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昆明理工大学计算机安全技术课件chp3 对称密钥密码体制

密码学对称加密算法

对称加密算法一、网络安全 1.网络安全 (1) 网络的安全问题：有以下四个方面 A. 端－端的安全问题，主要指用户(包括代理)之间的加密、鉴别和数据完整性维护。 B. 端系统的安全问题，主要涉及防火墙技术 C. 安全服务质量问题，主要指如何保护合法用户的带宽，防止用户非法占用带宽。 D. 安全的网络基础设施，主要涉及路由器、DNS服务器，以及网络控制信息和管理信息的安全问题。 (2)网络的安全服务：有以下五个方面 A．身份认证：这是考虑到在网络的应用环境下，验证身份的双方一般是通过网络而非直接交互，所以传统的验证手段如根据对方的指纹等方法就无法应用。同时大量的黑客随时都可能尝试向网络渗透，截获合法用户的口令并冒充顶替，以合法身份入网。所以应该提供一种安全可靠的身份认证的手段。 B.授权控制：授权控制是控制不同用户对信息资源的访问权限。授权控制是以身份认证为基础的。通过给不同用户的提供严格的不同层次和不同程度的权限，同时结合可靠的身份认机制，可以从很大程度上减少非法入侵事件发生的机会。 C.数据加密：数据加密技术顾名思义。在互联网上应用加密技术来保证信息交换的可靠性已经的到了人们普遍的认可，已经进入了应用阶段。目前的加密技术主要有两大类：一类是基于对称密钥加密的算法，另一类是基于非对称密钥加密的算法。它们都已经达到了一个很高的强度，同时加密算法在理论上也已经相当的成熟，形成了一门独立的学科。而从应用方式上，一般分成软件加密和硬件加密。前者成本低而且实用灵活，更换也方便；而后者加密效率高，本身安全性高。在应用中，可以根据不同的需要来进行选择。 D.数据完整性：数据完整性是指通过网上传输的数据应该防止被修改、删除、插入、替换或重发，以保证合法用户接收和使用该数据的真实性。 E.防止否认：在网上传输数据时，网络应提供两种防止否认的机制：一是防止发送方否认自己发送过的信息，而谎称对方收到的信息是别人冒名或篡改过的；二是防止接收方否认自己收到过信息。利用非对称加密技术可以很好的实现第一个否认机制。二、加密技术 (1) 加密技术的产生和发展 A. 古代，目前记录的比较早的是一个在公元前2世纪，由一个希腊人提出来的，26个字母放在一个5×5的表格里，这样所有的源文都可以行列号来表示。 B. 近代，在第二次世界大战里，密码机(如紫罗兰)得到了比较广泛的已经技术，同时破译密码的技术也得到了发展，出现了一次性密码技术。同时密码技术也促进了计算机的发展。 C. 现代，由于计算机和计算机网络的出现，对密码技术提出了更高的需求。密码学的论文和会议不断的增加，以密码技术为主的商业公司开始出现，密码算法层出不穷，并开始走向国际标准化的道路，出现了DES，AES等国家(美国的)标准。同时各个国家和政府对密码技术也越来越重视，都加密技术的出口和进口都作了相当严格的规定。 (2) 加密技术的分类 A．对称加密技术 a. 描述对称算法（symmetric algorithm），有时又叫传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，同时解密密钥也可以从加密密钥中推算出来。而在大多数的对称算法中，加密密钥和解密密钥是相同的。所以也称这种加密算法为秘密密钥算法或单密钥算法。它要求发送方和接收方在安全通信之前，商定一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都可以对他们发送或接收的消息解密，所以密钥的保密性对通信性

非对称密钥加密

<2> 非对称密钥加密又叫作公开密钥加密算法。在非对称加密体系中,密钥被分解为一对(即一把公开密钥或加密密钥和一把私有密钥或解密密钥)。这对密钥中的任何一把都可作为公开密钥(加密密钥)通过非保密方式向他人公开,而另一把则作为私有密钥(解密密钥)加以保存。公开密钥用于对机密性信息的加密,私有密钥则用于对加密信息的解密。私有密钥只能由生成密钥对的用户掌握,公开密钥可广泛发布,但它只对应于生成该密钥的用户。公开密钥加密技术解决了密钥的发布和管理问题，是目前商业密码的核心。使用公开密钥技术，数据通信的双方可以安全的确认对方的身份和公开密钥。非对称密钥加密算法主要有RSA、PGP等。 ----数据加密技术可以分为三类，即对称型加密、不对称型加密和不可逆加密。 ----对称型加密使用单个密钥对数据进行加密或解密，其特点是计算量小、加密效率高。但是此类算法在分布式系统上使用较为困难，主要是密钥管理困难，使用成本较高，保安性能也不易保证。这类算法的代表是在计算机专网系统中广泛使用的DES（Digital Encryption Standard）算法。 ----不对称型加密算法也称公用密钥算法，其特点是有二个密钥（即公用密钥和私有密钥），只有二者搭配使用才能完成加密和解密的全过程。由于不对称算法拥有两个密钥，它特别适用于分布式系统中的数据加密，在Internet中得到了广泛应用。其中公用密钥在网上公布，为数据源对数据加密使用，而用于解密的相应私有密钥则由数据的收信方妥善保管。 ----不对称加密的另一用法称为“数字签名（Digital signature）”，即数据源使用其密钥对数据的校验和（Check Sum）或其他与数据内容有关的变量进行加密，而数据接收方则用相应的公用密钥解读“数字签名”，并将解读结果用于对数据完整性的检验。在网络系统中得到应用的不对称加密算法有RSA算法和美国国家标准局提出的DSA算法（Digital Signature Algorithm）。不对称加密法在分布式系统中应用时需注意的问题是如何管理和确认公用密钥的合法性。 2、对称性加密和非对称性加密根据密钥技术的不同，可分为对称加密和非对称加密两种方法；对称加密是指用单一的密钥对明文进行加密，同时必须用该密钥对密文进行解密，加密和解密双方必须知道该密钥。非对称加密技术又称公共密钥技术，密钥成对存在，分别称为私有密钥（private key）和公共密钥（public key）；在加密过程采用公共密钥，在解密过程采用私有密钥。由此可以看出，非对称性加密技术使密钥更加安全，一般用于对密钥进行管理；但是非对称加密技术速度很慢，在数据传输过程中的加密一般采用对称加密算法。对于VPN网关产品来说，因为非对称加密算法太慢，所以一般采用对称加密算法进行数据传输加密。 3、数据加密强度和加密算法

