计算机安全技术修订版课件 计算机安全技术PPT—第五章
25页1、第五章,密 码 技 术,5.1 密码技术概述,密码学(Cryptology)是一门古老而深奥的学科,有着悠久、灿烂的历史。密码技术是研究数据加密、解密及变换的科学,涉及数学、计算机科学、电子与通讯等诸多学科。虽然其理论相当高深,但概念却十分简单。密码技术包含两方面密切相关的内容,即加密和解密。加密就是研究、编写密码系统,把数据和信息转换为不可识别的密文的过程,而解密就是研究密码系统的加密途径,恢复数据和信息本来面目的过程。加密和解密过程共同组成了加密系统。 在加密系统中,要加密的信息称为明文(Plaintext),明文经过变换加密后的形式称为密文(Ciphertext)。由明文变为密文的过程称为加密(Enciphering),通常由加密算法来实现。由密文还原成明文的过程称为解密(Deciphering),通常由解密算法来实现。 对于较为成熟的密码体系,其算法是公开的,而密钥是保密的。这样使用者简单地修改密钥,就可以达到改变加密过程和加密结果的目的。密钥越长,加密系统被破译的几率就越低。根据加密和解密过程是否使用相同的密钥,加密算法可以分为对称密钥加密算法(简称对称算法)和非对称密钥加密
2、算法(简称非对称算法)两种。 通过对传输的数据进行加密来保障其安全性,已经成为了一项计算机系统安全的基本技术,它可以用很小的代价为数据信息提供相当大的安全保护,是一种主动的安全防御策略。,5.2 传统的加密方法,传统的加密方法有三种:替换密码、变位密码以及一次性加密。 5.2.1 替换密码 替代密码是用一组密文字母来代替一组明文字母以隐藏明文,同时保持明文字母的位置不变。 最古老的一种替换密码是恺撒密码,恺撒密码又被称为循环移位密码。其优点是密钥简单易记,但由于明文和密文的对应关系过于简单,所以安全性较差。 对于恺撒密码的另一种改进办法是,使明文字母和密文字母之间的映射关系没有规律可循。如将26个字母中的每一个都映射成另一个字母,这种方法称为单字母表替换,其密钥是对应于整个字母表的26个字母串。 由于替换密码是明文字母与密文字母之间的一一映射,所以在密文中仍然保存了明文中字母的分布频率,这使得其安全性大大降低。 小知识:在英文中,e是最常用的字母,接下来是t,o,a,n,i 等。最常用的两个字母的组合是th,in,er,re和an 。最常见的三个字母的组合是the,ing和ion 。,
3、5.2 传统的加密方法,5.2.2 变位密码 在替换密码中保持了明文的符号顺序,只是将它们隐藏起来,而变位密码却是要对明文字母作重新排序,但不隐藏它们。常用的变位密码有列变位密码和矩阵变位密码。 1.列变位密码 列变位密码的密钥是一个不含任何重复字母的单词或短语,然后将明文排序,以密钥中的英文字母大小顺序排出列号,最后以列的顺序写出密文。 2.矩阵变位密码 矩阵变位密码是把明文中的字母按给定的顺序排列在一个矩阵中,然后用另一种顺序选出矩阵的字母来产生密文。,5.2 传统的加密方法,5.2.3 一次性加密 如果要既保持代码加密的可靠性,又保持替换加密器的灵活性,可采用一次性密码进行加密。 首先选择一个随机比特串作为密钥。然后把明文转换成一个比特串,最后逐位对这两个比特串进行异或运算。例如,以比特串“011010101001”作为密钥,明文转换后的比特串为“101101011011”,则经过异或运算后,得到的密钥为“110111110010”。 这种密文没有给破译者提供任何信息,在一段足够长的密文中,每个字母或字母组合出现的频率都相同。由于每一段明文同样可能是密钥,如果没有正确的密码,破译
4、者是无法知道究竟怎样的一种映射可以得到真正的明文,所以也就无法破译这样生成的密文。 与此同时,一次性加密在实践中也暴露出了许多的缺陷。第一,一次性加密是靠密码只使用一次来保障的,如果密码多次使用,密文就会呈现出某种规律性,就有被破译的可能。第二,由于这种密钥无法记忆,所以需要收发双方随身携带密钥,极不方便。第三,因为密钥不可重复,所以可传送的数据总量受到可用密钥数量的限制。第四,这种方法对丢失信息或信息错序十分敏感,如果收发双方错序,那么所有的数据都将被篡改。,5.3 常用加密技术介绍,5.3.1 DES算法 数据加密标准DES(Data Encryption Standard)是美国国家标准局于1977年公布的由IBM公司研制的加密算法。DES被授权用于所有非保密通信的场合,后来还曾被国际标准组织采纳为国际标准。 DES是一种典型的按分组方式工作的单钥密码算法。其基本思想是将二进制序列的明文分组,然后用密钥对这些明文进行替代和置换,最后形成密文。DES算法是对称的,既可用于加密又可用于解密。它的巧妙之处在于,除了密钥输入顺序之外,其加密和机密的步骤完全相同,从而在制作DES芯片时很容
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