密码学课件.ppt

1、12普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著3普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著4普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 保密性只要求对变换DK（解密密钥）加以保密，只要不影响DK的保密，变换EK可以公布于众。 EK DKM C M5普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著EK DK M C M 真实性只要求变换E （加密密钥）保密，变换可公布于众。 6普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著7普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著8普通高等教育“十五”国家级规划教

2、材信息论与编码 曹雪虹等编著EB DB M C M保障保密性保障真实性 M C MDA EADA EBDB EA M C C C M保密性真实性9普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著12 ()()()kkkCE ME M E M1212()()()kkkCEMEm Em10普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著11普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著12普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著13普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著2(/)()(/)log(/)jijijjiH K

3、 Cp cp kcp kc 2(/)()(/)log(/)jijijjiH M Cp cp mcp mc14普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著15普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 因为 H(K/C)H(M/K,C) H(M/C)H(K/M,C)（M和K交换） H(M/C) （熵值H(K/M,C)总是大于等于零）H(M/C,K)0，上式得 H(K/C) H(M/C)即已知密文后，密钥的疑义度总是大于等于明文的疑义度。我们可以这样来理解，由于可能存在多种密钥把一个明文消息M加密成相同的密文消息C，即满足的K值不止一个。但用同一个密钥对不同明文加

4、密而得到相同的密文则较困难。()KCEM16普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著又因为 H(K) H(K/C) H(M/C)，则 上式说明，保密系统的密钥量越少，密钥熵H(K)就越小，其密文中含有的关于明文的信息量I(M;C)就越大。至于破译者能否有效地提取出来，则是另外的问题了。作为系统设计者，自然要选择有足够多的密钥量才行。 (; )()(/)()()I M CH MH M CH MH K17普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著18普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著19普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码

5、曹雪虹等编著 P盒 0 15 15 0 0 14 14 0 0 13 13 0 0 12 12 0输 0 11 11 0 输 0 10 10 0入 0 9 9 0 出 0 8 8 0数 0 7 7 0 数 0 6 6 0据 0 5 5 1 据 0 4 4 0 0 3 3 0 0 2 2 0 1 1 1 0输入第i位输出第j位151413121110987654321741210152111914638135换位盒(P盒) 20普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著S盒n=3 2n=8 2n=8 0 00 1 1 1 2 21 3 3 1 4 41 5 5 1 6 6 7

6、7输入输出000001010011100101110111101010100111000110011001替代盒（S盒） 21普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 0 P s P s P s P 0 0 1 0 0 0 0输 0 s s s 0 输 0 1入 0 1 出 0 s s s 1数 0 1 数 0 0据 0 s s s 0 据 0 0 0 1 0 s s s 1 1 0 P盒和S盒的结合使用 22普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著1 264Kk kk23普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 64 64 64 1

7、6 次 64 48 64 64 输入 初始置换 IP 密码运算 逆置换 输出 子密钥 密钥源 图 7-6 DES 算法 24普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 64 32 32 L0 R0 K1 f L1R0 R1L0 f(R0，K1) K2 f L2R1 R2L1 f(R1，K2) Kn f L15R14 R15L14 f(R14，K15) K16 f L16R15 R16L15 f(R15，K16) 64 图7-7 密码运算 25普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 Ri-1(32) 密钥(64) E 密钥表 48比特 Ki(48) S1

8、S2 S3 S8 P 32比特 图7-8 密码计算函数f(R，K) 26普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 密 钥 64 置 换 选 择 1 28 28 C0 D0 左 移 左 移 C1 D1 48 置 换 选 择 2 K1 左 移 左 移 Cn Dn 48 置 换 选 择 2 Kn 左 移 左 移 C16 D16 48 置 换 选 择 2 K16 密钥表计算27普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著28普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著29普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著30普通高等教育“十

9、五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著31普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著改进方法：密码块链接、密码反馈方式32普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 M1 M2 M3 M4 C1 C2 C3 C4 V # # # # 密钥 D D D D 解密箱 加密箱密钥 E E E E V # # # # 异或 C1 C2 C3 C4 M1 M2 M3 M4 (a) (b)33普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 64位移位寄存器 64位移位寄存器 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C2 C3 C4 C5 C6

10、 C7 C8 C9 64 8 密钥 E 加密箱 C10 密钥 E 加密箱 C10 选择最左字节 选择最左字节 8 M10 # C10 C10 # M10 8 (a) (b)密码反馈方式密码反馈方式34普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著35普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著36普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 F1 16 F2 16 K5 K6 G1 16 G2 1637普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著38普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 64比特明文xx1 x

