例,例题,二、B,方,方加密,1.B在公,开,开档案,库,库中找,出,出A的,公,公开密,钥,钥E(e,，,，n),。,。,2.先,将,将m分组为m=m1m2,mr,。,。,即将明,文,文m=publickey encryptions按两字,一,一组分,块,块为：,publickeyencryptions,3.将,明,明文数,字,字化：,按,按英文,字,字母顺,序,序设a,=,=00,，,，b=01，c=02，,，,，y=24，z=25，以,此,此将明,数,数字化,为,为,1520011108021004240413021724151908141418,4.利,用,用A的,加,加密密,钥,钥e和n，利用,公,公式c=me(modn)对每组,明,明文加,密,密，得,到,到如下,密,密文:,0095164814101299136513792333213217511289,5.将,密,密文发,送,送给A,方,方。,三、A,方,方解密,A方将,用,用解密,密,密钥d和利用,公,公式m=ed(modn)，对接收,到,到的密,文,文进行,解,解密。,解,解密后,可,可得到,明,明文m。,激光美,容,容网,RSA,参,参数的,选,选择,1.P,与,与q必,须,须为强,素,素数,2.P,与,与q的,差,差必须,很,很大（,差,差几个,位,位以上,）,）,3.p,-,-1与q-1,的,的最大,公,公因子,应,应很小,4.e,不,不可以,太,太小,5.d,的,的长度,不,不得小,于,于N长,度,度的1,/,/4,DES,与,与RSA的比,较,较,1.处,理,理效率,方,方面：DES,优,优于RSA,2.密,钥,钥管理,方,方面：RSA,优,优于DES,3.安,全,全性方,面,面：一,样,样,4.签,名,名和认,证,证方面,：,：RSA可以,激光美,容,容网,数字签,名,名,激光美,容,容网,数字签,名,名,数字签,名,名就是,信,信息发,送,送者用,其,其私钥,对,对从所,传,传文件,中,中提取,的,的特征,数,数据或,称,称数字,指,指纹按,照,照一定,算,算法进,行,行解密,运,运算操,作,作，得,到,到发信,者,者对该,数,数据指,纹,纹的签,名,名函数H(m,),) 。,签,签名函,数,数H(m)从,技,技术上,标,标识了,发,发信者,对,对该文,件,件的数,字,字指纹,的,的责任,。,。,数字签,名,名与手,书,书签名,的,的文件,具,具有同,等,等法律,效,效力。,激光美,容,容网,数字签,名,名特点,数字签,名,名具有,以,以下几,个,个特征,：,：,1.签,名,名是可,信,信的。,签,签名使,文,文件的,接,接收者,相,相信签,名,名者是,慎,慎重地,在,在文件,上,上签字,的,的。,2.签,名,名不可,重,重用。,签,签名是,文,文件的,一,一部分,，,，不法,之,之徒不,可,可能将,签,签名移,到,到不同,的,的文件,上,上。,3.签,名,名的文,件,件是不,可,可改变,的,的。在,文,文件签,名,名后，,文,文件不,能,能改变,。,。,4.签,名,名是不,可,可抵赖,的,的。数,控,控签名,对,对签名,者,者来说,必,必须是,惟,惟一的,，,，能够,防,防止伪,造,造和抵,赖,赖。,签名时,应,应注意,以,以下几,点,点：,1.产,生,生数字,签,签名的,算,算法必,须,须相对,简,简单，,易,易于实,现,现，且,能,能够在,存,存储介,质,质上保,存,存备份,。,。,2.对,数,数字签,名,名的识,别,别、证,实,实和鉴,别,别也必,须,须相对,简,简单，,易,易于实,现,现。,3.无,论,论攻击,者,者采用,何,何种方,法,法，使,伪,伪造数,字,字签名,在,在计算,上,上是不,可,可行的,。,。,激光美,容,容网,一、RSE数,字,字签名,算,算法,A欲将,文,文件m签名，,则,则A利,用,用其私,有,有秘密,密,密钥d，对m加以签,名,名得签,名,名文S：,签名：D(m)=S=Md(modN),并将m与签名,文,文S送给B,。,。