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1、第二章 电子商务加密技术,问题： 什么是电子商务安全，安全的措施有哪些？,信息安全措施 信息安全措施法律措施，教育措施，管理措施，技术措施， 注意：决不能低估法律、教育、管理的作用，许多时候它们的作用大于技术。,信息安全的技术措施 信息安全技术措施硬件系统安全、操作系统安全、密码技术、通信安全、网络安全、数据库安全、病毒防治技术，防电磁辐射技术，信息隐藏技术，数字资源保护技术，电子对抗技术，。 注意：硬件结构的安全和操作系统安全是基础，密码、网络安全等是关键技术。,信息安全的管理措施 信息安全管理措施既包括信息设备、机房的安全管理，又包括对人的安全管理，其中对人的管理是最主要的。 目前，计算机
2、网络系统安全的最大威胁之一是缺少有效的计算机网络安全监管。 信息安全的法律措施 信息安全措施包括各级政府关于信息安全的各种法律、法规。 商用密码管理条例； 计算机安全管理条例； 因特网安全管理条例等。,信息安全的教育措施 对人的思想品德教育、安全意识教育、安全法律法规的教育等。 国内外的计算机犯罪事件都是人的思想品德出问题造成的。 信息安全是一个系统工程必须综合采取各种措施才能奏效。,4、计算机系统的安全服务功能： 身份认证服务， 访问控制服务， 数据加密服务， 数据完整性服务， 不可否认服务， 安全审计。,密码学的起源和发展,三个阶段： 1949年之前 密码学是一门艺术 19491975年
3、密码学成为科学 1976年以后 密码学的新方向公钥密码学, 1949年之前: 古典密码（classical cryptography) 密码学还不是科学,而是艺术 出现一些密码算法和加密设备 密码算法的基本手段(substitution & permutation)出现，针对的是字符 简单的密码分析手段出现, 隐写术(steganography): 通过隐藏消息的存在来保护消息. a. 隐形墨水 b. 字符格式的变化 c. 图象图像, (象形文字的修改)Modified Hieroglyphics,c. 1900 B.C. 密码学的第一个例子是对标准书写符号的修改 例如:古埃及法老坟墓上的文字
4、 思想:代替(substitution) 古埃及的原始密码（左方是密文，右方是相应的明文）,Phaistos圆盘古典密码Phaistos圆盘，一种直径约为160mm的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元前17世纪。表面有明显字间空格的字母，至今还没有破解。,20世纪早期密码机,Kryha密码机大约在1926年由Alexander vo Kryha发明。这是一个多表加密设备，密钥长度为442，周期固定。一个由数量不等的齿的轮子引导密文轮不规则运动。,哈格林（Hagelin）密码机C-36，由Aktiebolaget Cryptoeknid Stockholm于1936年制造密钥周期长度为3
5、,900,255。,M-209是哈格林对C-36改进后的产品，由Smith-Corna负责为美国陆军生产。它的密码周期达到了101,105,950。,转轮密码机ENIGMA，由Arthur Scherbius于1919年发明，面板前有灯泡和插接板；4轮ENIGMA在1944年装备德国海军，似的英国从1942年2月到12月都没能解读德国潜艇的信号。,英国的TYPEX打字密码机，是德国3轮ENIGMA的改进型密码机。它在英国通信中使用广泛，且在破译密钥后帮助破解德国信号。,在线密码电传机Lorenz SZ 42，大约在1943年由Lorenz A.G制造。英国人称其为“tunny”，用于德国战略级
6、陆军司令部。SZ 40/SZ 42加密因为德国人的加密错误而被英国人破解，此后英国人一直使用电子COLOSSUS机器解读德国信号。,计算机使得基于复杂计算的密码成为可能 相关技术的发展 1949年Shannon的“The Communication Theory of Secret Systems” 1967年David Kahn的The Codebreakers 1971-73年IBM Watson实验室的Horst Feistel等几篇技术报告 Smith,J.L.,The Design of Lucifer, A Cryptographic Device for Data Communi
