密码学基本理论

布满荆棘的人生 2024-03-23 17:09 67阅读 0赞

### 概念 ###

密码学是一门研究信息安全保护的科学，以实现信息的保密性、完整性、可用性以及抗抵赖性。  
密码学分为密码编码和密码分析两部分。

*  密码编码，研究信息的变换处理以实现信息保护
 *  密码分析研究通过密文获取对应明文的技术。

早期的密码主要用于军事和外交通信。  
传统密码学技术为换位和置换，1949年香农《保密系统的通信理论》提出交替使用换位和置换，增加混乱扩散的密码技术方法。

**2005年4月1日 《中华人民共和国电子签名法》**  
**2019年 《中华人民共和国密码法》**  
**1999年《商用密码管理条例》**

### 密码安全性分析 ###

唯密文攻击：只拥有一个或多个用同一密钥加密的密文  
已知明文攻击：已知当前密钥下的明文和对应密文  
选择明文攻击：已知当前密钥自己选定的明文对应的密文  
密文验证攻击：可知任何选定的密文“是否合法”的判断  
选择密文攻击：任何选定的密文对应的明文

### 密码体制 ###

*  私钥密码体制

对称密码体制，加解密使用同一密钥。网络n个密码使用者，密钥数量为n\*(n-1)/2.  
优点：速度快，简单  
缺点：密钥数量多，传递不安全。  
典型算法：DES、IDEA、AES

*  公钥密码体制

1976年，W.Diffie、M.E.Hellman《密码学的新方向》提出公钥密码体制。又称非对称密码体制。  
加解密使用不同密钥，加密密钥可以公开，解密密码保管即可。  
典型：RSA体制、ELGamal体制、椭圆曲线密码体制

### 常见密码算法介绍 ###

DES:  
数据加密标准，IBM公司研制，分组密码算法，支持64比特的明文块加密，密钥长度为56比特。三重DES,TDEA诞生，采用“加密-解密-加密”操作。  
加密过程：I ->DES Ek1-> DES Dk2->DES Ek3 ->O  
解密过程：I ->DES Dk3->DES Ek2->DES Dk3->O

IDEA:  
国际数据加密算法，分组加密算法，明文和密文都是64比特，密钥长度为128比特。

AES:  
分组密码算法，128比特密码，密钥128、192、256比特。

RSA：  
非对称密码算法，1977年3个人一起公开发布。公钥和私钥都可以用于加密，加密密钥和解密密钥相反。  
计算过程：略

国产加密算法:

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>算法名称</th> 
   <th>算法特性</th> 
   <th>备注</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>SM1</td> 
   <td>对称加密，分组长度和密钥的长度都为128比特</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SM2</td> 
   <td>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</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SM3</td> 
   <td>杂凑算法，杂凑值长度为256比特</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SM4</td> 
   <td>对称加密算法，分组长度和密钥的长度都为128比特</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SM9</td> 
   <td>标识密码算法</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### Hash函数与Hash算法 ###

杂凑算法简称Hash函数，能够将任意长度的信息转换成固定长度的哈希值（数字摘要或消息摘要），并且任意不同消息或文件所生成的哈希值是不一样的。  
过程步骤：

1.  令h表示哈希函数,h的输入可以是任意长度的消息或文件**M**
2.  h的输出长度是固定的
3.  给定h和M，计算h(M)是容易的
4.  给定h的描述，找两个不同的消息M1,M2，使得h(M1)=h(m2)是计算上不可行的。

可以用于文件或者网页防篡改。

Hash算法：  
指有关产生哈希值或杂凑值得计算方法，hash算法又称杂凑算法、散列算法或数据摘要算法，其能够将一个任意长的比特串映射大奥一个固定长的比特串，常见的有MD5、SHA、SN3国产算法。

1.  MD5算法，Rivest,1992年公开，MD5以512位数据块为单位处理输入，产生128位的数据摘要。
2.  SHA算法，NIST开发，1993年，以512位处理数据输入，产生160位的哈希值，比MD5安全，版本以SHA-2、SHA-3
3.  SM3国产算法，2010年，国家密码管理局。分组512位比特，输出杂凑值长度为256比特。

### 数字签名 ###

有公钥和私钥，指签名者使用私钥对待签名的数据的杂凑值做密码运算得到结果，该结果只能用签名者的公钥进行验证，用于确认待签名数据的完整性、签名者身份真实性和签名行为的抗抵赖性。  
数字签名需要满足下面条件：

*  非否认
 *  真实性
 *  可鉴别性

本次对一些密码基础概念进行学习，加解密、密码体制、常见的密码算法还有hash函数与hash算法。

点点滴滴，积少成多，终有一日能发挥用处。

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