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2019/10/21网络信息安全Chapter1Introduction2019/10/22/411.3安全攻击对任何机构的信息资源进行破坏的行为即安全攻击信息安全就是要检测和防范这种攻击行为通常threat和attack指的是同样的事情安全攻击的行为范围很广通常有两大类安全攻击被动攻击:对传输进行窃听和监测,通信和信息不受影响,用户感觉不到攻击存在,攻击通常是窃听或流量分析,判断通信性质主动攻击:攻击者破坏通信过程,拦截、修改、伪造、丢弃信息、拒绝服务或假冒合法用户2019/10/23/41PassiveAttack--releaseofcontents被动攻击之消息内容的泄漏2019/10/24/41PassiveAttack—trafficanalysis被动攻击之流量分析2019/10/25/41ActiveAttack—Masquerade主动攻击之伪装2019/10/26/41ActiveAttack—Replay主动攻击之重放2019/10/27/41ActiveAttack—Modificationofmessages主动攻击之消息修改2019/10/28/41ActiveAttack—DenialofService主动攻击之拒绝服务2019/10/29/72网络信息安全Chapter2ClassicalEncryptionTechniques2019/10/210/72理论安全,或无条件安全TheoreticalSecure(orPerfectSecure)攻击者无论截获多少密文,都无法得到足够的信息来唯一地决定明文。Shannon用理论证明:欲达理论安全,加密密钥长度必须大于等于明文长度,密钥只用一次,用完即丢,即一次一密,One-timePad,不实用。实际安全,或计算上安全PracticalSecure(orComputationallySecure)如果攻击者拥有无限资源,任何密码系统都是可以被破译的;但是,在有限的资源范围内,攻击者都不能通过系统的分析方法来破解系统,则称这个系统是计算上安全的或破译这个系统是计算上不可行(ComputationallyInfeasible)。理论安全和实际安全2019/10/211/72对称密码体制(SymmetricSystem,One-keySystem,Secret-keySystem)加密密钥和解密密钥相同,或者一个密钥可以从另一个导出,能加密就能解密,加密能力和解密能力是结合在一起的,开放性差。非对称密码体制(AsymmetricSystem,Two-keySystem,Public-keySystem)加密密钥和解密密钥不相同,从一个密钥导出另一个密钥是计算上不可行的,加密能力和解密能力是分开的,开放性好。对称密码体制和非对称密码体制2019/10/212/72序列密码如果密文不仅与最初给定的算法和密钥有关,同时也与明文位置有关(是所处位置的函数),则称为序列密码体制。加密以明文比特为单位,以伪随机序列与明文序列模2加后,作为密文序列。分组密码如果经过加密所得到的密文仅与给定的密码算法和密钥有关,与被处理的明文数据在整个明文中的位置无关,则称为分组密码体制。通常以大于等于64位的数据块为单位,加密得相同长度的密文。序列密码体制和分组密码体制2019/10/213/72确定型密码体制和概率密码体制确定型:当明文和密钥确定后,密文也就唯一地确定了。概率型:当明文和密钥确定后,密文通过客观随机因素从一个密文集合中产生,密文形式不确定,称为概率型密码体制。单向函数型密码体制和双向变换型密码体制单向函数型密码体制适用于不需要解密的场合,容易将明文加密成密文,如哈希函数;双向变换型密码体制可以进行可逆的加密、解密变换。其他加密体制2019/10/214/72现代密码学的基本原则设计加密系统时,总是假定密码算法是可以公开的,需要保密的是密钥。一个密码系统的安全性不在算法的保密,而在于密钥,即Kerckhoff原则。对加密系统的要求系统应该是实际上安全的(practicalsecure),截获密文或已知明文-密文对时,要决定密钥或任意明文在计算上是不可行的。加密解密算法适用于密钥空间中的所有元素。系统易于实现,使用方便。系统的安全性不依赖于对加密体制或加密算法的保密,而依赖于密钥。系统的使用不应使通信网络的效率过分降低。现代密码学基本原则2019/10/215/72传统密码的简化模型2019/10/216/72传统密码体制的模型Y=Ek(X)X=Dk(Y)2019/10/217/36网络信息安全Chapter3BlockCipherandDataEncryptionStandard2019/10/2CryptographyandNetworkSecurity-218/36第3章分组密码和数据加密标准分组密码是一种加密解密算法,将输入明文分组当做一个整体处理,输出一个等长的密文分组。许多分组密码都采用Feistel结构,这样的结构由许多相同的轮函数组成。每一轮里,对输入数据的一半进行代换,接着用一个置换来交换数据的两个部分,扩展初始的密钥使得每一轮使用不同的子密钥。DES是应用最为广泛的分组密码,它扩展了经典的Feistel结构。DES的分组和密钥分别是64位和56位的。差分分析和线性分析是两种重要的密码分析方法。DES对这两种攻击有一定的免疫性。2019/10/2CryptographyandNetworkSecurity-219/36乘积密码的设计思想ClaudeShannonandSubstitution-PermutationCiphers1949年,ClaudeShannon引进了substitution-permutation(S-P)networks的思想,即现代的乘积加密器,形成了现代分组加密的基础。S-PNetworks是基于替代和置换这两个基本操作的。