第一篇：密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
密碼學(xué) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告
信息安全07-3班
2010年6月25日
密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
目錄
目錄................................................................................................................2 第1章 分組密碼算法DES..........................................................................3
1.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.........................................................................................3 1.2分組密碼DES的基本原理.............................................................3 1.3關(guān)鍵算法解析.................................................................................5 1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析.............................................................................5 1.5實(shí)驗(yàn)小結(jié).........................................................................................6 第2章 消息摘要算法MD5.........................................................................7
2.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.........................................................................................7 2.2 MD5算法的基本原理.....................................................................7 2.3關(guān)鍵算法解析.................................................................................8 2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析.............................................................................9 2.5實(shí)驗(yàn)小結(jié).......................................................................................10 第3章 公鑰密碼算法RSA........................................................................10
3.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.......................................................................................10 3.2算法的基本原理...........................................................................10 3.3關(guān)鍵算法解析...............................................................................11 3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析...........................................................................12 3.5實(shí)驗(yàn)小結(jié).......................................................................................13 第4章 橢圓曲線密碼算法.......................................................................14
4.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.......................................................................................14 4.2橢圓曲線密碼體制概述...............................................................14 4.3橢圓曲線上運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)...............................................................15 4.4ECC加解密算法.............................................................................17 4.5ECC加解密算法的實(shí)現(xiàn).................................................................18 4.6實(shí)驗(yàn)小結(jié).......................................................................................19 第5章 結(jié)束語...........................................................................................19
附件一：DES源代碼 附件二：MD5源代碼 附件三：RSA源代碼 附件四：ECC源代碼
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第1章 分組密碼算法DES 1.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
通過實(shí)現(xiàn)DES算法，加深對(duì)DES算法的理解，同時(shí)學(xué)習(xí)組合密碼常用的代換、移位等運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)。
1.2分組密碼DES的基本原理
1.2.1對(duì)稱加密算法
對(duì)稱加密算法有時(shí)又叫做傳統(tǒng)密碼算法,加密密鑰可以從解密密鑰中推導(dǎo)出來,解密密鑰也可以從加密密鑰中推導(dǎo)出來。在大多數(shù)的對(duì)稱算法中,加密密鑰和解密密鑰是相同的,因此也成為秘密密鑰算法或者單密鑰算法。它要求發(fā)送發(fā)和接收方在安全通信之前先商定一個(gè)密鑰。對(duì)稱算法的安全性依賴于密鑰,所以密鑰的保密性對(duì)通信至關(guān)重要。對(duì)稱加密算法主要有分組加密和流加密兩類。分組加密是指將明文分成固定商都的組,用同一密鑰分別對(duì)每一組加密,輸出固定長(zhǎng)度的密文,典型代表:DES、3DES、IDEA。
1.2.2DES的加密流程
DES加密算法是分組加密算法,明文以64位為單位分成塊。64位數(shù)據(jù)在64位密鑰的控制下,經(jīng)過初始變換后,進(jìn)行16輪加密迭代:64位數(shù)據(jù)被分成左右兩半部分,每部分32位,密鑰與右半部分相結(jié)合,然后再與左半部分相結(jié)合,結(jié)果作為新的右半部分;結(jié)合前的右半部分作為新的左半部分。這一系列步驟組成一輪。這種輪換要重復(fù)16次。最后一輪之后,再進(jìn)行初始置換的逆置換,就得到了64位的密文。
64位明文
初始置換IP16輪迭代運(yùn)算逆初始置換64位密文密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
DES的加密過程可分為加密處理,加密變換和子密鑰生成幾個(gè)部分組成。
1.加密處理過程
(1)初始變換。加密處理首先要對(duì)64位的明文按表1所示的初始換位表IP進(jìn)行變換。表中的數(shù)值表示輸入位被置換后的新位置。例如輸入的第58位,在輸出的時(shí)候被置換到第1位;輸入的是第7位,在輸出時(shí)被置換到第64位。
(2)加密處理。上述換位處理的輸出,中間要經(jīng)過16輪加密變換。初始換位的64位的輸出作為下一次的輸入,將64位分為左、右兩個(gè)32位,分別記為L(zhǎng)0和R0,從L0、R0到L16、R16,共進(jìn)行16輪加密變換。其中,經(jīng)過n輪處理后的點(diǎn)左右32位分別為L(zhǎng)n和Rn,則可做如下定義:
Ln=Rn-1 Rn=Ln-1
其中,kn是向第n輪輸入的48位的子密鑰,Ln-1和Rn-1分別是第n-1輪的輸出,f是Mangler函數(shù)。
(3)最后換位。進(jìn)行16輪的加密變換之后,將L16和R16合成64位的數(shù)據(jù),再按照表2所示的最后換位表進(jìn)行IP-1的換位,得到64位的密文,這就是DES算法加密的結(jié)果。
2.加密變換過程
通過重復(fù)某些位將32位的右半部分按照擴(kuò)展表3擴(kuò)展換位表擴(kuò)展為48位,而56位的密鑰先移位然后通過選擇其中的某些位減少至48位,48位的右半部分通過異或操作和48位的密鑰結(jié)合,并分成6位的8個(gè)分組,通過8個(gè)S-盒將這48位替代成新的32位數(shù)據(jù),再將其置換一次。這些S-盒輸入6位,輸出4位。
3.子密鑰生成過程
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鑰通常表示為64位的自然數(shù),首先通過壓縮換位PC-1去掉每個(gè)字節(jié)的第8位,用作奇偶校驗(yàn),因此,密鑰去掉第8、16、24??64位減至56位,所以實(shí)際密鑰長(zhǎng)度為56位,而每輪要生成48位的子密鑰。
4.解密處理過程
從密文到明文的解密過程可采用與加密完全相同的算法。不過解密要用加密的逆變換,就是把上面的最后換位表和初始換位表完全倒過來變換。這里不再贅述。
1.3關(guān)鍵算法解析
算法實(shí)現(xiàn)過程中主要用到了一下幾個(gè)函數(shù)：
? int CharToNum(char c)//將字符轉(zhuǎn)化成數(shù)字。
? char* encrypt(char pw[],char key[],bool jiami);//加密函數(shù)
//參數(shù)：char pw[]明文,char key[]密鑰,bool jiami標(biāo)志為（1表示加密，0表示解密）
? char* HexToStr(char ch[])//16進(jìn)制轉(zhuǎn)化成字符串
? bool IsNum(char c)//判斷一個(gè)字符是否是數(shù)字的形式 ? void LS(int n)
//密鑰左移函數(shù)，參數(shù)n是左移多少位 ? char NumToHex(int x)
//轉(zhuǎn)化成16進(jìn)制
? char *StrToHex(char *ch)//字符串轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制
1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
輸入任意長(zhǎng)度的字符串，計(jì)算出加密結(jié)果；對(duì)密文進(jìn)行解密，得到還原出的明文和輸入相同，驗(yàn)證了程序的正確性。
首先實(shí)現(xiàn)了DES的加解密功能，命令行形式運(yùn)行結(jié)果如圖所示：