7、cation, 1971 Smith,J.L.,An ExprementalApplication of Cryptogrphyto a remotely Accessed Data System, Aug.1972 Feistel,H.,Cryptographyand Computer Privacy, May 1973 主要特点：数据的安全基于密钥而不是算法的保密,第2阶段 19491975,1976年：Diffie & Hellman 的 “New Directions in Cryptography” 提出了不对称密钥密 1977年Rivest,Shamir & Adleman 提出了
8、RSA公钥算法 90年代逐步出现椭圆曲线等其他公钥算法 主要特点：公钥密码使得发送端和接收端无密钥传输的保密通信成为可能,第3阶段 1976,1977年DES正式成为标准 80年代出现“过渡性”的“Post DES”算法,如IDEA,RCx,CAST等 90年代对称密钥密码进一步成熟 Rijndael,RC6, MARS, Twofish,Serpent等对称算法出现 2001年Rijndael成为DES的替代者,第3阶段 1976,为什么需要密码,信息的存储:在公开的地方 信息的交换:使用非隐秘介质 信息的传输:通过不安全信道,密码基本概念,密码学(Cryptology): 是研究信息系统安
9、全保密的科学. 密码编码学(Cryptography): 主要研究对信息进行编码,实现对信息的隐蔽. 密码分析学(Cryptanalytics):主要研究加密消息的破译或消息的伪造.,原始可理解的消息或数据被称为明文(Plaintext)。用某种方法伪装消息以隐藏它的内容的过程称为加密(Encrtption)，消息被加密后得到的信息称之为密文(Ciphertext)，而把密文转变为明文的过程称为解密(Decryption)。 对明文进行加密操作的人员称作加密员或密码员(Cryptographer). 密码算法(Cryptography Algorithm):是用于加密和解密的数学函数。 密码员
10、对明文进行加密操作时所采用的一组规则称作加密算法(Encryption Algorithm). 所传送信息的预定对象称为接收者(Receiver). 接收者对密文解密所采用的一组规则称为解密算法(Decryption Algorithm)., 加密和解密算法的操作通常都是在一组密钥的 控制下进行的,分别称为加密密钥(Encryption Key) 和解密密钥(Decryption Key).,常规加密简化模型,加密通信的模型,密码学的目的：Alice和Bob两个人在不安全的信道上进行通信，而破译者Oscar不能理解他们通信的内容。,按保密程度划分（保密内容） 按密钥方式划分 基于密钥的算法，按
11、照密钥的特点分类： 按编制原理划分（明文处理的方式）,密码分类 P13,受限制的（restricted)算法 算法的保密性基于保持算法的秘密 基于密钥（key-based)的算法 算法的保密性基于对密钥的保密,对称密码算法（symmetric cipher) 加密密钥和解密密钥相同，或实质上等同，即从一个易于推出另一个 又称秘密密钥算法或单密钥算法 非对称密钥算法（asymmetric cipher) 加密密钥和解密密钥不相同，从一个很难推出另一个 又称公开密钥算法（public-key cipher) 公开密钥算法用一个密钥进行加密, 而用另一个进行解密 其中的加密密钥可以公开,又称公开密钥
12、（public key)，简称公钥。解密密钥必须保密,又称私人密钥（private key)私钥，简称私钥,基于密钥的算法，按照密钥的特点分类：,分组密码（block cipher) 将明文分成固定长度的组，用同一密钥和算法对每一块加密，输出也是固定长度的密文。 流密码（stream cipher) 又称序列密码。序列密码每次加密一位或一字节的明文。,（按编制原理）明文处理方式,密码系统的设计原则 P13,Kerckhoffs原则, 1883年Kerchoffs第一次明确提出了编码的原则：加密算法应建立在算法的公开不影响明文和密钥的安全的基础上。 这一原则已得到普遍承认，成为判定密码强度的衡量
13、标准，实际上也成为古典密码和现代密码的分界线。,替代 移位（置换） 加法,经典加密技术,基于字符的密码, 代替密码（substitution cipher)：就是明文中的 每一个字符被替换成密文中的另一个字符。接收者对密文做反向替换就可以恢复出明文。 （代替规则、密文所用字符、明文中被代替的基本单位） 置换密码(permutation cipher)，又称换位密码 （transposition cipher)：明文的字母保持相同，但顺序被打乱了。,凯撒密表 公元前54年，古罗马长官凯撒 明文字母abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 密文字母DEFGHIJKLMNOPQRSTUV