非对称密码体制的认证与对称密码体制的加密

非对称密码体制的认证和对称密码体制的加密仵惠婷 22620139407 摘要：本文主要介绍在安全网络通信过程中：用非对称密码体制即公钥密码来进行通信双方的身份认证，以确保发送方是真的发送方，接收方是真的接收方；用对称密码体制对通信双方交互的通信数据进行加密的安全网络通信方案。非对称密码体制方案较对称密码体制方案处理速度慢，因此，通常把非对称密钥与对称密钥技术结合起来实现最佳性能。即用非对称密钥技术在通信双方之间传送会话密钥，而用会话密钥来对实际传输的数据加密解密。另外，非对称加密也用来对对称密钥进行加密。关键词：非对称密码体制；认证；对称密码体制；加密； 1.引言在要求安全的网络环境下通信双方首先要确认对方的身份是否属实，以防止伪造身份的恶意程序向正常服务发起服务请求，以防止恶意程序截获交付给正常客户程序的正常服务。然后要在整个通信过程中对通信双方交互的通信数据进行加密，以防止即使数据被泄露或者截获也不易被恶意程序篡改或伪造等。在现有密码技术条件下，应用非对称密码体制对通信双方进行身份认证，应用对称密码体制对通信数据进行加密的方案可谓设计精妙。 2.非对称密码体制的认证非对称密码体制可以对信息发送与接收人的真实身份的验证、对所发出/接收信息在事后的不可抵赖以及保障数据的完整性是现代密码学主题的另一方面。首先要介绍的是证书和CA。其中证书是将公钥和公钥主人名字放在一起被CA权威机构的私钥签名，所以大家都认可这个证书，而且知道了公钥的主人。而CA就是这个权威机构，也拥有一个证书，也有私钥，所以它有签字的能力。网上的公众用户通过验证CA的签字从而信任CA，任何人都应该可以得到CA的证书，用以验证它所签发的证书。如果一个用户想鉴别另一

对称密码体制

云南大学数学与统计学实验教学中心实验报告一、实验目的：通过实验掌握AES加密实验的构造算法，以及其重要思想。二、实验内容：查阅资料，实现AES密码体制的编码算法、译码算法、子密钥生成算法三、实验环境 Win7、Eclipse 四、实验过程（请学生认真填写）：实验过程、结果以及相应的解释： 1. 预备知识密码学中的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），是一种对称加密的方法。本实验使用Java平台来编写的，虽然在java中已经很好的实现了AES等安全机制，但是为了了解如何实现，还是写了一个AES加密的java程序。 2. 实验过程 A、原理分析：大多数AES计算是在一个特别的有限域完成的。 AES加密过程是在一个4×4的字节矩阵上运作，这个矩阵又称为“体（state）”，其初值就是一个明文区块（矩阵中一个元素大小就是明文区块中的一个Byte）。（Rijndael加密法因支持更大的区块，其矩阵行数可视情况增加）加密时，各轮AES加密循环（除最后一轮外）均包含4个步骤： AddRoundKey —矩阵中的每一个字节都与该次回合金钥（round key）做XOR运算；每个子密钥由密钥生成方案产生。 SubBytes —通过一个非线性的替换函数，用查找表的方式把每个字节替换成对应的字节。 ShiftRows —将矩阵中的每个横列进行循环式移位。 MixColumns —为了充分混合矩阵中各个直行的操作。这个步骤使用线性转换来混合每列的四个字节。最后一个加密循环中省略MixColumns步骤，而以另一个AddRoundKey取代。 B、具体代码如下： //如6.2，若是将每一行看做是一个对象的话 //具体实现的整体结构思想如此下图

第三章对称密码体制

第三章对称密码体制计算机科学与技术学院对称密码体制 §1、对称密码体制简介 §2、典型的对称密码算法 §3、数据加密标准DES §4、高级数据加密标准AES §5、密码分析 §6、分组密码的工作模式 §7、流密码简介 2

3 §对称密码体制（私钥）：加密密钥和解密密钥相同，且都需要保密。 ?优点：加密算法比较简便、高效、密钥简短，对方破译极其困难，且经受住时间的检验和攻击；?缺点：密钥必须通过安全的途径传送。 ?系统的机密性主要取决于密钥的安全性。 ?加密的方式： §按字符逐位加密（流密码） §将明文消息分组（分组密码） ?常用算法：DES ?适用范围：数据加密、消息认证1、对称密钥体制简介

2、典型的对称加密算法 1、DES加密算法 §定义：DES 全称为Data Encryption Standard即数据加密算法，它是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的，1977年，美国把DES用于国家非保密机关。 §DES是一种采用传统加密方法的分组密码。它的算法是对称的，既可用于加密又可用于解密。 §基本思想：DES对64比特二进制数据加密，产生64比特等长的密文数据。使用的密钥为64比特，实际密钥长度为56比特（有8比特用于奇偶校验）。 5 典型的对称加密算法 §2、IDEA算法 ?IDEA（International Data Encryptdri Algorithm），即“国际数据加密算法”。 ?IDEA采用基于“相异代数群上的混合运算”的设计思想，其算法的明、密文组位长度为64位，密钥长度为128位。 §3、FEAL-8密码 ?FEAL密码算法家族是日本NTT（日本电报电话公司）设计的。密钥组位长度为64比特，明、密文组位长度为64比特。作为一种分组密码，与DES相比，其增加了每一轮迭代的算法强度，因此可以通过减少迭代次数而提高运算速度。 6

