3.1、密码学概况
3.1.1、密码学发展：
- 是一门研究信息安全保护的学科，以实现信息的保密性、完整性、可用性、抗抵赖性。
- 组成：密码编码、密码分析
- 发展历史
| 传统密码学（换位、置换） |
| 1949年、香浓发表《保密系统通信理论》提出交替使用换位和置换抵御统计分析，增加混乱（Confusion）、扩散（Diffusion） |
| 20世纪70年代，Diffie-Hellman算法、RSA算法、美国政府颁布数据加密标准（DES） |
| 现代密码学诞生 |
| 1984年、Shamir提出基于身份的公钥密码思想，简化了证书管理 |
| 未来：后量子时代密码（Post-Quantum Cryptography） |
3.1.2、密码安全分析：
- 唯密文攻击（ciphertext-only attack）：只知道密文。
- 已知明文攻击（known-plaintext attack）：知道当前密钥下的一些明文及对应的密文。
- 选择明文攻击（chosen-plaintext attack）：能得到当前密钥下自己选定的明文对应的密文。
- 密文验证攻击（ciphertext verification attack）：能过验证任何选定密文是否合法。
- 选择密文攻击（chosen-ciphertext attack）：能得到任何选定密文对应的明文。
3.2、密码体制分类
3.2.1、私有密码体制：
特点：一个密钥
优点：加解密简单，
缺点：密钥分配问题、密钥管理问题、无法认证源
典型算法：DES、IDEA、AES等
3.2.2、公钥密码体制：
1976年，W.Diffie和M.E.Hellman 发表《密码学新方向》提出公钥密码体制思想。
特点：双密钥、用公钥推私钥在计算上不可行
优点：密钥分配方、密钥保管量少、支持数字签名
3.2.3、混合密码体制：
原理：用私钥密码体制加密明文消息，公钥密码体制加密对称密钥。
?3.3、常见密码算法
3.3.1、DESA（Date Encryption Standard）数据加密标准，由IBM公司研制，是一个分组加密算法。
明文分组快长：64比特? ? ? ? 密钥长度：64比特（有效位=56，8比特校验码）
?三重DES（Triple Date Encryption Algorithm，TDEA）:使用DES对明文进行 加密--->解密--->加密 操作? ? ? ?
加密：?
解密：?
密钥长度：三个密钥=168比特（有效位），入口只要两个密钥则为112比特
?3.3.2、IDEA（International Date Encryption Algorithm）:
? ? ? ? 明文分组块长：64比特? ? ? ? 密钥长度：128比特
? ? ? ? 设计思想：混合使用来自不同代数群中的运算
3.3.3、AES（Advsnced Encryption Standard）
1997年美国国家标准技术研究所（NIST）发起征集AES算法活动。
候选算法要求：
- 密码没有密级、不能像商业密码保护。
- 算法公开。
- 密码在世界范围内免费使用。
- 密码系统支持至少128比特长的分组。
- 密码支持的密钥长度至少为128、192、256比特。
NIST选择Rijndeal作为AES
3.3.4、RSA
非对称算法：利用大整数因子分解困难问题。
步骤：
- 生成两个大素数p、q（保密）。
- 计算 n=p+q
- 计算欧兰函数?
- 选取一个随机数e,满足
?并且
- 计算?
- 保密d、p、q，公开n、e，私钥{d，n}，公钥{e，n}
?3.3.5、国产密码算法
| 算法名称 | 算法特性描述 | 备注 |
| SM1 | 对称加密，分组长度和密钥长度都为128比特 | |
| SM2 | 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 | 杂凑算法、杂凑值长度位256比特 | |
| SM4 | 对称加密，分组长度和密钥长度都为128比特 | |
| SM9 | 标识密码算法 |
3.4、Hash函数与数字签名
3.4.1、Hash函数：
h(M)=C
要求：
- h的输入可用是任意长度的消息或文件。
- h输出的长度固定。
- 给定h和M计算h(M)是容易的。
- 给定h的描述，找两个不同消息M1、M2，使得h(M1)=h(M2)在计算上是不可行的。
3.4.2、Hash算法：
MD5：n*512---->128，已被我国王小云研究团队破解。
SHA：n*512---->160。
SM3国产算法：n*512---->256。
3.4.3、数字签名：
要求：
- 非否认性
- 真实性
- 可鉴别性
过程：
?3.5、密码管理与数字证书
3.5.1、密码管理：
- 密钥管理：密钥生成、密钥存储、密钥分发、密钥使用、密钥更新、密钥撤销、密钥备份、密钥恢复、密钥销毁、密钥审计。
- 密码管理政策
- 密码测评：商用密码检测中心。
3.5.2、数字证书：
由证书认证机构（CA）签名的包含公开密钥拥有者身份信息、公开密钥、签发者信息、有效期、扩展信息的一种数据结构。
?分类：签名证书、加密证书
3.6、安全协议
3.6.1、Diffile-Hellman密钥交换协议：
原理：基于求解离散对数问题的困难性。
原根：
设a为整数、m为正整数。
a模m的阶：满足?? 的k的个数称为a模m的阶。
若a模m的阶等于φ(m)
则称a为模m的一个原根。
步骤：
- Alice和Bob确定一个合适的素数p和整数a，且a是p的原根（a、p可用公开）。
- Alice密码选取一个整数
，计算?
，发送
给Bob。
- Bob密码选取一个整数
，计算?
，发送
给Alice。
- Alice和Bob通过计算得到密钥K.
Alice：
Bob：
3.6.2、SSH:
SSH（Secure Shell）,安全外壳，基于公钥的安全应用协议。端口号默认22。
组成：
- SSH传输层协议：提供算法协商和密钥交换，并实现服务器认证，形成加密的安全连接，该连接提供完整性、保密性、压缩选项服务
- SSH用户认证协议：利用传输层的服务来建立连接，使用口令认证、公钥认证、主机认证等认证用户。
- SSH连接协议：利用上两个协议建立的认证连接，将其分解为多种不同的并发逻辑通道，支持会话隧道和TCP转发，且能为这些通道提供流控服务、通道参数协商机制。
工作机制：
?认证服务器公钥真实性：
- 用户直接随身携带含服务器公钥的拷贝，在进行密钥交换协议前，读入客户计算机。
- 从公开信道上下载服务器公钥和它对应的指纹，先验证指纹真实性，在提取公钥指纹做对比。
- 通过KPI技术验证服务器。
3.7、密码学网络安全应用
3.7.1、密码技术常见应用场景：
- 网络用户安全
- 物理和环境安全
- 网络和通信安全
- 设备和计算机安全
- 应用和数据安全
- 业务应用创新：构建网络发票、构建区块链、建立电子证件。
3.7.2、路由器安全应用参考
3.7.3、Web网站安全应用参考、
3.7.4、电子邮件安全应用参考
详细见《信息安全工程师教程》第二版61页。