14、WXYZABC 有一个拉丁文句子 Omnia Gallia est divisa in Partes tres RPQLD JDOOLD HVW GLYLVD LQ SDUWHV WUHV 把明文的拉丁字母逐个代之以相应的希腊字母,恺撒密码,破译以下密文：,wuhdwb lpsrvvleoh,TREATY IMPOSSIBLE,Ci=E(Pi)=Pi+3,加密算法：,字母表：(密码本） ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ defghijklmnopqrstuvwxyzabc,明文（Plaintext）：消息的初始形式； 密文（CypherText）：加密后的形式 记： 明文记
15、为P且P为字符序列， P=P1,P2,Pn 密文记为C, C1,C2,Cn 明文和密文之间的变换记为 C=E(P)及P=D(C) 其中 C表示密文，E为加密算法；P为明文，D为解密算法 我们要求密码系统满足：P=D(E(P),需要密钥的加密算法，记为：C=E(K,P),即密文消息同时依赖于初始明文和密钥的值。实际上，E是一组加密算法，而密钥则用于选择其中特定的一个算法。 加密与解密的密钥相同，即：P=D(K,E(K,P) 加密与解密的密钥不同，则：P=D(KD,E(KE,P),恺撒密码的特点,单字母密码（简单替换技术） 简单，便于记忆 缺点：结构过于简单，密码分析员只使用很少的信息就可预言加密
16、的整个结构,恺撒密码的改进,已知加密与解密算法 C=E(p)=(p+k)mod(26) p=D(C)=(C-k)mod(26) 25个可能的密钥k，适用Brute-Force Cryptanalysis 暴力攻击法(brute-force attack); 密码破解法(cryptanalysis) 明文的语言是已知的且易于识别,恺撒密码的改进：其它单字母替换,使用密钥 key ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ keyabcdfghijlmnopqrstuvwxz spectacular ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ spectaulrbdfghijk
17、mnoqvwxyz 泄露给破译者的信息更少,1.替换加密 (1)单字母加密法 单表置换密码，密钥Key是BEIJINGTSINGHUA,明文“important”，密文“HDLKOQBFQ”,密钥短语密码, 以西文单词为密钥的换字表 例如：取atmosphere为密钥，首先找出其中发生重 复的字母，去掉重复字母e，成为atmospher. 其次，字母一共10个，从第11个字母开始，用 atmosphere按顺序进行代替配置。 然后把其余17个字母按自然顺序接在后面。 以atmosphere为密钥的换字表 明文字母abcdefghijklmnopqrstuvwxyz 密文字母KLNQUVWXYZ
18、ATMOSPHERBCDFGIJ,对称密码分析的两个基本方法, 穷举法(Exhaustive Attack method),又称为强力法 (Brute-force method). 完全试凑法(complete trial-and error method) 这是对截获的密文依次用各种可能的密钥破译. 对所有可能的明文加密直到与截获的密文一致为止. 分析法 系统分析法（统计分析法）:利用明文的统计规律 确定性分析法,密码破译, 密码设计是利用数学来构造密码 密码分析除了依靠数学、工程背景、语言学知识外， 还要靠经验、统计、测试、眼力、直觉判断力 有时还要靠点运气 密码破译的原则: 遵循观察与经
19、验 方法:采用归纳与演绎 步骤:分析、假设、推测和证实,多表代替密码, 多表代替密码 维吉尼亚（Vigenere)密码 滚动密钥(running-key)密码 弗纳姆(Vernam)密码 转子机(rotor machine),Vigenre cipher (1858),例子：q=26, x=polyalphabeticcipher, K=RADIO 明文x=p o l y a l p ha b e t i c c i p h e r 密钥k=RAD I ORADI ORADI ORADIO 密文y=GOOGOCPKTP NTLKQZPKMF 是一种多表移位代替密码，以明文字母在Vigenre方
20、阵中所代表的列，与对应的密钥字母在Vigenre方阵中所代表的行的交点处的字母替换该明文字母。,明文,密钥,多字母替换密码,Vigenre cipher-破译, 依然保留了字符频率某些统计信息 分析的第一步是确定密钥字的长度d，确定d的 方法最常用的有两种 - Kasiski测试法 1863年，普鲁士军官Kasiski提出的一种： - 重码分析法 - 重合指数法（index of coincidence),英语的统计规律 每个单字母出现的频率稳定。 最高频率字母 E 次高频率字母 T A O I N S H R 中高频率字母 D L 低频率字母 C U M W F G Y P B 最低频率字母