对称密钥与非对称密钥的区别

对称密钥与非对称密钥的区别一、对称加密（Symmetric Cryptography）对称密钥加密，又称私钥加密，即信息的发送方和接收方用同一个密钥去加密和解密数据。它的最大优势是加/解密速度快，适合于对大数据量进行加密，对称加密的一大缺点是密钥的管理与分配，换句话说，如何把密钥发送到需要解密你的消息的人的手里是一个问题。在发送密钥的过程中，密钥有很大的风险会被黑客们拦截。现实中通常的做法是将对称加密的密钥进行非对称加密，然后传送给需要它的人。对称加密通常使用的是相对较小的密钥，一般小于256 bit。因为密钥越大，加密越强，但加密与解密的过程越慢。如果你只用1 bit来做这个密钥，那黑客们可以先试着用0来解密，不行的话就再用1解；但如果你的密钥有1 MB大，黑客们可能永远也无法破解，但加密和解密的过程要花费很长的时间。密钥的大小既要照顾到安全性，也要照顾到效率，是一个trade-off。二、非对称加密（Asymmetric Cryptography）非对称密钥加密系统，又称公钥密钥加密。非对称加密为数据的加密与解密提供了一个非常安全的方法，它使用了一对密钥，公钥（public key）和私钥（private key）。私钥只能由一方安全保管，不能外泄，而公钥则可以发给任何请求它的人。非对称加密使用这对密钥中的一个进行加密，而解密则需要另一个密钥。比如，你向银行请求公钥，银行将公钥发给你，你使用公钥对消息加密，那么只有私钥的持有人--银行才能对你的消息解密。与对称加密不同的是，银行不需要将私钥通过网络发送出去，因此安全性大大提高。

目前最常用的非对称加密算法是RSA算法。公钥机制灵活，但加密和解密速度却比对称密钥加密慢得多。虽然非对称加密很安全，但是和对称加密比起来，它非常的慢，所以我们还是要用对称加密来传送消息，但对称加密所使用的密钥我们可以通过非对称加密的方式发送出去。为了解释这个过程，请看下面的例子：（1） Alice需要在银行的网站做一笔交易，她的浏览器首先生成了一个随机数作为对称密钥。（2） Alice的浏览器向银行的网站请求公钥。（3）银行将公钥发送给Alice。（4） Alice的浏览器使用银行的公钥将自己的对称密钥加密。（5） Alice的浏览器将加密后的对称密钥发送给银行。（6）银行使用私钥解密得到Alice浏览器的对称密钥。（7） Alice与银行可以使用对称密钥来对沟通的内容进行加密与解密了。三、总结（1）对称密钥加密与解密使用的是同样的密钥，所以速度快，但由于需要将密钥在

对称密钥密码系统

对称密钥密码系统 2000多年以前，罗马国王Julius Caesar使用过现今被称为“凯撒密码”的加密算法。此加密算法其实是“移位密码”算法的一个特例。由于移位密码安全性不高，使用穷举爆力技术很容易将其破解，于是人们发明了“代换密码”。而移位密码其实是代换密码的一个子集。虽然代换密码安全性有所提高，使用穷举爆力技术较难破解，然而使用统计密码分析技术却可以很容易地破解代换密码。到了几百年前，有人发明了“置换密码”有时也叫“换位密码”，之后现代密码技术开始出现。很多人把Claude Shannon誉为现代密码学之父，他提出了“扩散”和“混淆”来构造密码体制的基本要素。这种加密技术可以有效的挫败使用统计分析技术来破解密码。 1973年，Horst Feistel公开了他的“Feistel密码”，这是第一个体现密码之父Shannon思想的密码系统。目前，几乎所有的对称密码系统都使用了Feistel密码的设计特征。 1973年，（美）国家标准局（NBS），即现在的（美）国家标准技术研究所（NIST）公布了征求国家密码标准的提案，人们建议了许多的密码系统。 1977年7月，NBS经过对众多的密码系统进行评估后，采纳了IBM在20世纪60年代（1960s）研制出来的一个密码系统作为数据加密标准（DES），此系统是由Horst Feistel领导的一个研究组研制出来的。这个密码系统基于一个称为LUCIFER[Fic73]的密码系统。LUCIFER密码系统本质上是Feistel密码的一个推广。 1983年、1988年和1993年，DES再度被认定为（美）国家标准。 1997年，RSA实验室发布了一个以10000美元作为酬金的挑战：寻找一个前面带有一个已知明文块的密文的DES密钥。由Roche Verse牵头的一个工程小组动用了70000多台通过因特网连接起来的计算机系统，使用穷举爆力攻击程序大约花费96天的时间找到了正确的DES密钥。意识到DES已经快完成它的历史使命，NIST于1997年1月宣布了一项选择一个用作高级加密标准（AES）的候选算法的计划：这个新的标准的将取代DES。

