密码学的基本概念


对于对手而言

攻击目的:

  完全破译:破译使用者的秘钥

  部分破译:恢复某些密文对应的明文

 

攻击种类:

  被动攻击:

    唯密文攻击:密码分析者有一个或更多的用同一个密钥加密的密文,通过对这些截获的密文进行分析得出明文或密钥。

    已知明文攻击:除待解的密文外,密码分析者有一些明文和用同一个密钥加密这些明文所对应的密文。

    选择明文攻击:密码分析者可得到所需要的任何明文所对应的密文,这些密文与待解的密文是用同一个密钥加密得来的。

    选择密文攻击:密码分析者可得到所需要的任何密文所对应的明文,解密这些密文所使用的密钥与解密待解的密文的密钥一样。

  主动攻击:

    自适应选择明文攻:密码分析者可得到所雷要的任何明文所对应的密文,这些密文与待解的密文是用同密钥加密得来的,明文可以在看到加密机的返回结果后随时选取。

    自适应选择密文攻击:密码分析者可得到所需要的任何密文所对应的明文,解密这些密文所使用的密钥与解密待解的密文的密钥是一样的.密文可以在看到解密机的返回结果后随时选取。

 

攻击手段:

  穷举法:当分组长度n较小时,攻击者可以有效地穷举明文空间,得到密钥。

  差分分析

  线性分析

  相关密钥  

  侧信道攻击

   ...

 

攻击方法:

  被动攻击(窃听):获取但不改变传输的信息

  主动攻击:不仅窃听,而且还改变传输的信息,目的是实现伪造和欺骗

 

对抗方法

  被动攻击——加密技术 (要保证信息的机密性)

  主动攻击——认证技术 (要实现信息的真实性认证)我们要认证:发方的真伪 收方的真伪 内容的真伪 时间的真伪

  对抗抵赖的技术(双方互不信赖)       (实现信息的不可抵赖性)

 

密码学的基本目标就是解决信息安全的三个基本安全需求,即:

  (1)信息的机密性保证——靠加密算法

  (2)信息的真实性认证——靠认证算法和配套协议

  (3)承诺的不可否认性保证——由数字签名算法、配套的协议和仲裁机构完成

 

我们要求密码算法:一切的秘密蕴于密钥之中

 

基本編码技术的分类

  (1)代替密码

    利用预先设计的代替规则,对明文逐字符或逐字符组进行代替的密码  (因为规则已定,因而与密钥和被加密的明文字符的序号无关。)

    分为单表代替和多表代替两种

    单表代替的优点:明文的形态会变化很大

    单表代替的缺点:1)明文相同时,密文字符也相同 2)明文的位置不变      (密文的出现次数等于明文的出现次数,明文的跟随关系也出现在密文中——容易被统计出现次数的规律)

 

多表代替可以克服:单表代替的缺点(只要两个明文字符组相同,则对应的密文宇符组一定相同)

多表代替密码:根据密钥的指示,来选择加密时使用的单表的方法。(此时,K不是常数了,而是秘钥)——如果密钥序列是随机(随机——信号相互独立且等概分布)的该密码称为一次一密体制,它就是绝对安全的,不可破译。

一次一密的密码体制的缺点:

密钥序列是随机序列意味着(1)密钥序列不能周期重复;(2)密钥序列必须与明文序列等长(3)这些密钥序列必须在脱密前分配完毕.4)大量通信时不实用(5)分配密钥和存储密钥时安全隐患大。

解决方案:密钥序列由少量真随机的数按固定的算法生成,只要它很像(意味着我们求不出来它不像随机的地方)随机序列即可这种序列称为伪随机序列

 

  (2)移位密码

    对各字符或宇符组进行位置移动的密码

    优点:明文字符的位置发生变化

    缺点:明文字符的形态没有改变

    交替使用代替和移位形成的密码算法(综合两者的优点)形式:代替->移位->代替->移位·····

 

  (3)加减密码

    将明文逐字符或逐宇符组与乱数相加或相减的密码

    例如:双减密码 仿射密码

    交替使用代替密码和仿射密码形成的密码算法  形式:逐块代替->仿射变换->逐块代替->仿射变换·····

 

小结:

1)密码学的基本目标是解决信息的机密性保证、真实性认证和承诺的不可否认性这三个基本的安全需求;

2)对敌手破译能力的假设是知道除密钥外的一切信息;

3)密码学有密码编码、密码分析和密钥管理三个分支;

4)加密算法应能对抗所有可能的攻击方法;

5)对密码算法最基本的攻击方法是穷举密钥攻击;

6)代替、移位和加减是密码算法最基本的编码技术;

7)理论上不可破译的密码算法是存在的一次一密;

8)序列密码脱胎于一次一密;

9)利用弱的密码变换可搭配成强度很高的加密算法;

10)代替密码与移位密码结合、代替密码与加减密码结合都可以形成强度很高的加密算法,这是分组密码的基本模型。


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