21、 V K J X Q Z,英语的统计规律 频率最高的双字母组： TH HE IN ER AN RE ED ON ES ST EN AT TO NT HA ND OU EA NG AS OR TI IS ET IT AR TE SE HI OF,英语的统计规律 频率最高的三字母组： THE ING AND HER ERE ENT THA WAS ETH FOR DHT HAT SHE ION HIS ERS VER 其中THE的频率是ING的3倍！,英语的统计规律 英文单词以E，S，D，T为结尾的超过一半。 英文单词以T，A，S，W为起始字母的约占一半。 还有其它统计规律！ 教科书上有一个完整的
22、统计分析例子。,Kasiski测试法, 重码分析法：间距是密钥长度整数倍的相同子串有相同密 文，反过来，密文中两个相同的子串对应的密文相同的可 能性很大 偶然重复和真重复 - 他们之间的距离的因数可能就是密钥长度。 Kasiski实验： 对一份用周期性多表密码加密的密文，确定其中所有的 重复出现的字母串，计算他们之间的距离，并对这些距 离进行因子分解，出现频率较高的因子很可能是密钥的 长度。, 多名或同音代替密码 多表代替密码 多字母代替密码 Playfair密码 Hill密码,多字母代替密码-Playfair, Playfair:将明文中的双字母组合作为一个单元对待，并将这些单元转换为密文的
23、双字母组合。 55变换矩阵: I与J视为同一字符 C I P H E R A B D F G K L M N(cipher) O Q S T U V W X Y Z,Playfair举例:computer,Playfair密码分析, Playfair有26X26=676种字母对组合 字符出现几率一定程度上被均匀化 基于字母频率的攻击比较困难 依然保留了相当的结构信息,1、置换密码 把明文中的字母重新排列，字母本身不变，但其位置改变了，这样编成的密码称为置换密码。 最简单的置换密码是把明文中的字母顺序倒过来，然后截成固定长度的字母组作为密文。 明文：明晨5点发动反攻。 MING CHEN WU
24、DIAN FA DONG FAN GONG 密文：GNOGN AFGNO DAFNA IDUWN EHCGN IM,置换,例如： 明文：MING CHEN WU DIAN FA DONG FAN GONG 矩阵：MINGCH 选出顺序：按列 ENWUDI ANFADO 改变矩阵大小和取出序列 NGFANG 可得到不同的密码 ONG 密文：MEANO INNGN NWFFG GUAA CDDN HIOG,把明文按某一顺序排成一个矩阵， 然后按另一顺序选出矩阵中的字母以形成密文，最后截成固定长度的字母组作为密文。,换位密码, 换位密码把明文按行写入,按列读出 密钥包含3方面信息: 行宽,列高,读出
25、顺序 key: 4 3 1 2 5 6 7 dcabefg plaintext: a t t a c k p o s t p o n e d u n t i l t w o a m x y z ciphertext:TTNAAPTMTSUOAODWCOIXPETZ 完全保留字符的统计信息 使用多轮加密可提高安全性 a t t a c k p o s t p o n e d u n t i l t w o a m x y z,多次置换, 多次置换，减少结构性排列，不易于重构。 key: 4 3 1 2 5 6 7 plaintext: t t n a a p t m t s u o a o d
26、w c o I x k n l y p e t z ciphertext:NSCYAUOPTTWLTMDNAOIEPAXTTOKZ,列换位密码,古典密码小结, 古典密码 代替密码 简单代替密码（单字母密码） 单表代替密码 移位（shift ）密码 密钥短语（Key Word)密码 任意的单表代替密码算法 单表代替密码分析 多表代替密码 维吉尼亚（Vigenere)密码 弗纳姆(Vernam)密码 转子机(rotor machine) 多字母密码：Hill、Playfair密码 置换密码,密码分析,试图破译单条消息 试图识别加密的消息格式，以便借助直接的解密算法破译后续的消息 试图找到加密算法中的普遍缺陷（无须截取任何消息）,课堂练习：,若明文为 student，密钥为BEIJING，利用凯撒密码加密方法，则对应的密文是？,