RSA非对称密码算法

RSA非对称密码算法 1、RSA非对称密码算法简介非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。非对称加密算法实现机密信息交换的基本过程是：甲方生成一对密钥并将其中的一把作为公用密钥向其它方公开；得到该公用密钥的乙方使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给甲方；甲方再用自己保存的另一把专用密钥对加密后的信息进行解密。另一方面，甲方可以使用乙方的公钥对机密信息进行签名后再发送给乙方；乙方再用自己的私匙对数据进行验签。甲方只能用其专用密钥解密由其公用密钥加密后的任何信息。非对称加密算法的保密性比较好，它消除了最终用户交换密钥的需要。非对称密码体制的特点：算法强度复杂、安全性依赖于算法与密钥但是由于其算法复杂，而使得加密解密速度没有对称加密解密的速度快。对称密码体制中只有一种密钥，并且是非公开的，如果要解密就得让对方知道密钥。所以保证其安全性就是保证密钥的安全，而非对称密钥体制有两种密钥，其中一个是公开的，这样就可以不需要像对称密码那样传输对方的密钥了。这样安全性就大了很多。 2、工作原理 1.A要向B发送信息，A和B都要产生一对用于加密和解密的公钥和私钥。 2.A的私钥保密，A的公钥告诉B；B的私钥保密，B的公钥告诉A。 3.A要给B发送信息时，A用B的公钥加密信息，因为A知道B的公钥。 4.A将这个消息发给B（已经用B的公钥加密消息）。 5.B收到这个消息后，B用自己的私钥解密A的消息。其他所有收到这个报文的人都无法解密，因为只有B才有B的私钥。 3、主要功能非对称加密体系不要求通信双方事先传递密钥或有任何约定就能完成保密通信，并且密钥管理方便，可实现防止假冒和抵赖，因此，更适合网络通信中的保密通信要求。

对称密钥密码

1引言计算机的发展给人类带来了前所未有的便利,以计算机信息技术为手段的企业信息化建设,已成为企业必不可少的部分。计算机CAD技术高速度、高精度和高效等的优点,已经逐步取代手工设计,广泛应用于产品设计工作中。CAD图纸,在任何时候,都是一个企业的命脉。在使用SolidWorks等软件绘制图纸的过程中,作为企业是否经常会考虑:我们厂刚刚设计出来的新产品,怎么市场上别的牌子的产品也已经上市啦?技术人员的流动,是否会同时有图纸的流动?我们花了几十万买的图纸,怎么隔壁的那个厂子图纸和我们的一样呢?我们的光驱、软驱、U盘接口都封掉了,可是图纸怎么还是传出去啦?解决这些问题的一种有效方法就是使用现代密码技术,加密技术是保障信息安全的最基本的、最核心的技术措施。对CAD图纸进行加密应该是一种比较合适的安全保密措施 2密码技术 2.1基本概念密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。密码在早期仅对文字或数码进行加、脱密变换,随着通信技术的发展,对语音、图像、数据等都可实施加、脱密变换。随着先进科学技术的应用,密码学已成为一门综合性的尖端技术科学。它与语言学、数学、电子学、声学、信息论、计算机科学等有着广泛而密切的联系。密码就是一组含有参数K的变换E。设已知信息M,通过变换E得到密文C。即C=EK(M)这个过程称之为加密,参数K称为密钥。

2.1.1传统密码学自从有了人类社会就有了信息交流,特别是出现了战争,为了信息交流的安全,就出现了密码技术。从古代到16世纪末由于这个时期生产力低下,产生的许多密码体制都是可用纸笔或者简单的器械实现加密/解密的,这个时期的密码体制主要有两大类:一类是换位密码体制,另一类是代替密码体制。从二十世纪初到20世纪50年代末,为了适应密码通信的需要,密码设计者设计出了一些采用复杂的机械和电动机械设备实现信息加密/解密操作,他们代替了繁重的手工作业方式,在战争中发挥了重要的作用。转轮密码机是这一时期的杰出代表。 2.1.2现代密码学对称密钥密码体制又称为单密钥密码体制或秘密密钥密码体制。这种密码体制的加密密钥和解密密钥相同,或者虽然不相同,但可由其中的任意一个可以和容易地推导出另一个。传统的密码学都是属于对称密钥密码体制。现在,在传统密码学地基础上对称密码体制也有了新地发展,像序列密码,分组密码,还有对称密钥密码体制的典型代表:数据加密标准DES和高级数据加密标准AES。非对称密钥密码体制又称为双密钥密码体制或公开密钥密码体制。这种密码体制的加密/解密操作分别使用两个不同地密钥,并且不可能由加密密钥推导出解密密钥。采用非对称密钥密码体制的每个用户都有一对相互关联而又彼此不同地密钥,使用其中的一个密钥加密的数据,不能使用该密钥自身进行解密,而只能使用对应的另一个密钥进行解密。在这一对密钥中,其中一个密钥称为公钥,它可以公开并通过公开的信道发给任何一位想与自己通信的另