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然后，我把它改成了圖形界面的形式，加入了程序的使用說明。改進(jìn)之后的效果如圖所示：
1.5實(shí)驗(yàn)小結(jié)
通過實(shí)現(xiàn)DES算法，加深了對(duì)分組密碼算法的理解，對(duì)DES的加解密流程也有了更加清晰的認(rèn)識(shí)。
DES算法是通過不斷的混亂和擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)其安全性的，所以加密算法比較復(fù)雜。在編程中，首先弄清楚加密的流程，然后知道每個(gè)函數(shù)的功能，就能夠?qū)崿F(xiàn)了?？梢妶?jiān)固的理論基礎(chǔ)是實(shí)踐的前提。
這次實(shí)驗(yàn)中，我首先用VC++ console程序?qū)崿F(xiàn)了加解密的功能。為了美化界面，又使用MFC將程序改成了圖形界面的形式。動(dòng)手實(shí)踐的過程也是一個(gè)不斷積累經(jīng)驗(yàn)的過程，希望能在以后的實(shí)驗(yàn)中不斷的增強(qiáng)自己包括算法、應(yīng)用等各方面的編程能力。
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第2章 消息摘要算法MD5 2.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
掌握消息摘要算法的基本原理，實(shí)現(xiàn)用MD5對(duì)任意消息長(zhǎng)度和文件進(jìn)行計(jì)算消息摘要。
2.2 MD5算法的基本原理
2.2.1MD5算法概述
MD5是由Ron Rivest 設(shè)計(jì)的單向散列函數(shù)。MD表示消息摘要（message digest），對(duì)于輸入的任意長(zhǎng)度消息，算法產(chǎn)生128位的散列值（或消息摘要）。由于MD5算法的散列值計(jì)算的快速性和很高的安全強(qiáng)度，使它成為目前比較流行的散列算法。
2.2.2MD5算法流程
MD5算法以任意長(zhǎng)度的信息作為輸入，其處理操作包括以下幾個(gè)步驟： 1）消息填充：對(duì)輸入信息進(jìn)行填充使信息的長(zhǎng)度（比特?cái)?shù)）448模512同余（長(zhǎng)度=448mod512)，填充的最高位為1，其余位為0。
2）添加消息長(zhǎng)度：將用64位表示的初始信息（填充前）的位長(zhǎng)度附加在步驟I的結(jié)果后（低位字節(jié)優(yōu)先)。如果初始長(zhǎng)度大于64，僅使用該長(zhǎng)度的低64位。這樣，該域所包含的長(zhǎng)度值為初始信息長(zhǎng)度模64的值。前兩步的結(jié)果將產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度為512整數(shù)倍比特的信息。經(jīng)擴(kuò)展的信息表示成512bit的分組序列Y0,Y1,?,YL?1，擴(kuò)展信息的長(zhǎng)度等于512?L。
3）初始化MD5的緩存：使用一個(gè)128bit的緩存來存放該散列算法的中間及最終結(jié)果。該緩存表示為4個(gè)32bit的寄存器(A，B，C，D)，這些寄存器被初始化為如下32bit長(zhǎng)的整數(shù)：A=67452301；B=EFCDAB84； C=48BADCFE；D=10325476。這些值以小數(shù)在前的格式存儲(chǔ)，即字的低位字節(jié)放在低地址字節(jié)上。
4）以分組為單位進(jìn)行消息處理：算法的核心是包含4個(gè)“循環(huán)”的壓縮函數(shù)。4個(gè)循環(huán)有相似的結(jié)構(gòu)，但每次循環(huán)使用不同的原始邏輯函數(shù)，在說明中分別表示為F、G、H和I。每一循環(huán)都以當(dāng)前的I在處理的512bit分組（q）和128bit的緩存值A(chǔ)BCD為輸入，然后更新緩存的內(nèi)容。每個(gè)循環(huán)還使用一個(gè)64元素表T?0?64?的四分之一，該表通過正弦函數(shù)構(gòu)建。T的第i個(gè)元素（表示為T?i?）的值等于232?abs?sin?i??的整數(shù)部分值，其中i的單位是弧度。因?yàn)閍bs?sin?i??是0到1之間的數(shù)，因此每個(gè)T的元素值均能用32bit表示。這個(gè)表提供了一個(gè)“隨機(jī)化”的32bit模式集，它將消除輸入數(shù)據(jù)的任何規(guī)律性。第四次循環(huán)的輸出加到第一次循環(huán)的輸入(CVq)上產(chǎn)生CVq?1。
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5)輸出：所有L個(gè)512bit的分組處理完成后，最后一個(gè)輸出即為產(chǎn)生的消息摘要。
2.3關(guān)鍵算法解析
關(guān)鍵步驟：對(duì)二進(jìn)制文件計(jì)算消息摘要 ? 讀取第一行，計(jì)算消息摘要；
? 每次讀取后將該行加到已經(jīng)計(jì)算的消息摘要之后，對(duì)這個(gè)整體再計(jì)算消息摘要；
? 重復(fù)該過程，直至將整個(gè)文件的內(nèi)容全部讀取完； ? 最后得到的消息摘要就是整個(gè)文件的消息摘要。
? 文件的操作：
? 打開文件：在fstream類中，有一個(gè)成員函數(shù)open()，就是用來打開文件的，其原型是： void open(const char* filename,int mode,int access);參數(shù)： filename：要打開的文件名，mode：要打開文件的方式，access：打開文件的屬性。
? 關(guān)閉文件：打開的文件使用完成后一定要關(guān)閉，fstream提供了成員函數(shù)close()來完成此操作，如：file1.close();就把file1相連的文件關(guān)閉。
? 清除文件標(biāo)志：重復(fù)使用ifstream文件指針時(shí)，應(yīng)該在文件關(guān)閉后，使
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用ifstream.clear（），否則可能會(huì)引起文件打開失敗的錯(cuò)誤。此外，讀到文件最后一行時(shí)，如果想繼續(xù)讀取文件前面的數(shù)也應(yīng)該，采用clear（）函數(shù)清除文件末尾標(biāo)志。? getline函數(shù)
getline是string類對(duì)象的成員函數(shù)，屬于string IO 操作，用于讀取整行文本。函數(shù)原型：getline(cin,str);參數(shù)：cin:輸入流，str:string對(duì)象
getline函數(shù)從輸入流的下一行讀取，并保存讀取的內(nèi)容到str中，但不包括換行符。和輸入操作符cin不同的是，getline要在輸入第二個(gè)字符串后用cout輸出str字符串顯示的是第一個(gè)字符串，之后繼續(xù)對(duì)getline操作，cout才顯示第二個(gè)字符串。
2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
主要功能：
1、對(duì)任意長(zhǎng)度的字符串計(jì)算消息摘要；
2、對(duì)任意格式的文件計(jì)算消息摘要。
對(duì)任意長(zhǎng)度的字符串計(jì)算消息摘要
對(duì)任意格式的文件計(jì)算消息摘要
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2.5實(shí)驗(yàn)小結(jié)
在此次實(shí)驗(yàn)中，掌握了消息摘要算法的基本原理，實(shí)現(xiàn)了用MD5對(duì)任意消息長(zhǎng)度和文件進(jìn)行計(jì)算消息摘要。
這次實(shí)驗(yàn)最大的收獲是學(xué)會(huì)了getline函數(shù)以及對(duì)二進(jìn)制文件的一些操作，總結(jié)了ofstream和ifstream的一些詳細(xì)用法，希望在以后需要用到文件I/O操作的時(shí)候可以熟練運(yùn)用。
第3章 公鑰密碼算法RSA 3.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
編程實(shí)現(xiàn)RSA算法，加深對(duì)RSA算法以及公鑰密碼體制的理解。
3.2算法的基本原理
3.2.1RSA算法描述
RSA密碼是一種應(yīng)用廣泛的公鑰密碼，它的安全性基于大整數(shù)分解的困難性，RSA密碼既可用于加密，又可用于數(shù)字簽名。對(duì)RSA的加解密算法描述如下：
(1)密鑰的產(chǎn)生
? 獨(dú)立地選取兩大素?cái)?shù)p和q(各100～200位十進(jìn)制數(shù)字)； ? 計(jì)算 n=p×q，其歐拉函數(shù)值?(n)=(p－1)(q－1)； ? 隨機(jī)選一整數(shù)e，1?e
? 以n，e為公鑰。私鑰為d。(p, q)不再需要，可以銷毀。
(2)加密
將明文分組，各組對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)小于n，對(duì)每個(gè)明文分組m，做加密運(yùn)算：c=me
mod n。
(3)解密
對(duì)密文分組的解密運(yùn)算： m=cd mod n 3.2.2安全性分析
? RSA的安全性是基于分解大整數(shù)的困難性假定（尚未證明分解大整數(shù)是NP問題）；
? 如果分解n=p×q，則立即獲得?(n)=(p－1)(q－1)，從而能夠確定e的模?(n)乘法逆d；
? 由n直接求?(n)等價(jià)于分解n。
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3.2.3RSA的實(shí)現(xiàn)
1)大素?cái)?shù)的產(chǎn)生 ? 試除法 ? 費(fèi)馬法
? Rabin-Miller算法
(未通過檢測(cè)的整數(shù)一定是合數(shù)，但并非所有通過檢測(cè)的整數(shù)都是素?cái)?shù),實(shí)用最廣泛，是一種概率算法)2)求乘法逆元：擴(kuò)展的歐幾里得算法
3)快速指數(shù)計(jì)算：(利用反復(fù)平方乘算法,每次乘法運(yùn)算后就取模)3.3關(guān)鍵算法解析
3.3.1主要函數(shù)說明
本算法的實(shí)現(xiàn)過程中主要用到以下函數(shù)，在此進(jìn)行說明。1)素性測(cè)試：bool IsPrime(long e)函數(shù)
用戶輸入大素?cái)?shù)p和q，采用試除法進(jìn)行測(cè)試輸入的是否是素?cái)?shù)，如果測(cè)試不通過則重新輸入。
2)歐幾里得算法：int Euclid(int a,int n)該函數(shù)用來求兩數(shù)的最大公約數(shù)。用戶根據(jù)提示選擇公鑰e輸入，調(diào)用函數(shù)int Euclid(int a,int n)求e和f(n)的最大公約數(shù)，如果最大公約數(shù)是1，則e和f(n)互素，e可以作為公鑰，否則給出提示重新輸入。
3)擴(kuò)展的歐幾里得算法：double extenEuclid(double a,double n)該函數(shù)用來求e的模j(n)乘法逆d，d是私鑰。
4)快速指數(shù)計(jì)算：double quickindex1(double a,double m,double n)利用反復(fù)平方乘算法，每次乘法運(yùn)算后就取模。用于加解密運(yùn)算：c=me mod n，m=cd mod n。
3.3.2關(guān)鍵代碼分析
篇幅所限，僅在此敘述計(jì)算a^b mod n的算法和快速取模指數(shù)算法。該算法的基本原理和過程如下：
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該算法的具體代碼及分析如下：
3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
運(yùn)行程序，根據(jù)提示輸入明文字符串，程序先將明文轉(zhuǎn)換成ASCII碼形式。密鑰生成：根據(jù)提示輸入兩個(gè)素?cái)?shù)p和q，程序進(jìn)行素性測(cè)試，如果p和q不是素?cái)?shù)，提示重新輸入。根據(jù)提示輸入公鑰e。這樣就產(chǎn)生出一對(duì)密鑰：公鑰(e,n)和私鑰(d,n)，其中n=p*q。
加密部分：用公鑰將ASCII碼加密成密文并輸出到屏幕上。
解密部分：用私鑰將密文進(jìn)行解密計(jì)算，輸出解密后的ASCII碼形式的一串?dāng)?shù)字。最后將ASCII碼轉(zhuǎn)換成字符串。
程序運(yùn)行結(jié)果顯示，解密后得到的結(jié)果與輸入的明文相同，驗(yàn)證了程序的正確性。
