密码学基础-清华大学讲稿

### 密码学基础知识点概览 #### 一、密码学概述 **密码学**是研究信息系统安全保密的科学，其目标是确保信息在传输过程中的安全性，防止未经授权的访问和篡改。根据不同的功能需求，密码学可以分为**密码编码学**和**密码分析学**两个分支。 - **密码编码学**：主要关注如何对信息进行编码以隐藏其内容，确保只有合法的接收者能够读取。 - **密码分析学**：侧重于研究如何破解加密信息或者伪造消息，这对于提高密码系统的安全性至关重要。 #### 二、基本概念及术语 - **明文**（Plaintext）：原始的未经过加密的信息。 - **密文**（Ciphertext）：经过加密处理后的信息。 - **加密算法**（Encryption Algorithm）：用于将明文转换成密文的数学函数。 - **解密算法**（Decryption Algorithm）：用于将密文还原为明文的数学函数。 - **密钥**（Key）：用于加密和解密过程的关键信息，是实现加密和解密的核心。 - **加密密钥**（Encryption Key）：用于加密过程的密钥。 - **解密密钥**（Decryption Key）：用于解密过程的密钥。 #### 三、加密与解密过程 加密和解密操作通常是在一组密钥的控制下完成的。具体来说： 1. **加密过程**：发送方使用加密算法和加密密钥将明文转换为密文。 2. **解密过程**：接收方使用解密算法和解密密钥将密文还原为明文。 #### 四、密码体制模型 密码体制模型描述了加密通信的基本架构，主要包括以下几个要素： - **明文空间**（P）：所有可能的明文集合。 - **密文空间**（C）：所有可能的密文集合。 - **密钥空间**（K）：所有可能的密钥集合。 - **加密算法**（E）：加密过程中使用的算法集合。 - **解密算法**（D）：解密过程中使用的算法集合。 #### 五、密码算法分类 基于密钥特性的不同，密码算法可以分为以下两类： - **对称密码算法**（Symmetric Cipher）：加密密钥和解密密钥相同或实质等同，常见的对称密码算法包括DES、IDEA、RC6和Rijndael等。 - **分组密码**（Block Cipher）：将明文分割成固定长度的块进行加密，适合大多数网络加密应用。 - **流密码**（Stream Cipher）：逐位或逐字节地加密数据。 - **非对称密码算法**（Asymmetric Cipher）：加密密钥和解密密钥不相同，加密密钥可以公开，解密密钥必须保密。典型的非对称密码算法有RSA等。 #### 六、密码学的历史与发展 密码学的发展经历了三个主要阶段： 1. **1949年之前**：密码学被视为一门艺术，主要用于军事和外交领域。 2. **1949～1975年**：密码学逐渐成为一门科学，开始运用数学和计算机技术进行系统性研究。 3. **1976年以后**：随着公钥密码学的出现，密码学迎来了新的发展方向，极大地推动了网络安全技术的进步。 #### 七、古典密码学 古典密码学包括多种简单且直观的加密方法，如： - **代替密码**（Substitution Cipher）：将明文中每个字符替换为另一个字符。 - **置换密码**（Transposition Cipher）：重新排列明文中字符的位置。 - **移位密码**（Shift Cipher）：例如凯撒密码，通过固定的位数移动字母来加密。 - **仿射密码**（Affine Cipher）：利用线性变换加密字符。 古典密码学虽然简单，但容易被破解，现代密码学在其基础上进行了大量的改进和发展，以适应更为复杂的安全需求。