非对称密钥加密技术

1.1 非对称密钥加密技术 1.1.1 实训目的通过使用PGP软件实现数据加密和数字签名，理解非对称密钥加密的原理，学会对文件内容、电子邮件进行加密和数字签名，保障信息安全。 1.1.2 实训任务客户公司的业务大部分都是靠电子邮件与合作伙伴进行交流的，但是发生过这样一起事故，当公司按照一个合作伙伴电子邮件的要求发了一批商品到对方，而对方却说商品型号发错了，经调查，公司确实是按电子邮件的要求发的货，而对方却不承认电子邮件中的商品型号。现在需要设置一个安全的电子邮件交流手段，不仅能对数据进行加密，还要能够防止数据被篡改，防止发送者抵赖。 1.1.3 背景知识 1. 非对称密钥加密加密算法有两大类：对称密钥加密和非对称密钥加密。在对称密钥加密技术中，加密和解密使用的是同一个密钥，由于难于通过常规的渠道进行安全的密钥传递，例如不能通过电子邮件安全地传递密钥，因此在电子商务等领域对称密钥加密技术受到了很大的限制。非对称密钥加密也叫公开密钥加密（Public Key Encryption），在加密和解密时使用不同的密钥，加密时使用的密钥和解密时使用的密钥形成一个密钥对，用其中的一个密钥加密的密文只能用另一个密钥解密，而不能由其它密钥（包括加密用的密钥）解密。通常一个密钥指定为“公钥”，可以对外公布，另一个则指定为“私钥”，只能由密钥持有人保管。公开密钥加密技术解决了密钥的发布和管理问题，是目前商业加密通信的核心。使用公开密钥技术，进行数据通信的双方可以安全地确认对方身份和公开密钥，提供通信的可鉴别性。因此，公开密钥体制的建设是开展电子商务的前提。非对称密钥加密算法主要有RSA、DSA、DiffieHellman、PKCS、PGP等。使用非对称密钥加密技术，可以实现下述目的： ?保密性：信息除发送方和接受方外不被其他人窃取； ?完整性：信息在传输过程中不被篡改； ?身份认证：接收方能够通过数字证书来确认发送方的身份； ?不可否认性：发送方对于自己发送的信息不能抵赖。 2. 消息摘要算法消息摘要算法（Message Digest Algorithms）是采用单向Hash算法将消息进行处理，产生的具有固定长度的摘要值，无论消息的长度是多少，所产生的摘要的长度是相同的。产生摘要的过程不需要密钥，算法本身决定了摘要的产生。摘要算法必须满足下述三个条件：①无法从摘要反推出消息的内容；②无法控制消息的摘要等于某个特定的值；③无法找到具有同样摘要的消息。著名的摘要算法有MD5和SHA1。 3. 数据加密和数字签名使用非对称密钥加密技术进行数据加密的原理是，发件人将待加密的报文（明文）用收件人的公钥进行加密，将加密后的报文（密文）发送给收件人，收件人用自己的私钥进行解密，从而得到明文，即原始的报文内容。收件人的私钥必须保管好，因为只有用收件人的私钥才能解密。数字签名技术的原理是用发件人的私钥对明文进行加密，将密文发送给收件人，收件人用发件人的公钥进行解密，如果能够成功解密，则说明该报文确实是由公钥的原始持有人发送的，即证明是由该人签名认可的。但是在实际操作中，出于加解密运行效率等原因，并不

实验2 对称加密算法：DES

实验1-2 对称密码算法DES 一．实验原理信息加密根据采用的密钥类型可以划分为对称密码算法和非对称密码算法。对称密码算法是指加密系统的加密密钥和解密密钥相同，或者虽然不同，但是可以从其中任意一个推导出另一个，更形象的说就是用同一把钥匙开锁和解锁。在对称密码算法的发展历史中曾出现过多种优秀的算法，包括DES、3DES、AES等。下面我们以DES算法为例介绍对称密码算法的实现机制。 DES算法是有美国IBM公司在20世纪70年代提出，并被美国政府、美国国家标准局和美国国家标准协会采纳和承认的一种标准加密算法。它属于分组加密算法，即明文加密和密文解密过程中，信息都是按照固定长度分组后进行处理的。混淆和扩散是它采用的两个最重要的安全特性，混淆是指通过密码算法使明文和密文以及密钥的关系非常复杂，无法从数学上描述或者统计。扩散是指明文和密钥中每一位信息的变动，都会影响到密文中许多位信息的变动，从而隐藏统计上的特性，增加密码安全。 DES将明文分成64比特位大小的众多数据块，即分组长度为64位。同时用56位密钥对64位明文信息加密，最终形成64位的密文。如果明文长度不足64位，则将其扩展为64位（例如补零等方法）。具体加密过程首先是将输入的数据进行初始换位（IP），即将明文M 中数据的排列顺序按一定的规则重新排列，生成新的数据序列，以打乱原来的次序。然后将变换后的数据平分成左右两部分，左边记为L0，右边记为R0，然后对R0施行在子密钥（由加密密钥产生）控制下的变换f，结果记为f(R0 ,K1)，再与L0做逐位异或运算，其结果记为R1，R0则作为下一轮的L1。如此循环16轮，最后得到L16、R16，再对L16、R16施行逆初始置换IP-1，即可得到加密数据。解密过程与此类似，不同之处仅在于子密钥的使用顺序正好相反。 DES全部16轮的加密过程如图1-1所示。 DES的加密算法包括3个基本函数： 1．初始换位（IP）它的作用是把输入的64位数据块的排列顺序打乱，每位数据按照下面换位规则重新组合。即将第58位换到第1位，第50位换到第2位，…,依次类推。重组后的64位输出分为L0、R0(左、右)两部分，每部分分别为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 R0和K1经过f（R0，K1）变换后的输出结果，再和L0进行异或运算，输出结果做为R1。R0则赋给L1。L1和R1同样再做类似运算生成L2和R2,…，经过16次运算后生成L16和R16。 2．f函数 f函数是多个置换函数和替代函数的组合函数，它将32位比特的输入变换为32位的输出，如图1-2。R i经过扩展运算E变换后扩展为48比特的E(R i)，与K i+1进行异或运算后输出的结果分成8组，每组6比特的并联B，B=B1B2B3B4B5B6B7B8，再经过8个S盒的选择压缩运算转换为4比特，8个4比特合并为32比特后再经过P变换输出为32比特的f(R i-1,K i)。其中，扩展运算E与置换P主要作用是增加算法的扩散效果。