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3.5實(shí)驗(yàn)小結(jié)
(1)這次實(shí)驗(yàn)中，用VC編碼成功的實(shí)現(xiàn)了RSA算法。本程序中使用到了一些算法，在實(shí)現(xiàn)過程中需要將多門課程的知識(shí)綜合運(yùn)用。
(2)通過動(dòng)手編碼，我對(duì)RSA的算法流程有了更深刻了理解。RSA算法比較簡(jiǎn)單，容易理解和實(shí)現(xiàn)，所以RSA作為公鑰密碼應(yīng)用非常廣泛。但是由于進(jìn)行的都是大數(shù)計(jì)算，使得RSA最快的情況也比DES慢上好幾倍，無論是軟件還是硬件實(shí)現(xiàn)。速度一直是RSA的缺陷。一般來說只用于少量數(shù)據(jù)加密。
(3)程序?qū)崿F(xiàn)過程中總結(jié)了很多技巧，比如使用了vector，體會(huì)到C++編程中適時(shí)的使用STL是很方便的；而且平方乘算法中將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的方法也很巧妙。
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第4章 橢圓曲線密碼算法
4.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
編程實(shí)現(xiàn)橢圓曲線上的基本運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)橢圓曲線上的加解密，加深對(duì)橢圓曲線算法以及公鑰密碼體制的理解。
4.2橢圓曲線密碼體制概述
4.2.1橢圓曲線簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介
同RSA）一樣，ECC（Elliptic Curves Cryptography，橢圓曲線密碼編碼學(xué)）也屬于公開密鑰算法。橢圓曲線公鑰密碼所依賴的數(shù)學(xué)難題是定義在有限域的橢圓曲線上的離散對(duì)數(shù)問題。它是利用有限域上的橢圓曲線有限群代替基于離散對(duì)數(shù)問題密碼體制中的有限循環(huán)群所得到的一類密碼體制。
4.2.2橢圓曲線上的運(yùn)算規(guī)則
橢圓曲線命名的原因是因?yàn)樗怯扇畏匠堂枋龅模ㄌ澑駷?的特殊超橢圓曲線），它的計(jì)算類似于計(jì)算一個(gè)橢圓周長(zhǎng)的方程。橢圓曲線是指光滑的Weierstrass方程所確定的平面曲線。設(shè)方程為：
方程中的參數(shù)取自域F上。F可以使有理數(shù)域、實(shí)數(shù)域或有限域。如果，則稱橢圓曲線E定義在F上。在這個(gè)點(diǎn)集上按如下規(guī)則定義一個(gè)代數(shù)運(yùn)算，稱為加法，記為“+”（注：這里的“+”代表了很多種運(yùn)算，不只是普通代數(shù)意義上的+，它的操作對(duì)象可能是字符串，乘法標(biāo)量也可能是整數(shù)，分?jǐn)?shù)，有理數(shù)）。設(shè)兩點(diǎn)為橢圓曲線上任意兩點(diǎn)，密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
加法規(guī)則滿足正常的加法性質(zhì)，比如交換律和結(jié)合律。4.2.3橢圓曲線密碼體制
橢圓曲線密碼體制是建立在求橢圓曲線離散對(duì)數(shù)（ECDLP）是困難問題的基礎(chǔ)上。橢圓曲線上P的階是指一個(gè)最小的正整數(shù)n，滿足。
橢圓曲線離散對(duì)數(shù)（ECDLP）是指：給定曲線E上階為n的點(diǎn)P，若是E上的另一個(gè)點(diǎn)，找到一個(gè)整數(shù)m，使得
（如果m存在）。定義。在過去的10多年里，橢圓曲線離散對(duì)問題受到了眾多數(shù)學(xué)家的極大關(guān)注，目前還沒有發(fā)現(xiàn)它有哪些明顯的缺點(diǎn)。
4.3橢圓曲線上運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)
4.3.1編碼過程
本程序使用JAVA在JDK1.6+ECLIPSE下實(shí)現(xiàn)。
在Calculate.Java中建立以下2個(gè)類：
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Point0類中定義了如下方法：
(1)方法jiafani(Point0)用于求解EC上一點(diǎn)P的加法逆(-P)，返回該點(diǎn)。(2)方法jia(Point0,Point0)返回兩個(gè)數(shù)的相加得到的點(diǎn)。
(3)方法reverse_of_e(long e,long n)是用擴(kuò)展的歐幾里得算法求模擬。4.3.2關(guān)鍵算法解析：加法規(guī)則(1)R?P?P：???3x12?a?/?2y1?(2)R?P?Q：???y2?y1?/?x2?x1?(3)x3??2?x1?x2
y3???x1?x3??y1 4.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
4.4ECC加解密算法
密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
4.5ECC加解密算法的實(shí)現(xiàn)
4.5.1編碼過程
本程序使用JAVA在JDK1.6+ECLIPSE下實(shí)現(xiàn)。在ECC.java中建立以下2個(gè)類：
Point0類和Calculate中的一樣，主要實(shí)現(xiàn)橢圓曲線上的點(diǎn)的基本運(yùn)算。ECC的main函數(shù)中多了一些內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了密鑰產(chǎn)生、加密、解密的過程。
4.5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
按照提示輸入，經(jīng)過驗(yàn)證，Bob解密得到的明文和Alice加密前的一樣，驗(yàn)證了程序的正確性。
密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
4.6實(shí)驗(yàn)小結(jié)
通過編程實(shí)現(xiàn)橢圓曲線上的基本運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了橢圓曲線上的加解密，加深了對(duì)橢圓曲線算法以及公鑰密碼體制的理解。
和RSA相比較，橢圓曲線密碼體制可用短的多的密鑰獲得更高的安全性。它的密鑰短、簽名短，軟件實(shí)現(xiàn)規(guī)模小，具有廣泛的應(yīng)用前景。
以前的幾次實(shí)驗(yàn)都是使用VC完成的，而本次實(shí)驗(yàn)使用Java語言完成，感覺相比較來說Java語言更加簡(jiǎn)潔，方便使用，體會(huì)到了兩種語言的不同。動(dòng)手實(shí)踐的能力得到提高，感覺自己收獲很多。
第5章 結(jié)束語
密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)給我留下了太多記憶深刻的東西，學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的知識(shí)。感謝給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)們，你們是我不斷進(jìn)步的最堅(jiān)定的支持。
首先，我能夠運(yùn)用密碼學(xué)、信息安全數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等學(xué)科所學(xué)的知識(shí)，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、圖書館搜集的各種各樣的材料，進(jìn)行分析取舍、綜合運(yùn)用。通過親自編碼實(shí)踐，對(duì)各種密碼算法的具體實(shí)現(xiàn)流程，以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。編程能力也在積累中提高。
其次，這次課程設(shè)計(jì)使我有了一次通過理論聯(lián)系實(shí)際，來解決實(shí)際問題的經(jīng)歷，它培養(yǎng)了自己分析問題，解決問題的能力，以及上網(wǎng)檢索信息的能力。其實(shí)學(xué)到的知識(shí)其實(shí)是次要的，重要的是我們探索知識(shí)的過程，這個(gè)過程便是一個(gè)人自主學(xué)習(xí)能力的體現(xiàn)，它將影響著我今后的發(fā)展。
最后，這次課程設(shè)計(jì)激發(fā)了我對(duì)密碼學(xué)的濃厚興趣。我認(rèn)識(shí)到一分耕耘、一分收獲，學(xué)習(xí)是一個(gè)不斷積累的過程，而人生也是如此。所以，心懷夢(mèng)想，腳踏實(shí)地，每一步都要小心翼翼又無比堅(jiān)定的走下去，就一定會(huì)有所收獲。
第二篇：密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告
課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告
題目： 密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)
課程名稱： 密碼學(xué)課程設(shè)計(jì)
專業(yè)班級(jí)： 信安1904班
學(xué) 號(hào)： U201912177
姓 名： 段帥杰
指導(dǎo)教師： 路松峰老師
報(bào)告日期： 2021/10/12
教師評(píng)語：
分?jǐn)?shù)：
網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院
目錄
一、設(shè)計(jì)過程 1
1.1 SPN實(shí)現(xiàn) 1
1.2線性分析 2
1.3差分分析 3
1.4 SPN增強(qiáng) 4
1.5 RSA參數(shù)計(jì)算 5
1.6模重復(fù)平方 6
1.7中國(guó)剩余定理 7
1.8 PKCS7 8
1.9彩虹表 9
二、實(shí)驗(yàn)心得 10
三、對(duì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和過程的建議 11
一、設(shè)計(jì)過程
1.1 SPN實(shí)現(xiàn)
（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容
按照課本給出的的S盒和P盒以及密鑰編排方案來實(shí)現(xiàn)分組密碼SPN加解密。有兩個(gè)輸入，分別是32比特的密鑰和16比特的明文。要正確輸出密文和對(duì)明文最后一比特取反解密得到的明文。加密過程主要包括三個(gè)部分：代換，置換和輪密鑰異或。
（2）設(shè)計(jì)過程
算法所注意的問題：加密與解密主要在于密鑰編排順序不同，算法過程基本相同。最后一輪沒有經(jīng)過P盒。
解決這道題最直接的思路就是開數(shù)組及進(jìn)行運(yùn)算，但這樣顯然速度不夠快。后來摒棄這種做法，采用位運(yùn)算，速度快了不少而且這種做法方便快讀快寫的程序?qū)崿F(xiàn)。但還是有幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)過不了oj，后面打了一個(gè)65536的表，將時(shí)間提高至1100ms左右。最后采用了快寫才將時(shí)間穩(wěn)定在700ms左右。
（3）小結(jié)
采用打表的方式程序速度確實(shí)有提高，但是程序很臃腫。程序中還有些算術(shù)運(yùn)算并沒有轉(zhuǎn)換為位運(yùn)算。
圖1-1 SPN實(shí)現(xiàn)oj結(jié)果圖示
1.2線性分析
（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容
線性分析是一種已知明文的分析方法，基于S盒逼近，需要大量的明密文對(duì)。oj上給了8000對(duì)明密文對(duì)。并且只對(duì)最后一輪子密鑰進(jìn)行分析。在密鑰生成算法固定的情況下，獲得最后一輪子密鑰可以為分析別的密鑰提供可能。遍歷可能的密鑰空間并進(jìn)行計(jì)數(shù)，結(jié)束后正確的密鑰計(jì)數(shù)值接近1/2±?，并且應(yīng)該在一定范圍內(nèi)對(duì)計(jì)數(shù)值較大的可能密鑰進(jìn)行驗(yàn)證。
（2）設(shè)計(jì)過程
