密码学的基础知识_密码学需要什么基础

密码学基本理论　　密码学概况　　密码学基本概念　　密码学的主要目的是保持明文的秘密以防止攻击者获知，而密码分析学则是在不知道密钥的情况下，识别出明文的科学。所谓明文是指需要采用密码技术进行保护的消息，而密文则是指用密码技术处理过的明文的结果，通常称为加密消息，将明文转换为密文的过程称作加密，其逆过程，即由密文恢复出原明文的过程称为解密，加密过程所使用的一组操作运算规则称作加密算法，而解密过程所使用的一组操作运算规则称为解密算法。加密算法和解密算法的操作通常都是在密钥控制下进行的，分别称为加密密钥和解密密钥。　　密码分析攻击类型　　唯密文攻击　　密码分析者只拥有一个或多个同一密钥加密的密文，没有其他可利用的信息　　已知明文攻击　　密码分析者仅知道当前密钥下的一些明文及所对应的密文　　选择明文攻击　　密码分析者能够得到当前密钥下自己选定的明文所对应的密文　　密文验证攻击　　密码分析者对于任何选定的密文能够得到该密文是否合法的判断　　选择密文攻击　　除了挑战密文外，密码分析者能够得到任何选定的密文所对应的明文　　密码体制分类　　私钥密码体制　　私钥密码体制又称为对称密码体制，该体制的特点是加密和解密所使用的密钥相同。　　私钥密码体制的缺陷　　密钥分配问题　　发送者和接受者必须事先通过安全通道交换密钥，以便在发送和接受时能够提供使用的密钥　　密钥的管理问题　　假设有那个使用者，使用者之间互相共享一个密钥，则共有n(n-1)/2个密钥，如果n很大，密钥将多到无法处理。　　无法认证源　　在私钥体制中，A和B拥有相同的加解密能力，因此使用者B无法证实收到的A发来的消息是否确实来自A。　　公钥密码体制　　公钥密码体制又称为非对称密码体制，其基本原理是在加密和解密过程中使用不同的密钥处理方式，其中加密密钥可以公开，只需要安全存放解密密钥，在安全性方面，即使公开加密算法，通过加密密钥推知解密密钥也是计算不可行的。　　公钥密码体制的优点　　密钥分发方便，能以公开的方式分配密钥密钥保管量少，网络中的消息发送方可以公用一个公开加密密钥，从而减少密钥数量，只要接收方的解密密钥保密，就能实现消息的安全性。支持数字签名。三种公钥密码体制目前，有三种公钥密码体制类型被证明是安全和有效的，即RSA体制、RLGamal体制及椭圆曲线密码体制。混合密码体制混合密码体制利用公钥密码体制分配私钥密码体制的密钥，消息的收发方共用这个密钥，然后按照私钥密码体制的方式，进行加解密运算。

　　常见密码算法DESDES（Data Encryption Standard）数据加密标准的简称。支持64 bit明文块加密密钥长度为56 bit3DES（Triple DES）3DES采用TDEA（Triple Data Rncryption Algorithm）TDEA的工作机制是使用DES对明文进行“加密–>解密–>加密”操作64 bit明文块加密密钥长度56*3 bitEk()和Dk()代表DES算法的加密和解密过程，K代表DES算法使用的密钥，Input代表明文输入，Output代表密文输出，加密过程如下：

解密过程：

　　IDEAIDEA(International Data Encryption Algorithm)是国际数据加密算法的简记分组加密处理算法明文和密文分组都是64 bit密钥长度为 128 bit既可以用于加密又可以用于解密算法思路是“混合使用来自不同代数群中的运算”AESAES（Advanced Encryption Standard）高级加密标准对称算法至少支持128 bit长的分组密钥长度至少为128、192和256 比特选择Rijindael作为AESS盒置换S盒是将48比特压缩成32比特，S盒接受特定数量的输入48比特，经过8个盒将其转换为32比特输出