公钥密码和对称密码

密码学中两种常见的密码算法为对称密码算法（单钥密码算法）和非对称密码算法（公钥密码算法）。对称密码算法有时又叫传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。在大多数对称算法中，加密解密密钥是相同的。这些算法也叫秘密密钥算法或单密钥算法，它要求发送者和接收者在安全通信之前，商定一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都能对消息进行加密解密。只要通信需要保密，密钥就必须保密。对称算法的加密和解密表示为： Ek(M)=C Dk(C)=M 对称算法可分为两类。一次只对明文中的单个位（有时对字节）运算的算法称为序列算法或序列密码。另一类算法是对明文的一组位进行运算，这些位组称为分组，相应的算法称为分组算法或分组密码。现代计算机密码算法的典型分组长度为64位――这个长度大到足以防止分析破译，但又小到足以方便作用。这种算法具有如下的特性： Dk(Ek(M))=M 常用的采用对称密码术的加密方案有5个组成部分（如图所示） l）明文：原始信息。 2)加密算法：以密钥为参数，对明文进行多种置换和转换的规则和步骤，变换结果为密文。 3)密钥：加密与解密算法的参数，直接影响对明文进行变换的结果。 4)密文：对明文进行变换的结果。 5)解密算法：加密算法的逆变换，以密文为输入、密钥为参数，变换结果为明文。对称密码术的优点在于效率高（加／解密速度能达到数十兆／秒或更多），算法简单，系统开销小，适合加密大量数据。尽管对称密码术有一些很好的特性，但它也存在着明显的缺陷，包括： l）进行安全通信前需要以安全方式进行密钥交换。这一步骤，在某种情况下是可行的，但在某些情况下会非常困难，甚至无法实现。 2)规模复杂。举例来说，A与B两人之间的密钥必须不同于A和C两人之间的

一对称密钥密码加密解密

实验一对称密钥密码加密解密实验实验学时：2学时实验类型：设计实验要求：必修【实验目的】 1、掌握对称密钥密码体制的基本概念； 2、掌握对称密钥密码体制加密/解密的工作原理； 3、重点掌握DES密码算法加密/解密的基本原理； 4、通过用DES算法对实际的数据进行加密/解密运算来深刻了解DES的运行原理。【实验内容】 1、根据DES密码算法原理，用Turbo C2.0或Visual C++6.0设计编写符合DES 密码算法思想的加密/解密程序。【实验环境】 1、操作系统：Windows9x/NT/2000/XP 2、编程软件：Turbo C2.0或Visual C++6.0 【实验原理】 1、DES算法工作的基本原理:DES是基于Feistel密码结构的分组密码，其入口参数有三个:key、data、mode。其中，key为加密/解密时使用的密钥；data为加密/解密的数据；mode为其工作模式：当模式为加密模式时，明文按照64位进行分组，形成明文分组，此时key用于对数据加密；当模式为解密模式时，key用于对64位的密文分组进行解密，以恢复明文。 2、DES算法共进行16轮迭代操作，每轮中都使用相同的轮函数F，如下： F(R i-1,K i )=p_box(S_boxes(Expand(R i-1 ) ⊕ K i )) 整个算法的流程如图所示：

DES加密算法流程图 (一)、密钥生成 1、生成种子密钥K 使用密钥流生成器生成64位(8个字节)的种子密钥K，每个字节的第8位作为奇偶校验位，不参与实际运算中子密钥的生成过程。 2、生成每一轮迭代中使用的子密钥k i 。 (1) 根据PC-1置换进行种子密钥K的变换，舍弃64位种子密钥K中的8个奇偶校验位，得到56位的密钥。 (2) 将变换后的密钥分为左右两部分各28位，分别称为C 0和D ，即PC-1(K)= C 0D 0。 (3) 生成16个子密钥k i ，1≤i≤16。 (i) 将C i 、D i 循环左移1位或2位，根据i值由“循环左移表”决定循环左移的位数，即计算C i=LS i(C i-1)和D i=LS i(D i-1)，其中，LS表示循环左移。 (ii) 将循环左移后的C i 和D i 作为一个56位的整体按置换表PC-2进行变换，得到本轮所使用的48位子密钥k i ,即k i=PC-2(C i D i)(1≤i≤16)。

非对称密钥体制问题研究

非对称密钥体制问题研究【摘要】本文通过分析非对称密钥体制中存在的问题，提出了非对称密钥安全解决方案，为非对称密钥体制的研究提供一定的借鉴。【关键词】非对称密钥问题安全解决方案随着信息技术的广泛应用，信息安全已成为战争决定因素，加强信息安全管理、完善法规制度、创新技术手段，是确保信息保密性、真实性、完整性的重要途径。非对称密钥体制不仅解决了传统的信息加密技术中难以克服的密钥传送和保管问题，而且可以有效解决信息使用者的身份认证和数字签名问题。一、非对称密钥体制 1、非对称密钥的定义。非对称密钥体制是相对传统体制而言的，传统密钥体制又称密钥体制，用于信息加密和解密的通信密钥完全相同，如果任何一方密钥泄露，都必须更换所有的密钥，因此管理的难度相对较大，而且制密的周期因管理的好坏非周期性变化。加密密钥公之于众，解密密钥只有解密人自己知道，分别成为公开密钥和私有密钥，用公开密钥加密的信息，只有用对应的私有密钥才能解开，而由公开密钥推出私有密钥却是极其困难的。 2、非对称密钥体

制架构。非对称密钥体制主要由认证中心、注册机构、数字证书库、密钥备份及恢复系统、证书撤销与更新系统、证书策略及认证组成[1]，它还包括一系列技术、协议和标准，还包括策略、准则等管理的要求。通过这套体制来确保网上身份认证、传递信息的保密性、完整性和信息源的不可否认性，从而保证网上活动的安全可靠。3、非对称密钥运行机制。在非对称密钥体制中实现数据完整性服务的主要方法是数字签名；数据保密性服务是发送方使用接收方的公开密钥加密，传递给对方，接收方使用私有密钥将密文解密；不可否认服务主要是客户端在向服务端发送信息时，要将信息用自己用于签名的私有密钥加密，服务端接收后由于用该用户的公开密钥就能把明文还原出来，所以用户无法否认他发送了该信息，这就保证了信息的不可否认性。二、非对称密钥体制中存在的问题 1、非对称密钥体制中信任度呈现出递减。在非对称密钥运行?C制中由于根CA不可能直接面对数目庞大的申请主体[2]，因此CA一般签发证书给分支机构，这样随着CA和RA的增加，在相互签署的信任链上，信任度是呈现出递减趋势的，这给整个非对称密钥的广泛应用带来了很大的局限性。比如：根CA下设二级域CA，二级域CA下设RA或三级域CA，但是在实践中就不能等同于根CA可以99%的信任RA或三级域CA，信任链上逐渐呈现出递减的趋势。