首先使用書中給出的線性分析鏈，分析出第5輪第2、4部分的密鑰。再選擇新的偏差較大的線性分析鏈，在第2、4部分密鑰已知的基礎(chǔ)上分析出第1、3部分的密鑰。接著在已知起始密鑰低16位的基礎(chǔ)上，窮舉高16位密鑰對(duì)給出的8000個(gè)明密文對(duì)進(jìn)行驗(yàn)證。由于在加密過程中進(jìn)行了5輪的S代換和P置換，其實(shí)相同明文在不同密鑰下得到相同密文的概率極低，因此并沒有驗(yàn)證8000個(gè)明密文對(duì)是否對(duì)應(yīng)，而僅驗(yàn)證了3個(gè)判斷密鑰是否合適。
程序有兩層主循環(huán)，第一層主循環(huán)遍歷可能的第5輪第2、4部分密鑰，第二層在已知第5輪第2、4部分密鑰的基礎(chǔ)上生成并遍歷可能的第5輪第1、3部分密鑰，同時(shí)窮舉高16位密鑰并進(jìn)行驗(yàn)證。
（3）小結(jié)
為了提高速度，程序中同樣采用了打表。但是在oj上仍然差了300ms，最后是開啟了03優(yōu)化才能全部通過(開啟這個(gè)優(yōu)化通過oj，算不上很完美)。
#pragma GCC optimize(3,”O(jiān)fast“,”inline“)
圖1-2 線性分析oj結(jié)果圖示
1.3差分分析
（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)現(xiàn)對(duì)SPN網(wǎng)絡(luò)的差分密碼分析。差分密碼與線性密碼分析相似。主要區(qū)別在于它將兩個(gè)輸入的異或與其相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)輸出的異或相比較，是一種選擇明文攻擊。差分攻擊的基礎(chǔ)是一個(gè)非均勻的輸出分布。和線性分析進(jìn)行類似的計(jì)數(shù)操作并在計(jì)數(shù)值一定范圍內(nèi)對(duì)密鑰進(jìn)行驗(yàn)證。
（2）設(shè)計(jì)過程
首先使用書中給出的差分鏈分析出第5輪第2、4部分的密鑰。再選擇新的差分鏈分析出第5輪第1、3部分密鑰，然后窮舉高16位密鑰情況，并驗(yàn)證密鑰正確性。
與線性分析不同的是，由于差分分析中可以找到一條第5輪僅包含第1、3部分且偏差很大的差分鏈，因此不需要在已知第5輪第2、4部分的基礎(chǔ)上進(jìn)行差分分析，也因此減小了部分時(shí)間開銷。
代碼實(shí)現(xiàn)流程為：快速讀入數(shù)據(jù)并存入數(shù)組中；根據(jù)已有的明密文對(duì)分別對(duì)第5輪第2、4部分和第1、3部分進(jìn)行差分分析，記錄每一種密鑰對(duì)應(yīng)的count值。在一定范圍內(nèi)遍歷第5輪第2、4部分和第1、3部分密鑰，窮舉高16位密鑰并驗(yàn)證正確性，得到正確密鑰后快速輸出密鑰。
（3）小結(jié)
程序提交oj的時(shí)候最后一個(gè)測(cè)試點(diǎn)偶爾會(huì)出現(xiàn)超時(shí)的情況。
圖1-3 差分分析oj結(jié)果圖示
1.4 SPN增強(qiáng)
（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容
對(duì)原始SPN進(jìn)行改進(jìn)，自定義密鑰長(zhǎng)度，分組長(zhǎng)度，S盒，P盒等信息，對(duì)輸入比特流進(jìn)行加密使輸出能夠通過oj的隨機(jī)數(shù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
（2）設(shè)計(jì)過程
相比于之前的SPN，做了些改動(dòng)。采用CBC模式，隨便設(shè)置一個(gè)初始向量，并且將密鑰增加到128位，SPN加密長(zhǎng)度增加到64位，使用自定義的P盒。這樣才通過了隨機(jī)性檢測(cè)。
（3）小結(jié)
這道題不像之前的題目卡時(shí)間那么難受，雖然安全性相比于最初的SPN有所提高，但是真正應(yīng)用的話，安全性還是不行。
圖1-4 SPN增強(qiáng)oj結(jié)果圖示
1.5 RSA參數(shù)計(jì)算
（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲约豪胓mp庫(kù)提供的大整數(shù)基本運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)求逆和最大公因數(shù)，輸出RSA參數(shù)d，并檢查RSA參數(shù)的合法性。
（2）設(shè)計(jì)過程
首先是利用vcpkg在主機(jī)vs2019上搭建好了運(yùn)行環(huán)境。實(shí)現(xiàn)了素性檢測(cè)，gcd的求解以及求逆等過程。主要遇到的問題是在驗(yàn)證安全性上，判斷參數(shù)是否正確。首先e不能太小，主要為了提高計(jì)算的難度；p和q間隔不能太?。籶-1和q-1不能太光滑，即gcd(p-1,q-1)應(yīng)該比較小，經(jīng)過詢問和驗(yàn)證，這個(gè)值大概在20以內(nèi)。
（3）小結(jié)
這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要熟悉了gmp庫(kù)提供的大整數(shù)相關(guān)的基本函數(shù)運(yùn)算。比較麻煩的是需要自己摸索測(cè)試方法，探索p和q的間隔，(p-1)和(q-1)的最大公因數(shù)大小等。在運(yùn)行速度上倒是沒遇到什么大問題。
圖1-5 RSA參數(shù)計(jì)算oj結(jié)果圖示
1.6模重復(fù)平方
（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖抢胓mp庫(kù)提供的加法，減法，乘法，模運(yùn)算等基本運(yùn)算來自己實(shí)現(xiàn)expmod(a,e,n)。
（2）設(shè)計(jì)過程
這道題逐步計(jì)算就行，需要注意的是遞歸或者普通的循環(huán)是行不通的。為了加快運(yùn)行速度，要盡量減少循環(huán)次數(shù)。
（3）小結(jié)
這道題主要還是gmp庫(kù)提供的函數(shù)的應(yīng)用。
圖1-6模重復(fù)平方 oj結(jié)果圖示
1.7中國(guó)剩余定理
（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：正確計(jì)算c^d(modpq)。利用1.5中的求逆運(yùn)算從加密密鑰e計(jì)算解密密鑰d。
利用1.6中實(shí)現(xiàn)的模冪運(yùn)算和中國(guó)剩余定理計(jì)算c^d(modpq)。
（2）設(shè)計(jì)過程
這道題主題要是與前面兩題的結(jié)合，使用p，q并運(yùn)用中國(guó)剩余定理解密。為了加快速度解決的問題：
1.避免重復(fù)計(jì)算，用變量將不會(huì)改變的值保存好，避免不必要的計(jì)算。
2.在求解模冪時(shí)，將解密指數(shù)d模除以p-1和q-1，加速計(jì)算。
（3）小結(jié)
雖然經(jīng)過改進(jìn)，運(yùn)行時(shí)間有所提高，但是最后一個(gè)測(cè)試點(diǎn)還是壓著邊過的。
圖1-7中國(guó)剩余定理oj結(jié)果圖示
1.8 PKCS7
（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容
PKCS#7是PKI中用于消息加密的語法標(biāo)準(zhǔn)?？梢杂糜诮o擁有公鑰的用戶發(fā)加密郵件、傳送加密文件等。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖墙忾_PKCS#7包裝，獲取明文消息。
（2）設(shè)計(jì)過程
這道題首先是查找PKCS#7的相關(guān)知識(shí)，了解它的用途。算是對(duì)上學(xué)期所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。然后利用openssl庫(kù)提供相關(guān)的函數(shù)進(jìn)行解密。
（3）小結(jié)
這道題時(shí)間并不是問題。還是比較輕松的。
圖1-8 PKCS7 oj結(jié)果圖示
1.9彩虹表
（1）設(shè)計(jì)內(nèi)容
有一些鏈頭和鏈尾，每條鏈從鏈頭開始，依次調(diào)用了10000次SHA1和R函數(shù)得到鏈尾。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菑倪@些鏈中找到SHA1值對(duì)應(yīng)的口令。
（2）設(shè)計(jì)過程
在程序中定義了UnitSHA1函數(shù)來尋找SHA1，通過findstr函數(shù)判斷是否恰當(dāng)。為了加快運(yùn)行速度，程序中同樣采用了快讀快寫以及位運(yùn)算等。
（3）小結(jié)
這道題雖然時(shí)間限制提高至2000ms，但最后有幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)還是開了03優(yōu)化才過的。
圖1-9 彩虹表oj結(jié)果圖示
二、實(shí)驗(yàn)心得
這次試驗(yàn)包含了SPN加解密及其分析，RSA參數(shù)，模重復(fù)平方，中國(guó)剩余定理，PKCS7，彩虹表等九個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)過程中，要到了許許多多的問題。主要有以下幾點(diǎn)：
? SPN的位運(yùn)算，最初因?yàn)閷?duì)位運(yùn)算不夠熟悉并沒有想著用位運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)SPN的加解密，多走了很多彎路。
密碼分析問題，線性分析和差分分析否需要自己依據(jù)原理來找到最理想的鏈，而且需要先對(duì)概念原理有個(gè)清楚的認(rèn)知，這就迫使我再次回顧密碼學(xué)課本和網(wǎng)課上的知識(shí)點(diǎn)。
?運(yùn)行時(shí)間問題，為了縮短運(yùn)行時(shí)間，采取了很多辦法。比如打表，快讀快寫，在某些不改變的變量前面加const，在常用的變量前加register，算術(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)變?yōu)槲贿\(yùn)算等等。實(shí)在過不了的開啟了02，03優(yōu)化。
?第三方庫(kù)的安裝與鏈接，在采用了許多方法無果后，采用了vcpkg庫(kù)管理工具實(shí)現(xiàn)了gmp，gmssl，openssl等的安裝與鏈接，減少了許多配置的麻煩。
?密碼學(xué)課程知識(shí)的回顧，過了一個(gè)暑假，部分密碼學(xué)的細(xì)節(jié)知識(shí)有所遺忘，為了完成這次實(shí)驗(yàn)，需要重新學(xué)習(xí)一遍。這種回顧知識(shí)的機(jī)會(huì)自高中結(jié)束以來很少有了。上學(xué)期主要進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，這次試驗(yàn)彌補(bǔ)了實(shí)踐的缺失。
總的來說，這次課設(shè)給我留下了深刻印象。自己寫的代碼不能正常運(yùn)時(shí)的焦慮感是做其他實(shí)驗(yàn)沒有的。大部分問題都要重新回顧之前的密碼學(xué)知識(shí)。通過網(wǎng)上搜索相關(guān)概念，詢問老師和同學(xué)解決。有些細(xì)節(jié)問題也會(huì)與同學(xué)交流討論。這次實(shí)驗(yàn)讓自己對(duì)密碼學(xué)的認(rèn)識(shí)和自己的編程能力上升了一個(gè)臺(tái)階。
三、對(duì)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和過程的建議
?希望能夠在完成人數(shù)適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行一次講解，這樣可以讓沒有方向的同學(xué)知道如何著手，也可以讓已經(jīng)完成的同學(xué)進(jìn)行思路的比對(duì)，有所改進(jìn)。小范圍討論和統(tǒng)一講解同樣重要。
?希望oj上的時(shí)間增加一點(diǎn)，因?yàn)闀r(shí)間而卡在一道題上過不去的滋味并不好受。而且實(shí)驗(yàn)是在鍛煉我們的思考問題和實(shí)踐的能力。如果時(shí)間太少的話，就只能參考別人的思路來縮短運(yùn)行速度，同質(zhì)化嚴(yán)重。不利于學(xué)生獨(dú)立思考，寫出各種各樣的程序。我們寫的程序最終也不會(huì)進(jìn)行應(yīng)用，更重要的是鍛煉，糾結(jié)于幾百毫秒反而降低了學(xué)生的熱情。
?在課設(shè)結(jié)束后發(fā)出參考樣例方便有需要的同學(xué)進(jìn)行改進(jìn)。
希望實(shí)驗(yàn)課能越來越好，通過實(shí)驗(yàn)來吸引更多對(duì)密碼學(xué)有興趣的人。
第三篇：密碼學(xué)學(xué)習(xí)心得
“密碼學(xué)”學(xué)習(xí)心得
密碼可破!人類的智慧不可能造成這樣的密碼，使得人類本身的才智即使運(yùn)用得當(dāng)也無法破開它!