B收,到,到m与S后，利,用,用A的,公,公开密,钥,钥（e，N）进行,验,验证：,验证：E(S)=Se=m(modN),若mm则验证,正,正确，,否,否则验,证,证失败,。,。,D,A,RSA,数,数字签,名,名系统,E,A,文件m,签名S,m,激光美,容,容网,加密与,数,数字签,名,名同时,进,进行,A方与B方用,公,公开密,钥,钥密码,体,体制进,行,行签名,通,通信：,设,设A方,为,为文件M签名,发,发给用,户,户B方,。,。,1.A,和,和B都,将,将自己,的,的公开,密,密钥Ke公开登,记,记，以,此,此作为,对,对方及,仲,仲裁者,验,验证签,名,名的数,据,据之一,。,。,2.A,用,用自己,的,的保密,密,密钥KdA对明文M进行,签,签名,SAD（M，KdA）（签,名,名）,CE,（,（SA，KeB）（加,密,密）,3.A,把,把C发,给,给B，,将,将SA和C留,底,底。,4.B,收,收到报,文,文后，,则,则先解,密,密再验,证,证签名,D（C,，,，KdB）=D,（,（E（SA,KeB）,KdB）=SA,E（SA，KeA）=E,（,（D（M,KdA）=M,如果能,够,够恢复,出,出正确,的,的M，,则,则说明,是,是A的,签,签名，,否,否则SA不是A,的,的签名,5.B,将,将收到,的,的SA或C留,底,底，并,给,给A发,回,回“收,到,到M”,的,的签名,信,信息,6.A,收,收到加,执,执后，,同,同样验,证,证签名,，,，并留,底,底。,例题,设A的,公,公开密,钥,钥(eA,NA)=(7,5353,=,=10153,),),私有解,密,密密钥dA=743满足eAdA=1mod,(,(10052),B的公开,密,密钥(eB,NB)=(5,2772,=,=59,47,),)，私有解,密,密密钥dB=1601满,足,足eBdB=1mod,(,(5846)。,A欲将,明,明文4657,及,及签名,文,文秘密,传,传送给B。,A：S,4657743mod5353=1003 mod5353,C=10035mod2773=1416 mod2773,B:S=14161601mod2773=1003 mod2773,m=10037mod5353=4657 mod5353,m=m，B可得,正,正确的,明,明文m,，,，及其,签,签名文1003,激光美,容,容网,二、数,字,字签名,标,标准（DSS),DSS,的,的参数,如,如下：,p：为L,位,位长的,素,素数，,其,其长度,在,在5121024,位,位，且,是,是64,的,的倍数,。,。,q：为160位,的,的素数,且,且与p-1互,素,素的因,子,子。,g：满足g=h(p-1),/,/qmodp，其中h1,，,，p-1,的,的任意,整,整数。,h：单向,散,散列函,数,数。,x：0xq为私人,密,密钥。,y：y=gxmodp为公开,密,密钥。,p、q、g及h为系统,公,公布的,共,共同参,数,数，与,公,公开密,钥,钥y均要公,开,开。x为签名,者,者的密,钥,钥。,激光美,容,容网,参数p、q及g可按下,列,列步骤,计,计算：,确定一,个,个160位的,素,素数q。,选择另,一,一个素,数,数p，且长,度,度要大,于,于512位、,小,小于1024,位,位，(p-1),能,能被q整除。,选择一,个,个整数h，1h1,。,。,激光美,容,容网,签名过,程,程,签名过,程,程：,设明文,为,为m，。签,名,名者A,任,任选一,随,随机数k，并,计,计算：,其中k是随机,或,或伪随,机,机数，,且,且对每,个,个签名,是,是惟一,的,的，就,是,是说对,每,每个信,息,息需要,选,选择不,同,同的k值，,而数字,签,签名包,括,括两个,分,分量（r，s），即,为,为m的数字,签,签名。,激光美,容,容网,验证过,程,程：,首先检,查,查r和s是否均,属,属于0，q,，若,不,不是，,则,则它们,不,不是签,名,名文；,若,若是，,则,则通过,下,下列计,算,算来验,证,证签名,。,。,如果v=r，则签,名,名有效,。,。,激光美,容,容网,结束,激光美,容,容网,