1.对称加密体制的优缺点

1.对称加密体制的优缺点: 优点：加密速度快,保密度高。缺点： 1.密钥是保密通信的关键，如何才能把密钥安全送到收信方是对称加密体制的突出问题。 2. n个合作者，就需要n各不同的密钥，使得密钥的分发复杂。 3.通信双方必须统一密钥。 4.难以解决数字签名认证问题。不适合网络邮件加密需要。 DES是采用传统换位与置换的加密方法的分组密码系统。 2.非对称加密体制的优缺点: 缺点：加密算法复杂，加密和解密的速度比较慢。优点： 1.公钥加密技术与对称加密技术相比，其优势在于不需要共享通用的密钥。 2.公钥在传递和发布过程中即使被截获，由于没有与公钥相匹配的私钥，截获的公钥对入侵者没有太大意义。 3.密钥少便于管理，N个用户通信只需要N对密钥。 4.密钥分配简单，加密密钥分发给用户，而解密密钥由用户自己保留。 3.数字签名和加密的区别数字签名采用公开密钥算法实现，数字签名与通常的数据加密算法作用是不同的，它们的实现过程与使用的密钥不同。数字签名使用的是发送方的密钥对，发送方用自己的私有密钥进行加密，接收方用发送方的公开密钥进行解密。数字签名是一个一对多关系：任何拥有发送方公开密钥得人都可验证数字签名的正确性。数字签名是为了证实信息确实是由某个用户发送，对网络中是否有人看到该信息并不关心。数据加密使用的是接受方的密钥对，发送方用接收方的公开密钥进行加密，接受方用自己的私有密钥进行解密。加密是一个多对一的关系：任何知道接受方公开密钥的人都可以向接收方发送加密信息，只有拥有接收方私有密钥的人才能对信息解密。一个用户通常有两个密钥对，一个用来对数字签名进行加密解密，一个用来对私密密钥进行加密解密。 4.RSA算法中，素数p=7，q=11，加密密钥e=7，计算解密密钥d 解：N=pq=7*11=77 φ（n）=(p-1)(q-1)=6*10=60 根据公式d× e ≡ 1 (mod (p-1)(q-1)) 又e=7,所以7*d≡ 1 (mod 60)。。即7d mod 60 = 1。 7x43=301 301除以6刚好余1. 所以d=43 5.已知ＲＳＡ算法中的两个素数Ｐ＝１１，Ｑ＝１７，公钥部分Ｅ＝１３，明文Ｍ＝９，请计算出私钥部分的Ｄ和密文Ｃ的值是多少？（c=25 d=37）

对称密钥在网络安全中的应用

对称密钥在网络信息安全中的应用 [摘要] 信息安全是一个直接面向工程，面向实践应用的专业领域。为了提升信息安全专业本科学生的综合实践能力，文中以现代密码学的重要内容之一——对称密钥分组密码为例，阐述在加密机日常使用过程中可能引入的安全风险以及相应的控制手段和方法。 [关键词] 对称密钥，网络信息安全，加密算法引言： 1996 年以来，美国发明并启用PKI进行网络身份认证，2000 年以来我国引进了美国的PKI 技术，由于建立CA数字认证中心费用太高，每年还要收取高额的服务费，影响了PKI的普及，美军方约200多万人使用PKI，国防部也认为：PKI不成熟，维护费用负担重。2001年一种代替PKI的新技术IBE诞生，IBE是将标识作为公钥，私钥由密钥中心生产配发的新体制，不需要建立CA 这第三方认证体制，降低了建设成本，但是，启用IBE也不能从根本上解决问题，IBE认证效率与PKI一样都很低。IBE模式的网络身份认证技术国内没有引进，有部分欧盟国家使用。 PKI和IBE的共同的特点是基于公钥体制，采用非对称算法对证书及参数进行加解密，并通过在线对比证书或参数库来实现身份识别，都存在认证效率低，管理客户量小，维护费用高，运营负担重的弱点。在蓬勃发展的网络应用中网络用户不断增加，我国的网络用户总人数已超过到1亿人，要设计一种公共安全平台既能达到PKI和IBE的安全标准，又能提高认证效率，大大降低成本，并能管理超大规模网络用户，人们开始把目光转向了对称密码技术。 1 网络信息安全问题网络信息安全作为现代社会各国关注的问题它有其自己的特性： 1.1 相对性。网络上没有绝对的安全,只有相对的安全。 1.2 综合性。网络安全并非一个单纯的技术层面的问题,它还涉及到管理、意识和国家法律等各个层面。因此,网络安全是一个综合性的问题,它的各个环节紧密衔接在一起。 1.3 产品单一性。如防黑客的产品不能用来防病毒等。 1.4 动态性。因为网络的攻防是此消彼长,道高一尺、魔高一丈的事情。在前一段时间看来是较为安全的问题随着黑客技术的发展也会暴露出原来未经检测到的漏洞。需要对黑客的行为模式不断研究,尽量作到技术上的及时跟进和维护支持。 1.5 不易管理性。显然,安全保护越好就越不方便,然而我们不能因此放弃利用网络带来的优势。因此投资、安全和便捷之间需要一个平衡,通过将不同技术的控制手段和管理相互结合来实现最佳效果。 1.6 黑盒性。网络的不安全性是相对透明的,而网络安全则是黑盒性的。网络安全工具和设备在运行时对用户是不可见的,到底能防多少黑客、系统会受到多少伤害、是否带来新的不安全因素等,包括整个安全体系都是很模糊的,用户不知如何管理。网络计算机网络安全的层次上大致可分为:物理安全、安全控制、安全服务三个方面。物理安全是指在物理介质层次上对存储和传输的网络信息的安全保护。对于计算机网络设备、设施等等免于遭受自然或人为的破坏。主要有环境安全,是指自然环境对计算机网络设备与设施的影响;设备安全,是指防止设备被盗窃、毁坏、电磁辐射、电磁干扰、窃听等;媒体安全,是指保证媒体本身以及媒体所载数据的安全性。安全控制是指在网络信息系统中对存储和传输辐射信息的操作和进程进行控制和管理。在网络信息处理层次上对信息进行安全保护。