———愛倫·坡所
在我們的生活中有許多的秘密和隱私，我們不想讓其他人知道，更不想讓他們?nèi)V泛傳播或者使用。對(duì)于我們來說，這些私密是至關(guān)重要的，它記載了我們個(gè)人的重要信息，其他人不需要知道，也沒有必要知道。為了防止秘密泄露，我們當(dāng)然就會(huì)設(shè)置密碼，保護(hù)我們的信息安全。更有甚者去設(shè)置密保，以防密碼丟失后能夠及時(shí)找回。密碼”一詞對(duì)人們來說并不陌生，人們可以舉出許多有關(guān)使用密碼的例子。現(xiàn)代的密碼已經(jīng)比古代有了長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，并逐漸形成一門科學(xué)，吸引著越來越多的人們?yōu)橹畩^斗。
一、密碼學(xué)的定義
密碼學(xué)是研究信息加密、解密和破密的科學(xué)，含密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)。密碼技術(shù)是信息安全的核心技術(shù)。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，密碼技術(shù)正在不斷向更多其他領(lǐng)域滲透。它是集數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子與通信等諸多學(xué)科于一身的交叉學(xué)科。使用密碼技術(shù)不僅可以保證信息的機(jī)密性，而且可以保證信息的完整性和確證性，防止信息被篡改、偽造和假冒。目前密碼的核心課題主要是在結(jié)合具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、提高運(yùn)算效率的基礎(chǔ)上，針對(duì)各種主動(dòng)攻擊行為，研究各種可證安全體制。
密碼學(xué)的加密技術(shù)使得即使敏感信息被竊取，竊取者也無法獲取信息的內(nèi)容；認(rèn)證性可以實(shí)體身份的驗(yàn)證。以上思想是密碼技術(shù)在信息安全方面所起作用的具體表現(xiàn)。密碼學(xué)是保障信息安全的核心；密碼技術(shù)是保護(hù)信息安全的主要手段。本文主要講述了密碼的基本原理，設(shè)計(jì)思路，分析方法以及密碼學(xué)的最新研究進(jìn)展等內(nèi)容
密碼學(xué)主要包括兩個(gè)分支，即密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)。密碼編碼學(xué)對(duì)信息進(jìn)行編碼以實(shí)現(xiàn)信息隱藏，其主要目的是尋求保護(hù)信息保密性和認(rèn)證性的方法;密碼分析學(xué)是研究分析破譯密碼的學(xué)科，其主要目的是研究加密消息的破譯和消息的偽造。密碼技術(shù)的基本思想是對(duì)消息做秘密變換，變換的算法即稱為密碼算法。密碼編碼學(xué)主要研究對(duì)信息進(jìn)行變換，以保護(hù)信息在傳遞過程中不被敵方竊取、解讀和利用的方法，而密碼分析學(xué)則于密碼編碼學(xué)相反，它主要研究如何分析和破譯密碼。這兩者之間既相互對(duì)立又相互促進(jìn)。密碼的基本思想是對(duì)機(jī)密信息進(jìn)行偽裝。
二、密碼學(xué)的發(fā)展歷程
密碼學(xué)的發(fā)展歷程大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：古代加密方法、古典密碼和近代密碼。
1.古代加密方法（手工階段）
源于應(yīng)用的無窮需求總是推動(dòng)技術(shù)發(fā)明和進(jìn)步的直接動(dòng)力。存于石刻或史書中的記載表明，許多古代文明，包括埃及人、希伯來人、亞述人都在實(shí)踐中逐步發(fā)明了密碼系統(tǒng)。從某種意義上說，戰(zhàn)爭(zhēng)是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的催化劑。人類自從有了戰(zhàn)爭(zhēng)，就面臨著通信安全的需求，密碼技術(shù)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。
古代加密方法大約起源于公元前440年出現(xiàn)在古希臘戰(zhàn)爭(zhēng)中的隱寫術(shù)。當(dāng)時(shí)為了安全傳送軍事情報(bào)，奴隸主剃光奴隸的頭發(fā)，將情報(bào)寫在奴隸的光頭上，待頭發(fā)長(zhǎng)長(zhǎng)后將奴隸送到另一個(gè)部落，再次剃光頭發(fā)，原有的信息復(fù)現(xiàn)出來，從而實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)部落之間的秘密通信。
我國(guó)古代也早有以藏頭詩、藏尾詩、漏格詩及繪畫等形式，將要表達(dá)的真正意思或“密語”隱藏在詩文或畫卷中特定位置的記載，一般人只注意詩或畫的表面意境，而不會(huì)去注意或很難發(fā)現(xiàn)隱藏其中的“話外之音”。
比如：我畫藍(lán)江水悠悠，愛晚亭楓葉愁。秋月溶溶照佛寺，香煙裊裊繞輕樓 2.古典密碼（機(jī)械階段）
古典密碼的加密方法一般是文字置換，使用手工或機(jī)械變換的方式實(shí)現(xiàn)。古典密碼系統(tǒng)已經(jīng)初步體現(xiàn)出近代密碼系統(tǒng)的雛形，它比古代加密方法復(fù)雜，其變化較小。古典密碼的代表密碼體制主要有：?jiǎn)伪泶婷艽a、多表代替密碼及轉(zhuǎn)輪密碼。3.近代密碼（計(jì)算機(jī)階段）
密碼形成一門新的學(xué)科是在20世紀(jì)70年代，這是受計(jì)算機(jī)科學(xué)蓬勃發(fā)展刺激和推動(dòng)的結(jié)果?？焖匐娮佑?jì)算機(jī)和現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法一方面為加密技術(shù)提供了新的概念和工具，另一方面也給破譯者提供了有力武器。計(jì)算機(jī)和電子學(xué)時(shí)代的到來給密碼設(shè)計(jì)者帶來了前所未有的自由，他們可以輕易地?cái)[脫原先用鉛筆和紙進(jìn)行手工設(shè)計(jì)時(shí)易犯的錯(cuò)誤，也不用再面對(duì)用電子機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)的密碼機(jī)的高額費(fèi)用?？傊?，利用電子計(jì)算機(jī)可以設(shè)計(jì)出更為復(fù)雜的密碼系統(tǒng)
20世紀(jì)中葉以前, 由于條件所限, 密碼技術(shù)的保密性基于加密算法的秘密, 因此稱之為古典密碼體制或受限的密碼算法。盡管古典密碼體制受到當(dāng)時(shí)歷史條件的限制, 沒有涉及非常高深或者復(fù)雜的理論, 但在其漫長(zhǎng)的發(fā)展演化過程中, 已經(jīng)充分表現(xiàn)出了現(xiàn)代密碼學(xué)的兩大基本思想一“ 代替” 和“換位” , 而且還將數(shù)學(xué)的方法引人到密碼分析和研究中。這為后來密碼學(xué)成為系統(tǒng)的學(xué)科以及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展莫定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
密碼學(xué)真正成為科學(xué)是在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初期，由于軍事、數(shù)學(xué)、通訊等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，特別是兩次世界大戰(zhàn)中對(duì)軍事信息保密傳遞和破獲敵方信息的需求，密碼學(xué)得到了空前的發(fā)展，并廣泛的用于軍事情報(bào)部門的決策.小結(jié)
從以上密碼學(xué)的發(fā)展歷史可以看出，整個(gè)密碼學(xué)的發(fā)展過程是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從不完美到完美，從具有單一功能到具有多種功能的過程。這是符合歷史發(fā)展規(guī)律和人類對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)規(guī)律的。而且也可以看出密碼學(xué)的發(fā)展受到其它學(xué)科如數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的極大促動(dòng)。這說明，在科學(xué)的發(fā)展進(jìn)程中，各個(gè)學(xué)科互相推動(dòng)，互相聯(lián)系，乃至互相滲透，其結(jié)果是不斷涌現(xiàn)出新的交叉學(xué)科，從而達(dá)到人類對(duì)事物更深的認(rèn)識(shí)。從密碼學(xué)的發(fā)展中還可以看出，任何一門學(xué)科如果具有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)，那么這個(gè)學(xué)科就能從中汲取發(fā)展動(dòng)力，就會(huì)有進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)。
我們這個(gè)社會(huì)已進(jìn)入了信息時(shí)代，隨著數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷深入，信息的安全傳輸也有著廣闊的應(yīng)用前景。雖然密碼可以追溯到古代，但密碼作為一門學(xué)科還非常年輕，還有著更進(jìn)一步的發(fā)展要求。
三、密碼學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)
密碼學(xué)(Cryptogra phy)，現(xiàn)代準(zhǔn)確的術(shù)語為“密碼編制學(xué)”，簡(jiǎn)稱“編密學(xué)”，與之相對(duì)的專門研究如何破解密碼的學(xué)問稱之為“密碼分析學(xué)”。密碼學(xué)是主要研究通信安全和保密的學(xué)科，密碼編碼學(xué)主要研究對(duì)信息進(jìn)行變換，以保護(hù)信息在傳遞過程中不被敵方竊取、解讀和利用的方法，而密碼分析學(xué)則于密碼編碼學(xué)相反，它主要研究如何分析和破譯密碼。這兩者之間既相互對(duì)立又相互促進(jìn)。密碼的基本思想是對(duì)機(jī)密信息進(jìn)行偽裝。一個(gè)密碼系統(tǒng)完成如下偽裝：加密者對(duì)需要進(jìn)行偽裝機(jī)密信息（明文）進(jìn)行偽裝進(jìn)行變換（加密變換），得到另外一種看起來似乎與原有信息不相關(guān)的表示（密文），如果合法者（接收者）獲得了偽裝后的信息，那么他可以通過事先約定的密鑰，從得到的信息中分析得到原有的機(jī)密信息（解密變換），而如果不合法的用戶（密碼分析者）試圖從這種偽裝后信息中分析得到原有的機(jī)密信息，那么，要么這種分析過程根本是不可能的，要么代價(jià)過于巨大，以至于無法進(jìn)行。