11、2 x3 x4 K1 迭代1 K6w11 w12 w13 w14 K7 迭代2 K12 w21 w22 w23 w24w71 w72 w73 w74 K43 迭代8 K48 w81 w82 w83 w84 K49 输出变换 K52 y11 y12 y13 y14 密文IDEAIDEA算法框图算法框图39普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 128比特密钥K 子密钥生成器 16 K1 K52 x1 x2 x3 x4 K1 K3 K2 K4 乘加 单元 K5 K6 w11 w12 w13 w14 图7-15 w1 w2 w3 w4 K49 K51 K50 K52 图7-16

12、 IDEA的输出变换40普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著K(128比特) K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K15K16K9K10K11K12K13K14K15 K22K23K24K17K18K19K20K21K28K29K30K31K32K25K26K27K28K35K36K37K38K39K40K33K34 K41K42K43K44K45K46K47K48 K49K50K51K52 图7-17 IDEA的子密钥 41普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著42普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著43普通高

13、等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著44普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著45普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著46普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著47普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 公开加密密钥 秘密解密密钥 B(e，n) B(d，n) A(e，n) A(d，n)B发到A B M fA(e，n) C A A接收B A C fA(d，n) M A发到B A M fB(e，n) C BB接收A B C fB(d，n) M48普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码

14、 曹雪虹等编著 公开加密密钥 秘密解密密钥 B(e，n) B(d，n) A(e，n) A(d，n)B发到A B M fB(d，n) S fA(e，n) C AA收到B A C fA(d，n) S fB(e，n) M 49普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著50普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著51普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著(mod )eyxn(mod )dxyn52普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著npq( )(1)(1)npq()(mod ( )1edn53普通高等教育“十五”国家级

15、规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著54普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 (dA，nA) (eB，nB) (dB，nB) (eA，nA) Mi Si S Si Mi 55普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著23mod(02) (mod123)8388608(mod123)8AdiiASMn13mod8 (mod51)549755813888(mod51)26BeiBSSn56普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著5mod26 (mod51)11881376(mod51)8BdiBSSn7mod8 (mod123)20971

16、53(mod123)2AeiiAMSn57普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著58普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著59普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著60普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 添加1512比特 报文长度K mod 264 L512比特N32比特 K比特 报文 1000 512比特 512比特 512比特 512比特 Y0 Y1 Yq YL-1 512 512 512 512ABCD H MD5 H MD5 H MD5 HMD5 128 128 128 128 128比特 报文

17、摘要 采用MD5算法产生报文摘要 61普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 MDq 128 Yq 512 A B C D 32 ABCDfF (ABCD，Yq，T1.16) A B C D ABCDfG (ABCD，Yq，T17.32) A B C D ABCDfH (ABCD，Yq，T33.48) A B C D ABCDfI (ABCD，Yq，T49.64) MDq+1 128处理512比特块的算法HMD5 62普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著A B C D g 32 Xk Ti CLSs ABCLSsAg(BCD)XkTi 16次63普

18、通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著表7-12 基本函数的逻辑运算关系()()B CBD()()BDCDBCD()CBD轮轮基本函数基本函数gg(B,C,D)fFF(B,C,D)fGG(B,C,D)fHH(B,C,D)fII(B,C,D)64普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著表7-13 基本函数的真值表BCDFGHI0000111100110011010101010101001100100111011010011001110065普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著66普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹

19、等编著67普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著68普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 数据 数据节点密钥1密钥1密钥2密钥2节点节点明文69普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著7.6 通信网络中的加密通信网络中的加密节点加密 节点 节点 节点 加密数据 加密数据 数据 （密钥1） （密钥2） 数据 密钥1 密钥1 密钥2 密钥2（安全模块） （安全模块） （安全模块）数据 数据70普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著7.6 通信网络中的加密通信网络中的加密端对端加密 节点密钥1 节点 节点 密钥1

20、 数据数据71普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著72普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著73普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著74普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著75普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著76普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 A 2. X(ADP) BB 4. X(ADP) B 3. X(ADP) 1. KA(P) 5. KB(ADP)77普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著 A用户的计算机 传输线 B

21、用户的计算机 P A的私有 B的公开 B的私有 A的公开 P 密钥 DA 密钥 EB 密钥 DB 密钥 EA DA(P) EB(DA(P) DA(P) 78普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著79普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著80普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著81普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著82普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著83普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著84普通高等教育“十五”国家级规划教材信息论与编码 曹雪虹等编著