对称密码技术在网络认证系统中的应用

２００７．３ 86１北京市科学技术情报研究所北京１０００４４２北京丰台区政府信息中心北京１０００７１对称密码技术在网络认证系统中的应用胡祥义１李岩２摘要　：本文将对称密码技术用于网络身份识别安全登录，通过密钥生成算法来组合生成对称密钥，达到一次一变不重复，采用密钥存储安全策略防止密钥“种子”外泄，并以进程式认证方式来确认用户身份实现安全登录。关键词：身份识别；对称密码；密钥生成算法０引言１９９６年以来，美国发明并启用ＰＫＩ进行网络身份认证，２０００年以来我国引进了美国的ＰＫＩ技术，由于建立ＣＡ数字认证中心费用太高，每年还要收取高额的服务费，影响了ＰＫＩ的普及，美军方约２００多万人使用ＰＫＩ，国防部也认为：ＰＫＩ不成熟，维护费用负担重。２００１年一种代替ＰＫＩ的新技术ＩＢＥ诞生，ＩＢＥ是将标识作为公钥，私钥由密钥中心生产配发的新体制，不需要建立ＣＡ这第三方认证体制，降低了建设成本，但是，启用ＩＢＥ也不能从根本上解决问题，ＩＢＥ认证效率与ＰＫＩ一样都很低。ＩＢＥ模式的网络身份认证技术国内没有引进，有部分欧盟国家使用。ＰＫＩ和ＩＢＥ的共同的特点是基于公钥体制，采用非对称算法对证书及参数进行加解密，并通过在线对比证书或参数库来实现身份识别，都存在认证效率低，管理客户量小，维护费用高，运营负担重的弱点。在蓬勃发展的网络应用中网络用户不断增加，我国的网络用户总人数已超过到１亿人，要设计一种公共安全平台既能达到ＰＫＩ和ＩＢＥ的安全标准，又能提高认证效率，大大降低成本，并能管理超大规模网络用户，人们开始把目光转向了对称密码技术。１对称密码的技术优势所谓对称密码技术就是密钥采用单钥体制，即加密和解密都使用同一组密钥，对称算法分　：分组算法和序列算法，对称密码算法相对非对称密码算法而言，算法简单，运行占用资源少，不像非对称算法那样是基于数学模型如：大整数分解和椭圆曲线的算法结构，需要密钥较长，运算时间长，运行占用资源多，抗攻击力弱，如　：在１９９５年密钥长度为５１２位的ＲＳＡ非对称算法就能够被破译，而对称算法结构简单，需要的密钥长度较短，加解密速度快（大约为非对称算法的１０％），抗集团攻击力强等优势。２对称算法进行身份认证的可行性分析对称密钥的管理是实现身份认证的前提。对称算法的密钥管理成本高是国际公认事实，要想使用对称算法来进行网络身份认证，必须解决对称密钥的管理难题，不解决对称密钥管理的瓶颈，采用对称算法实现身份认证就成为空话。对称密钥的管理包括：密钥的生产、存储、分发和更新等环节，必须保证对称密钥生产随机，存储安全，分发便捷，更新廉价。２．１采用先进的对称密钥管理方法（１）　密钥“种子”的建立由随机数产生，采用现有的随机数产品发生器或软件系统中的伪随机数生成函数产生用户的密钥“种子”，来保证随机生产密钥。（２）密钥“种子”的安全存储，将客户端的用户密钥“种子”存放在带有ＣＰＵ芯片的密码钥匙中，将全体用户的密钥 “种子”以密文的形式存放在网络认证服务器端的硬盘存储区，来保证安全存储密钥“种子”——即密钥的集合。（３）密钥“种子”集中生成，分散存放的模式，有利于对密钥的控制和管理，既安全也节约资源，并通过分发密码钥匙硬件设备来保证便捷分发密钥。（４）对称密钥组合生成，通过密钥生成算法从密钥“种子”中组合生成密钥，即不需要人工干预由算法自动生成，来保证更新密钥无成本。２．２密钥和认证口令一次一变保证认证协议安全可靠对称密钥不变化也能进行用户身份或通信设备之间的认证，若只保证拟被加密的随机数一次一变，而对称密钥不变是很危险的，因为，这就给破译者提供了已知对称加密算法，密钥不变，而明文每次都变的条件，该条件为破译者分析该密码系统是十分有利的，也降低了系统的安全性能。通过密钥生成算法来组合生成密钥，达到一次一变，使得每次加密随机数产生的认证口令一次一变，从而，保证身份认证过程安全可靠。２．３能管理的用户规模不受限制管理超大规模用户的认证技术，才是成熟实用的技术，作者简介：胡祥义（１９５５－），男，北京科技情报研究所副研究员。李岩（１９７５－），男，北京丰台区人民政府信息中心，研究方向：计算机网络与信息安全等。