提供了对明文信息处理所做的confusion和diffusion。Shannon认为,为了对付基于统计分析的密码破译,必须对明文作confusion(混淆)和diffusion(扩散)处理,以减少密文的统计特性,为统计分析制造障碍。diffusion–明文统计结构扩散消失到大批密文统计特性中,使明文和密文之间统计关系尽量复杂;confusion–混淆,使密文和加密密钥之间的关系尽量复杂。2019/10/2CryptographyandNetworkSecurity-220/362019/10/221/51网络信息安全Chapter4FiniteFields2019/10/2现代密码学理论与实践0422/514.1群,环和域Groups,Rings,andFields群G,记作{G,•},定义一个二元运算•的集合,G中每一个序偶(a,b)通过运算生成G中元素(a•b),满足下列公理:(A1)封闭性Closure:如果a和b都属于G,则a•b也属于G.(A2)结合律Associative:对于G中任意元素a,b,c,都有a•(b•c)=(a•b)•c成立(A3)单位元Identityelement:G中存在一个元素e,对于G中任意元素a,都有a•e=e•a=a成立(A4)逆元Inverseelement:对于G中任意元素a,G中都存在一个元素a’,使得a•a’=a’•a=e成立2019/10/2现代密码学理论与实践0423/51交换群和循环群交换群AbelianGroup:还满足以下条件的群称为交换群(又称阿贝尔群)(A5)交换律Commutative:对于G中任意的元素a,b,都有a•b=b•a成立当群中的运算符是加法时,其单位元是0;a的逆元是-a,并且减法用以下的规则定义:a–b=a+(-b)循环群CyclicGroup如果群中的每一个元素都是一个固定的元素a(a∈G)的幂ak(k为整数),则称群G为循环群。元素a生成了群G,或者说a是群G的生成元。2019/10/2现代密码学理论与实践0424/51环(Rings)环R,由{R,+,x}表示,是具有加法和乘法两个二元运算的元素的集合,对于环中的所有a,b,c,都服从以下公理:(A1-A5),单位元是0,a的逆是-a.(M1),乘法封闭性,如果a和b属于R,则ab也属于R(M2),乘法结合律,对于R中任意a,b,c有a(bc)=(ab)c.(M3),乘法分配律,a(b+c)=ab+acor(a+b)c=ac+bc(M4),乘法交换律,ab=ba,交换环(M5),乘法单位元,R中存在元素1使得所有a有a1=1a.(M6),无零因子,如果R中有a,b且ab=0,则a=0orb=0.满足M4的是交换环;满足M5和M6的交换环是整环2019/10/2现代密码学理论与实践0425/51域(Fields)域F,可以记为{F,+,x},是有加法和乘法的两个二元运算的元素的集合,对于F中的任意元素a,b,c,满足以下公理:(A1-M6),F是一个整环(M7),乘法逆元,对于F中的任意元素a(除0以外),F中都存在一个元素a-1,使得aa-1=(a-1)a=1.域就是一个集合,在其上进行加减乘除而不脱离该集合,除法按以下规则定义:a/b=a(b-1).有理数集合,实数集合和复数集合都是域;整数集合不是域,因为除了1和-1有乘法逆元,其他元素都无乘法逆元2019/10/2现代密码学理论与实践0426/51(a1opa2)modn=[(a1modn)]op(a2modn)]modn①反身性:a=amodn②对称性:若a=bmodn,则b=amodn③传递性:若a=bmodn且b=cmodn,则a=cmodn④如果a=bmodn且c=dmodn,则a+c=(b+d)modna-c=(b-d)modna•c=(b•d)modn⑤(a+b)modn=(amodn+bmodn)modn(a-b)modn=(amodn-bmodn)modn(a•b)modn=(amodn•bmodn)modn模算术运算2019/10/2现代密码学理论与实践0427/51(a+b)modn=(amodn+bmodn)modn证明:定义(amodn)=ra,(bmodn)=rb于是存在整数j,k使得a=ra+jn,b=rb+kn.那么(a+b)modn=(ra+jn+rb+kn)modn=(ra+rb+(k+j)n)modn=(ra+rb)modn=[(amodn)+(bmodn)]modn模算术运算2019/10/2现代密码学理论与实践-0628/58网络信息安全Chapter6MoreonSymmetricCiphers2019/10/2现代密码学理论与实践-0629/576.1.1双重DES多次加密的最简单形式是进行两次加密,每次使用不同的密钥C=EK2(EK1(P))P=DK1(DK2(C))这种方法的密钥长度是56x2=112位虽然双重DES对应的映射与单DES对应的映射不同,但是有中途相遇攻击“meet-in-the-middle”只要连续使用密码两次,这种攻击总是有效因为X=EK1(P)=DK2(C)用所有可能的密钥加密明文P并把结果存储起来然后用所有可能的密钥解密密文C,寻找匹配的X值因此复杂度只有O(256)2019/10/2现代密码学理论与实践-0630/57双重DES和三重DES双重DES(DoubleDES)给定明文P和加密密钥K1和K2,加密:C=EK2[EK1[P]]解密:P=DK1[DK2[C]]密钥长度为56x2=112位存在中途相遇攻击问题2019/10/2现代密码学理论与实践-0631/576.2分组密码的工作模式2019/10/2现代密码学理论与实践-0832网络信息安全Chapter8IntroductiontoNumberTheory2019/10/2现代密码学理论与实践-0833/688.2费马定理和欧
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