　　s8盒为例，输入，第一位和第六位（最高位和最低位）组合为11（二进制），转换为十进制为3，则在s8盒中行号为3。接下来我们计算列，原始数据第二位到第五位为1001（二进制），转换为十进制为9，则在s8盒中列号为9。s盒8的03行09列的数字为12，转换为二进制为1100，因此用二进制1100来代替RSARSA是非对称算法，公钥和私钥都可用于加密消息，用于加密消息的密钥和解密消息的密钥相反，RSA算法提供了一种保护网络通信和数据存储的机密性、完整性、真实性和不可否认性的方法。目前，SSH、OpenPGP、S/MIME和SSL/TLS都依赖于RSA进行加密和数字签名功能。RSA算法基于大整数因子分解的困难性第一步，生成两个大素数p和q第二步，计算这两个大素数的乘积 n=pq第三步，计算小于n且与n互素的整数的个数，即欧拉函数φ(n)=(p-1)(q-1)第四步，选取一个随机数e，且满足1<e<φ(n),并且e和φ(n)互素，即gcd(e,φ(n))=1第五步，计算d=e^(-1) mod φ(n)第六步，保密d,p和q，而公开n和e，即n和e作为公钥，d作为私钥

　　国产密码算法SM1 分组密码算法对称加密算法分组长度和密钥长度都为128 bitSM2 椭圆曲线公钥密码算法非对称加密用于公钥加密算法、密钥交换协议、数字签名算法国家标准推荐使用素数域256位椭圆曲线SM3 密码杂凑算法消息m长度l<2^64经过填充、迭代压缩、生成杂凑值，杂凑值输出长度为256比特SM3主要用于数字签名及验证、消息认证码生成及验证、随机数生成等SM4 分组算法分组长度为128bit密钥长度为128bit加密算法与密钥扩展算法采用32轮非线性迭代结构数据解密和数据加密的算法结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序SM9 标识密码算法在标识密码系统中，用户的私钥有密钥生成中心（KGC）根据主密钥和用户标识计算得出，用户的公钥由用户标识唯一确定，因而用户不需要通过第三方保证其公钥的真实性。可支持实现公钥加密、密钥交换、数字签名等安全功能Hash函数与数字签名Hash函数杂凑函数简称Hash函数，它能够将任意长度的信息转换成固定长度的哈希值（又称摘要和消息摘要），并且任意不同消息或文件所生成的哈希值是不一样的。主要用于保护消息或文件的完整性和密码信息的安全存储Hash算法Hash算法又称杂凑算法、散列算法、数据摘要算法或哈希算法。MD5算法MD5（Message Digest Algorithm-5）以512位数据块为单位来处理输入，产生128位的消息摘要用于文件和消息的完整性校验，密码信息的安全存储SHA算法SHA（Secure Hash Algorithm）SHA-1以512位数据块为单位来处理输入，产生160位的哈希值已发布的版本有SHA-2、SHA-3哈希值长度有：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512SM3国产算法该算法消息分组长度为512比特，杂凑值为256比特采用Merkle-Damgard结构数字签名数字签名（Digital Signature）是指签名者使用私钥对待签名数据的杂凑值做密码运算得到的结果。该结果只能用签名者的公钥进行验证，用于确认待签名数据的完整性、签名者身份的真实性和签名行为的抗抵赖性。数字签名具有与手写签名一样的特点：可信的不可抵赖不可伪造不可重用不可修改数字签名至少满足三个条件：非否认。签名者事后不能否认自己的签名真实性。接受者能验证签名，而任何其他人都不能伪造签名可鉴别姓。当双方关于签名的真伪发生争执时，第三方能够解决双方之间发生的争执

　　签名基本流程

　　验证过程

　　密码管理与数字证书密码管理

　　数字证书数字证书（Digital Certificate）也称公钥证书，是由证书认证机构（CA）签名的包含公开密钥拥有者信息、公开密钥、签发者信息、有效期以及扩展信息的一种数据结构。数字证书基本信息域：序号项目名称描述1version版本号2serialNumber序列号3signature签名算法4issuer颁发者5validity有效日期6subject主体7subjectPublickeyinfo主体公钥信息8issuerUniqueID颁发者唯一标识符9subjectUniqueID主体唯一标识符10extensions扩展项　　用户证书实例

　　CACA数字证书认证系统的简称，一般基于PKI技术建立CA提供的服务

　　数字证书认证系统的构成及部署

　　数字证书认证系统逻辑上可分为核心区、服务区、管理区安全协议Diffie-Hellman密钥交换协议DH密钥交换协议基于求解离散对数问题的困难性，即对于下述等式：

　　SSHSecure Shell，即安全外壳

　　

　　密码学网络安全应用主要用于以下五方面：身份鉴别访问控制加密传输加密存储完整性校验　　‍

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