在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前，密碼學(xué)的算法主要是通過字符之間代替或易位實(shí)現(xiàn)的，我們稱這些密碼體制為古典密碼。其中包括：易位密碼、代替密碼（單表代替密碼、多表代替密碼等）。這些密碼算法大都十分簡(jiǎn)單，現(xiàn)在已經(jīng)很少在實(shí)際應(yīng)用中使用了。由于密碼學(xué)是涉及數(shù)學(xué)、通訊、計(jì)算機(jī)等相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，就我們現(xiàn)有的知識(shí)水平而言，只能初步研究古典密碼學(xué)的基本原理和方法。但是對(duì)古典密碼學(xué)的研究，對(duì)于理解、構(gòu)造和分析現(xiàn)代實(shí)用的密碼都是很有幫助。以下介紹我們所研究的古典密碼學(xué)。
小結(jié)
像絕大多數(shù)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)一樣，密碼學(xué)在完整的科學(xué)體系建立起來之前，古典密碼學(xué)僅限于一些簡(jiǎn)單代替和置換算法，當(dāng)然，這代替和置換如果經(jīng)過了幾次算法的加密就會(huì)一樣復(fù)雜多變，而現(xiàn)代的算法經(jīng)過科學(xué)體系的整理與發(fā)展，更加的完善一些復(fù)雜算法的應(yīng)用和各種應(yīng)用協(xié)議的產(chǎn)生。而由于網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)以及發(fā)展，未來的密碼學(xué)也必定向這個(gè)方向發(fā)展。例如網(wǎng)絡(luò)簽名，網(wǎng)上銀行的安全，個(gè)人郵件信息的保護(hù)，都很迫切需要密碼學(xué)的支持，推動(dòng)密碼學(xué)的發(fā)展.四、密碼學(xué)的作用
現(xiàn)代密碼學(xué)研究信息從發(fā)端到收端的安全傳輸和安全存儲(chǔ)，是研究“知己知彼”的一門科學(xué)。其核心是密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)。前者致力于建立難以被敵方或?qū)κ止テ频陌踩艽a體制，即“知己”；后者則力圖破譯敵方或?qū)κ忠延械拿艽a體制，即“知彼”。人類有記載的通信密碼始于公元前400年。古希臘人是置換密碼的發(fā)明者。1881年世界上的第一個(gè)電話保密專利出現(xiàn)。電報(bào)、無線電的發(fā)明使密碼學(xué)成為通信領(lǐng)域中不可回避的研究課題。
1.用來加密保護(hù)信息
利用密碼變換將明文變換成只有合法者才能恢復(fù)的密文，這是密碼的最基本功能。信息的加密保護(hù)包括傳輸信息和存儲(chǔ)信息兩方面，后者解決起來難度更大。
2.采用數(shù)字證書來進(jìn)行身份鑒別
數(shù)字證書就是網(wǎng)絡(luò)通訊中標(biāo)志通訊各方身份信息的一系列數(shù)據(jù)，是網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行所必須的?，F(xiàn)在一般采用交互式詢問回答，在詢問和回答過程中采用密碼加密，特別是采用密碼技術(shù)的帶CPU的職能卡，安全性好，在電子商務(wù)系統(tǒng)中，所有參與活動(dòng)的實(shí)體都需要用數(shù)字證書來表明自己的身份，數(shù)字證書從某種角度上說就是“電子身份證”。3.數(shù)字指紋
在數(shù)字簽名中有重要作用的“報(bào)文摘要”算法，即生成報(bào)文“數(shù)字指紋”的方法，近年來備受關(guān)注，構(gòu)成了現(xiàn)代密碼學(xué)的一個(gè)重要側(cè)面。4.采用密碼技術(shù)對(duì)發(fā)送信息進(jìn)行驗(yàn)證
為防止傳輸和存儲(chǔ)的消息被有意或無意的篡改，采用密碼技術(shù)對(duì)消息進(jìn)行運(yùn)算生成消息的驗(yàn)證碼，附在消息之后發(fā)出或信息一起存儲(chǔ)，對(duì)信息進(jìn)行驗(yàn)證，它在票房防偽中有重要作用。5.利用數(shù)字簽名來完成最終協(xié)議
在信息時(shí)代，電子數(shù)據(jù)的收發(fā)使我們過去所依賴的個(gè)人特征都將被數(shù)字代替，數(shù)字簽名的作用有兩點(diǎn)，一是因?yàn)樽约旱暮灻y以否認(rèn)，從而確定了文件已簽署這一事實(shí)；二是因?yàn)楹灻灰追旅?，從而確定了文件時(shí)真的這一事實(shí)。
五、密碼學(xué)的前景
量子密碼學(xué)
量子密碼體系采用量子態(tài)作為信息載體，經(jīng)由量子通道在合法的用戶之間傳送密鑰。量子密碼的安全性由量子力學(xué)原理所保證。所謂絕對(duì)安全性是指：即使在竊聽者可能擁有極高的智商、可能采用最高明的竊聽措施、可能使用最先進(jìn)的測(cè)量手段，密鑰的傳送仍然是安全的。通常，竊聽者采用截獲密鑰的方法有兩類：一種方法是通過對(duì)攜帶信息的量子態(tài)進(jìn)行測(cè)量，從其測(cè)量的結(jié)果來提取密鑰的信息。但是，量子力學(xué)的基本原理告訴我們，對(duì)量子態(tài)的測(cè)量會(huì)引起波函數(shù)塌縮，本質(zhì)上改變量子態(tài)的性質(zhì)，發(fā)送者和接受者通過信息校驗(yàn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)他們的通訊被竊聽，因?yàn)檫@種竊聽方式必然會(huì)留下具有明顯量子測(cè)量特征的痕跡，合法用戶之間便因此終止正在進(jìn)行的通訊。第二種方法則是避開直接的量子測(cè)量，采用具有復(fù)制功能的裝置，先截獲和復(fù)制傳送信息的量子態(tài)。然后，竊聽者再將原來的量子態(tài)傳送給要接受密鑰的合法用戶，留下復(fù)制的量子態(tài)可供竊聽者測(cè)量分析，以竊取信息。這樣，竊聽原則上不會(huì)留下任何痕跡。但是，由量子相干性決定的量子不可克隆定理告訴人們，任何物理上允許的量子復(fù)制裝置都不可能克隆出與輸入態(tài)完全一樣的量子態(tài)來。這一重要的量子物理效應(yīng)，確保了竊聽者不會(huì)完整地復(fù)制出傳送信息的量子態(tài)。因而，第二種竊聽方法也無法成功。量子密碼術(shù)原則上提供了不可破譯、不可竊聽和大容量的保密通訊體系。
現(xiàn)代密碼學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子通信技術(shù)緊密相關(guān)。在這一階段，密碼理論蓬勃發(fā)展，密碼算法設(shè)計(jì)與分析互相促進(jìn)，出現(xiàn)了大量的密碼算法和各種攻擊方法。而且如今“密碼學(xué)”不僅用于國(guó)家軍事安全上，而且更多的集中在實(shí)際生活中。如在生活中，為防止別人查閱你的文件，可將文件加密；為防止竊取你的錢
財(cái)，可在銀行賬戶上設(shè)置密碼等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和信息保密的需求，密碼學(xué)的應(yīng)用將融人到人們的日常生活中?；诿艽a學(xué)有著堅(jiān)實(shí)的應(yīng)用基礎(chǔ)，可以相信，密碼學(xué)一定能不斷地發(fā)展，不斷地完善，從而會(huì)給全人類提供更加安全的各種服務(wù)，讓我們祝福這一天的到來吧！
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)信息安全和保密的重要性認(rèn)識(shí)不斷提高，在信息安全中起著舉足輕重作用的密碼學(xué)也就成為信息安全中不可或缺的重要部分。在今天，密碼學(xué)仍然是信息技術(shù)非常重要的組成部分，它還在多個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。比如對(duì)于用戶的認(rèn)證，對(duì)于信息的認(rèn)證，信息的安全以及存儲(chǔ)的安全等，但這些對(duì)于密碼學(xué)而言，它需要同其他組件配合，比如管理軟件等。密碼學(xué)是和技術(shù)相關(guān)。作為一項(xiàng)技術(shù)本身有演進(jìn)的需要，同時(shí)還要適應(yīng)跟它相配合的技術(shù)組件發(fā)展的需要，要適應(yīng)用戶的新需求以及其他的新應(yīng)用。密碼學(xué)同信息技術(shù)所包括的組件一樣，一直在發(fā)展變化中，這就需要我們要不斷地發(fā)展密碼學(xué)，使密碼學(xué)能夠適應(yīng)其他應(yīng)用的需求，同其他技術(shù)的進(jìn)步齊頭并進(jìn)。信息安全有著眾多基礎(chǔ)研究的領(lǐng)域，這些基礎(chǔ)研究構(gòu)成了密碼學(xué)的基礎(chǔ)，也構(gòu)成了通信、安全軟件等系統(tǒng)的基礎(chǔ)。當(dāng)我們?cè)趯?shí)施一個(gè)工程項(xiàng)目的時(shí)候，不能僅靠一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域技術(shù)就能把這個(gè)項(xiàng)目完成。
六、學(xué)習(xí)密碼學(xué)的感悟
1.密碼學(xué)家的人生價(jià)值
密碼學(xué)家，也許不為人知。但他們的工作卻在我們的生活中發(fā)揮 著巨大的作用。他們?cè)诂F(xiàn)代社會(huì)中有著不可替代的作用。有人認(rèn)為密碼學(xué)家就像一個(gè)黑客，但他們有著本質(zhì)的不同。黑客是盜取密碼保護(hù)的信息以獲取利益，而密碼學(xué)家從事的是基礎(chǔ)理論研究，是為了評(píng)估密碼算法的安全性，找到其漏洞，以設(shè)計(jì)出更安全的密碼算法。
我覺得，對(duì)于密碼學(xué)家來說，其實(shí)有兩重意義上的生命：一是生物意義上的生命，二是學(xué)術(shù)意義上的生命。兩種生命往往并不同步。有的人，生物意義上的生命還活著，學(xué)術(shù)意義上的生命已經(jīng)死了。這種情況在我們周圍越來越常見。目前充斥著大量名為成果，實(shí)為名利敲門磚的所謂學(xué)術(shù)，沒有任何新意和創(chuàng)見，前腳邁出印刷廠，后腳就進(jìn)造紙廠，白耗費(fèi)了財(cái)力，還增加了環(huán)境污染。有的人，生物意義上的生命死了，學(xué)術(shù)意義上的生命還活著。我想，密碼學(xué)家就是這樣的一類人，他們的研究成果，大到保衛(wèi)國(guó)家，小到維護(hù)個(gè)人的利益，我想這是他們?nèi)松鷥r(jià)值的最好體現(xiàn)。
2.總結(jié)與體會(huì)
密碼學(xué)充滿了神秘性，讓我對(duì)她產(chǎn)生了濃厚的興趣和好奇。最近的這次人類戰(zhàn)爭(zhēng)中，即二戰(zhàn)，認(rèn)識(shí)到密碼和情報(bào)是一件事情。而在當(dāng)代密碼學(xué)跟數(shù)學(xué)，計(jì)算機(jī)只是一個(gè)大背景，因?yàn)樾畔?huì)以網(wǎng)絡(luò)為媒介，所以現(xiàn)代密碼學(xué)更多的是以數(shù)字化的信息而非紙質(zhì)為研究對(duì)象。所以密碼學(xué)歸根結(jié)底是數(shù)學(xué)問題，計(jì)算能力是數(shù)學(xué)的一個(gè)方面，高性能的計(jì)算機(jī)可以成為國(guó)力的象征，分析情報(bào)就是一方面。數(shù)學(xué)研究等一些自然基礎(chǔ)學(xué)科的研究才是國(guó)家實(shí)力的堅(jiān)定的基石，才是一個(gè)自然科學(xué)的學(xué)生的理想所在。數(shù)學(xué)研究很廣泛，而密碼學(xué)涉及很有限，大多與計(jì)算機(jī)學(xué)科相關(guān)，如離散數(shù)學(xué)。從數(shù)學(xué)的分類包括：數(shù)論、近世代數(shù)、矩陣論、域論，以及其它結(jié)合較為緊密地理論：信息論、編碼論、量子學(xué)、混沌論。
密碼學(xué)還有許許多多這樣的問題。當(dāng)前,密碼學(xué)發(fā)展面臨著挑戰(zhàn)和機(jī)遇。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展和信息時(shí)代的到來，給密碼學(xué)提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。在密碼理論、密碼技術(shù)、密碼保障、密碼管理等方面進(jìn)行創(chuàng)造性思維，去開辟密碼學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元才是我們的追求。
北京科技大學(xué)
班級(jí): 計(jì)1102
姓名:楊勇 學(xué)號(hào): 41155047
第四篇：密碼學(xué)技術(shù)讀書筆記
關(guān)于密碼學(xué)技術(shù)讀書筆記
一.密碼學(xué)的介紹
密碼學(xué)（在西歐語文中，源于希臘語kryptós“隱藏的”，和gráphein“書寫”）是研究如何隱密地傳遞信息的學(xué)科。在現(xiàn)代特別指對(duì)信息以及其傳輸?shù)臄?shù)學(xué)性研究，常被認(rèn)為是數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支，和信息論也密切相關(guān)。著名的密碼學(xué)者Ron Rivest解釋道：“密碼學(xué)是關(guān)于如何在敵人存在的環(huán)境中通訊”，自工程學(xué)的角度，這相當(dāng)于密碼學(xué)與純數(shù)學(xué)的異同。密碼學(xué)是信息安全等相關(guān)議題，如認(rèn)證、訪問控制的核心。密碼學(xué)的首要目的是隱藏信息的涵義，并不是隱藏信息的存在。密碼學(xué)也促進(jìn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)，特別是在于電腦與網(wǎng)絡(luò)安全所使用的技術(shù)，如訪問控制與信息的機(jī)密性。密碼學(xué)已被應(yīng)用在日常生活：包括自動(dòng)柜員機(jī)的芯片卡、電腦使用者存取密碼、電子商務(wù)等等。
密碼是通信雙方按約定的法則進(jìn)行信息特殊變換的一種重要保密手段。依照這些法則，變明文為密文，稱為加密變換；變密文為明文，稱為脫密變換。密碼在早期僅對(duì)文字或數(shù)碼進(jìn)行加、脫密變換，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，對(duì)語音、圖像、數(shù)據(jù)等都可實(shí)施加、脫密變換。二.密碼學(xué)的發(fā)展歷史
密碼學(xué)的發(fā)展歷程大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：古代加密方法、古典密碼和近代密碼。1.古代加密方法（手工階段）
古代加密方法大約起源于公元前440年出現(xiàn)在古希臘戰(zhàn)爭(zhēng)中的隱寫術(shù)。當(dāng)時(shí)為了安全傳送軍事情報(bào)，奴隸主剃光奴隸的頭發(fā)，將情報(bào)寫在奴隸的光頭上，待頭發(fā)長(zhǎng)長(zhǎng)后將奴隸送到另一個(gè)部落，再次剃光頭發(fā)，原有的信息復(fù)現(xiàn)出來，從而實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)部落之間的秘密通信。
公元前400年，斯巴達(dá)人就發(fā)明了“塞塔式密碼”，即把長(zhǎng)條紙螺旋形地斜繞在一個(gè)多棱棒上，將文字沿棒的水平方向從左到右書寫，寫一個(gè)字旋轉(zhuǎn)一下，寫完一行再另起一行從左到右寫，直到寫完。解下來后，紙條上的文字消息雜亂無章、無法理解，這就是密文,但將它繞在另一個(gè)同等尺寸的棒子上后，就能看到原始的消息。這是最早的密碼技術(shù)。
我國(guó)古代也早有以藏頭詩、藏尾詩、漏格詩及繪畫等形式，將要表達(dá)的真正意思或“密語”隱藏在詩文或畫卷中特定位置的記載。2.古典密碼（機(jī)械階段）
古典密碼的加密方法一般是文字置換，使用手工或機(jī)械變換的方式實(shí)現(xiàn)。古典密碼系統(tǒng)已經(jīng)初步體現(xiàn)出近代密碼系統(tǒng)的雛形，它比古代加密方法復(fù)雜，其變化較小。古典密碼的代表密碼體制主要有：?jiǎn)伪泶婷艽a、多表代替密碼及轉(zhuǎn)輪密碼。3.近代密碼（計(jì)算機(jī)階段）
密碼形成一門新的學(xué)科是在20世紀(jì)70年代，這是受計(jì)算機(jī)科學(xué)蓬勃發(fā)展刺激和推動(dòng)的結(jié)果?？焖匐娮佑?jì)算機(jī)和現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法一方面為加密技術(shù)提供了新的概念和工具，另一方面也給破譯者提供了有力武器。
第五篇：現(xiàn)代密碼學(xué) 學(xué)習(xí)心得
密碼學(xué)(Cryptology)一詞源自希臘語“krypto's”及“l(fā)ogos”兩詞，意思為“隱藏”及“消息”。它是研究信息系統(tǒng)安全保密的科學(xué)。其目的為兩人在不安全的信道上進(jìn)行通信而不被破譯者理解他們通信的內(nèi)容。
從幾千年前到1949年，密碼學(xué)還沒有成為一門真正的科學(xué)，而是一門藝術(shù)。密碼學(xué)專家常常是憑自己的直覺和信念來進(jìn)行密碼設(shè)計(jì)，而對(duì)密碼的分析也多基于密碼分析者（即破譯者）的直覺和經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行的。1949年，美國(guó)數(shù)學(xué)家、信息論的創(chuàng)始人 Shannon, Claude Elwood 發(fā)表了《保密系統(tǒng)的信息理論》一文，它標(biāo)志著密碼學(xué)階段的開始。同時(shí)以這篇文章為標(biāo)志的信息論為對(duì)稱密鑰密碼系統(tǒng)建立了理論基礎(chǔ)，從此密碼學(xué)成為一門科學(xué)。由于保密的需要，這時(shí)人們基本上看不到關(guān)于密碼學(xué)的文獻(xiàn)和資料，平常人們是接觸不到密碼的。1967年Kahn出版了一本叫做《破譯者》的小說，使人們知道了密碼學(xué)。20 世紀(jì)70年代初期，IBM發(fā)表了有關(guān)密碼學(xué)的幾篇技術(shù)報(bào)告，從而使更多的人了解了密碼學(xué)的存在。但科學(xué)理論的產(chǎn)生并沒有使密碼學(xué)失去藝術(shù)的一面，如今，密碼學(xué)仍是一門具有藝術(shù)性的科學(xué)。1976年，Diffie和 Hellman 發(fā)表了《密碼學(xué)的新方向》一文，他們首次證明了在發(fā)送端和接收端不需要傳輸密鑰的保密通信的可能性，從而開創(chuàng)了公鑰密碼學(xué)的新紀(jì)元。該文章也成了區(qū)分古典密碼和現(xiàn)代密碼的標(biāo)志。1977年，美國(guó)的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（DES）公布。這兩件事情導(dǎo)致了對(duì)密碼學(xué)的空前研究。從這時(shí)候起，開始對(duì)密碼在民用方面進(jìn)行研究，密碼才開始充分發(fā)揮它的商用價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，人們才開始能夠接觸到密碼學(xué)。這種轉(zhuǎn)變也促使了密碼學(xué)的空前發(fā)展。
最早的加密技術(shù)，當(dāng)屬凱撒加密法了。秘密金輪，就是加解密的硬件設(shè)備可以公用，可以大量生產(chǎn)，以降低硬件加解密設(shè)備的生產(chǎn)與購(gòu)置成本。破譯和加密技術(shù)從來就是共存的，彼此牽制，彼此推進(jìn)。錯(cuò)綜復(fù)雜的加解密演算法都是為了能夠超越人力執(zhí)行能力而不斷演變的。Kerckhoffs原則、Shannon的完美安全性、DES算法、Rijndael算法……<
文章大致翻譯：
一、摘要：隨著遠(yuǎn)程通信的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，密碼學(xué)面臨著兩大難題：⒈可靠密鑰的傳輸通道問題。⒉如何提供與手寫簽名等效的認(rèn)證體系。為了解決這些問題，文中提出了公鑰密碼算法和公鑰分配算法，并且把公鑰密碼算法經(jīng)過變換成為一個(gè)單向認(rèn)證算法，來解決有效認(rèn)證問題。此外還討論了密碼學(xué)中各種問題之間的相互關(guān)系，陷門問題，計(jì)算復(fù)雜性問題，最后回顧了密碼學(xué)發(fā)展的歷史。
二、常規(guī)密碼體系：這一部分主要介紹了密碼學(xué)的一些基本知識(shí)，如密鑰、加密、解密，算法的無條件安全與計(jì)算性安全，三種攻擊法，即唯密文攻擊、已知明文攻擊、選擇明文攻擊。需要指出的是，本文給出了密碼學(xué)的一個(gè)定義：研究解決保密和認(rèn)證這兩類安全問題的“數(shù)學(xué)”方法的學(xué)科。還有一點(diǎn)需要指出的是，根據(jù)Shannon的理論：無條件安全的算法是存在的，但由于其密鑰過長(zhǎng)而不實(shí)用，這也是發(fā)展計(jì)算上安全的算法的原因。
三、公鑰密碼學(xué)：公鑰密碼學(xué)主要包括兩部分：公鑰密碼算法和公鑰分配算法。公鑰密碼算法是指定義在有限信息空間{M}上的，基于算法{Ek }和{Dk }的可逆變換
Ek：{M}-> {M}
Dk：{M}-> {M}
滿足下列條件：
⑴對(duì)任給K∈{K}，Ek是Dk的互逆變換
⑵對(duì)任意的K∈{K}和M∈{M}，用Ek和Dk進(jìn)行加密和解密是
容易計(jì)算的⑶對(duì)幾乎所有的K∈{K}，從Ek推出Dk在計(jì)算上是不可行的⑷對(duì)任意的K∈{K}，從K計(jì)算Ek和Dk是可行的這里K是用以產(chǎn)生Ek和Dk的隨機(jī)數(shù)。性質(zhì)⑶保證了可公開Ek而不損害Dk的安全性，這樣才保證了公鑰密碼算法的安全性。
以加密二值n維向量為例，加密算法是乘一個(gè)n×n可逆矩陣，解密則乘其逆矩陣，所需運(yùn)算時(shí)間為n。此可逆矩陣可通過對(duì)單位矩陣做一系列的行和列的初等變換得到，而其逆矩陣是經(jīng)過逆序的行和列的逆變換得到。但是矩陣求逆只需要n的時(shí)間，密碼分析者用時(shí)與正常解密用時(shí)之比是n。雖然這個(gè)例子并不實(shí)用，但對(duì)解釋公鑰密碼算法是有用的。一個(gè)更實(shí)用的方法是利用機(jī)器語言的難懂性，把加密算法編譯成機(jī)器語言公布，而解密算法保密，分析者要理解機(jī)器語言的全部運(yùn)算過程是很困難的，所以要破解是困難的，當(dāng)然此算法必須足夠的復(fù)雜以免通過輸入和輸出對(duì)來破解。
公鑰分配算法是基于求對(duì)數(shù)再取模計(jì)算上的困難。令q是一個(gè)素?cái)?shù)，在有限域GF(q)上任取q，計(jì)算Y= a*mod（q），其中a是GF(q)上的一個(gè)固定基元。則 X= log 【Y*mod（q）】。a
不難得出由X計(jì)算Y是較容易的，約需要計(jì)算2×log2q次乘法；然而從Y得出X是困難的，x
32因?yàn)樾鑡/2次運(yùn)算。這樣對(duì)每一個(gè)用戶，從[1，2，?，q-1]中隨機(jī)的選一個(gè)q，計(jì)算出Yi=a* mod q，并將Yi公布，Xi保密。那么當(dāng)用戶i和j通信時(shí)，使用Kij=a
公共密鑰。此密鑰用戶i通過j公布的Yj 得到，即Kij= YjXiXiXj Xi*mod q作為他們的XiXj *mod q=(a)*mod q= aXjXi *mod q得到。用戶j的計(jì)算同理。對(duì)于第三方要獲得此密鑰就必須計(jì)算，而這在計(jì)算上是不可行的，從而達(dá)到了在公共信道上分配私鑰的效果。
四、單向認(rèn)證：現(xiàn)有的認(rèn)證體系只能保證不被第三方冒名頂替，但不能解決發(fā)送者和接收者之間的沖突，為此引入單向函數(shù)的概念，即對(duì)定義域中的任意x，f(x)是容易計(jì)算的，但對(duì)幾乎所有的值域中的y，求滿足y= f(x)的x在計(jì)算上是不可行的。例如已知多項(xiàng)式p(x)和x，求y =p(x)是容易的，但若已知y 求出x 是困難的。值得注意的是，這里的計(jì)算上不可逆與數(shù)學(xué)中的不可逆是完全不同的（數(shù)學(xué)上的不可逆可能是有多個(gè)原像）。
公鑰密碼算法可用來產(chǎn)生一個(gè)真正的單向認(rèn)證體系。當(dāng)用戶A要發(fā)信息M給用戶B時(shí)，他用其保密的解密密鑰解密“M”并傳給B，B收到時(shí)用A公布的加密密鑰 “加密”此消息從而得到信息M。因?yàn)榻饷苊荑€是保密的，只有A發(fā)送的消息才具有這樣的性質(zhì)，從而確認(rèn)此信息來源于A，也就建立了一個(gè)單向認(rèn)證體系。
Leslie Lamport 還提出另一種單向信息認(rèn)證方法，它是應(yīng)用在k維二值空間上的單向函數(shù)f到其自身的映射來實(shí)現(xiàn)的。若發(fā)送者發(fā)送N比特的信息m，他要產(chǎn)生2N個(gè)隨機(jī)k維二值向量x1,X1，x2，X2，??xn , Xn ,并保密，隨后把這些向量在f下的像y1，Y1，y2，Y2，??yn , Yn，發(fā)送給接收者。當(dāng)發(fā)送信息m=(m1,m2 ,?,mN)時(shí)，m1=0發(fā)送x1，m1 =1發(fā)送X1，依次類推。接收者把收到的信息用f映射之，若為y1則 m1=0，Y1則m1 =1，如此下去便得到了m。由于函數(shù)f的單向性，接收者無法從y推出x，因此就無法改動(dòng)接收到的任何收據(jù)。當(dāng)然在N比較大時(shí)這種方法的額外開銷是很大的，為此有必要引入單向映射g，用來把N比特的信息映射成n比特(n約為50)，但這里要求g有比一般的單向函數(shù)更強(qiáng)的性質(zhì)。
五、問題的相關(guān)性和陷門：
⒈一個(gè)對(duì)已知明文攻擊安全的密碼算法能產(chǎn)生一個(gè)單向函數(shù)。設(shè) :{P}->{K}是這樣的一個(gè)算法，取P=P0?？紤]映射f：{K}->{C}定義為f(x)=Sx(P0)，則f是一個(gè)單向函數(shù)，因?yàn)橐蒮(x)得到x和已知明文攻擊是等價(jià)的(即已知P=P0和SK(P0)求不出K)。Evans還提出過另一種方法，他用的映射是
f(x)=Sx(X)，這增加了破解的難度，但這個(gè)單向函數(shù)卻破壞了對(duì)已知明文攻擊安全的要求。⒉一個(gè)公鑰密碼算法可用來產(chǎn)生一個(gè)單向認(rèn)證體系。這一點(diǎn)在（四）中已經(jīng)討論過了。⒊一個(gè)陷門密碼算法可用來產(chǎn)生一個(gè)公鑰分配算法。所謂陷門密碼算法是指只有知道陷
門信息才能正確還原明文，不掌握陷門信息要破解出明文在計(jì)算上是不可行的。比如A要和B建立公共私鑰，A任選一個(gè)密鑰，用B公布的含有陷門信息的加密密鑰加密之，并將密文發(fā)送給B，B由保密的陷門信息解密得到此密鑰，于是A和B建立了公共的私鑰。不難發(fā)現(xiàn)公鑰密碼算法是一個(gè)陷門單向函數(shù)。
六、計(jì)算復(fù)雜度：現(xiàn)代密碼算法的安全性是基于計(jì)算上的不可行性，因此就有必要對(duì)計(jì)算復(fù)雜度進(jìn)行研究。在確定型圖靈機(jī)上可用多項(xiàng)式時(shí)間求解的問題定義為P類復(fù)雜度，在非確定型圖靈上可用多項(xiàng)式時(shí)間求解的問題定義為NP類復(fù)雜度，顯然NP包括P。Karp還定義了一個(gè)NP完全集，即如果NP完全集中的任何一個(gè)問題屬于P 類，則NP中的所有問題都屬于P。現(xiàn)在大多數(shù)的加密算法用的是NP完全集中的問題。關(guān)于密碼分析的難度有如下定理：一個(gè)加密和解密算法若是能在P時(shí)間內(nèi)完成的，那么密碼分析的難度不會(huì)大于NP時(shí)間。
七、歷史回顧：
密碼學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了早期的加密過程保密，到60年代對(duì)明文攻擊安全的算法，到現(xiàn)在算法公開的基于計(jì)算復(fù)雜度的算法，可見其發(fā)展趨勢(shì)是秘密性越來越弱的。并且隨著許多曾經(jīng)被證明為安全的算法被相繼攻破，密碼安全性的分析也經(jīng)歷了早期的純數(shù)學(xué)證明到后來的密碼分析攻擊，再到計(jì)算復(fù)雜度分析。這里還有一個(gè)有趣的現(xiàn)象就是密碼分析方法大多是由專業(yè)人事發(fā)現(xiàn)的，而密碼算法則主要是由非專業(yè)人員提出的。
對(duì)于這篇經(jīng)典之作，我的認(rèn)知顯得很是粗陋。要想真正讀通這篇巨作，恐怕自己還需要修煉些時(shí)日。但是，加密解密已經(jīng)滲入到如今這個(gè)電子化信息化的生活中來，又無時(shí)無刻不在感受著密碼學(xué)帶來的快感。
信息安全技術(shù)作為一門綜合學(xué)科，它涉及信息論、計(jì)算機(jī)科學(xué)和密碼學(xué)等多方面知識(shí)，研究計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息的保護(hù)方法以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)信息的安全、保密、真實(shí)和完整。21世紀(jì)是信息時(shí)代，信息的傳遞在人們?nèi)粘Ｉ钪凶兊梅浅Ｖ匾?。如：電子商?wù)，電子郵件，電子政務(wù)，銀行證券等，無時(shí)無刻不在影響著人們的生活。這樣信息安全問題也就成了最重要的問題之一。在信息交換中，“安全”是相對(duì)的，而“不安全”是絕對(duì)的，隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，信息安全標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，因此信息安全問題永遠(yuǎn)是一個(gè)全新的問題。信息安全的核心是密碼技術(shù)。如今，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信息的保密性、完整性、可用性和抗抵賴性，都需要采用密碼技術(shù)來解決。公鑰密碼在信息安全中擔(dān)負(fù)起密鑰協(xié)商、數(shù)字簽名、消息認(rèn)證等重要角色，已成為最核心的密碼。
Diffie和Hellman的經(jīng)典算法，影響直至今日，各種新興算法的形成、多次地被引用。
經(jīng)典猶在，密碼學(xué)新的開拓仍舊在繼續(xù)，仍舊令人期待。
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