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【信息安全工程师备考笔记】第三章 密码学基本理论

news 来源：原创 2025/6/25 22:31:01

笔记内容整理自 https://www.bilibili.com/video/BV1X8411175t （B站 崔老夫子老师），老师讲解的非常好，推荐大家看原视频。

第三章 密码学基本理论

3.1 密码学概况

密码编码学：明文 —— > 密文
密码分析学：密文 —— > 明文

古典密码学

  • 凯撒密码：换位 和 置换
    明文 a b c …
    密钥 D E F…
    ab ——> DE

  • 1949年 香农 《保密系统的通信理论》 信息论创始人
    特点：信息安全基于密码，而不是算法保护

现代密码学

  1. DES 数据加密标准
  2. 公钥密码体制
    ✅ RSA算法 2002图灵奖
    ✅ 后量子时代密码

“ 没有密码学，就无法在数字时代生存 ”

密码学基本概念

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  • 明文 —— 加密算法 —— 密文 —— 解密算法 —— 明文

密码安全性分析

  • 唯密文攻击
  • 已知明文攻击
  • 选择明文攻击
  • 选择密文攻击
  • 密文验证攻击：保障密文是正确的

3.2 密码体制分类

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分类

私钥密码体制（对称密码体制）

  • 数据加密处理，加密解密用一把钥匙

  • 问题：
    （1）密钥分配问题：采用安全方式发送钥匙
    （2）密钥管理问题：密钥数量大
    （3）无法认证源：无法认证消息发送方

  • 算法：DES、 IDEA、 AES

公钥密码体制（非对称密码体制）
  • 加密解密不使用同一密钥
  • 算法：RSA、ELGamal 、椭圆曲线密码
  • 优点：
    （1）密钥分发方便
    （2）密钥保管量少
    （3）支持数字签名
混合密码体制

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小王和小美送礼物，小王送小美海洋之星，海洋之星装在保险柜中。
情侣柜：四把钥匙，海洋之星的钥匙放在情侣柜中。

3.3 常见密码算法

对称密码算法

  • DES算法 密钥长度56位，IBM公司发明，后成美国国家标准
  • RSA实验室发起破解DES密文挑战，70000多台计算机暴力破解成功，后又被一台价值25万美元的机器3天内破解
  • 三重DES：增强DES安全性 TDEA（3DES）
  • AES
  • IDEA：国际数据加密算法 密钥长度128位
  • RC2 改良的DES算法，密钥长度可变
  • RC4 流模式加密算法 用于http/WEP/WPA

非对称密码算法

  • RSA 公钥和私钥（存在数学关系）都可以用于加密消息

  • RSA的应用
    （1）SSH、SSL/TLS 依赖 RSA 进行加密和数字签名
    （2）浏览器中使用，建立安全连接
    （3）RSA签名验证是网络系统中的常见操作

  • RSA 算法基于大整数分解的复杂性

  • RSA 的计算题
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非对称加密的其他算法
  • 加密/解密
  • 数字签名
  • 密钥交换
底层数学原理

单向 ： 去容易，回来难

  • 大整数分解：质数q、q相乘得到大整数n容易，但是由n分解为2个质数难（耗时）。
  • 离散对数函数： b = g^a mod p 已知g，a和p，容易求b，已知b，g和p，无法求a
  • 椭圆加密算法
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其他非对称加密算法
  • Elgamal：离散对数难解
  • DSA算法：离散对数难解，美国NIST作为DSS（数字签名标准）
  • DH算法：密钥一致协议
  • ECC椭圆加密算法

国产密码算法

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  • 有哪些
  • 哪些是商用的 （2、3、4、9）

3.4 hash函数与数字签名

Hash函数

  • 杂凑函数：将任意长度的消息转换成固定长度的hash值 （杂凑 —— 把不规则变得规整）
  • 不同消息或文件所生成的hash值都不同
  • 保护消息或文件的完整性、密码信息的安全存储
  • 用于网页防篡改应用
  • Hash算法又称为：杂凑算法、散列算法、数据摘要算法等，指产生哈希值的计算方法
  • 常见的hash算法如下：
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为什么MD5和SHA-1不安全？
王小云教授，“密码女神”，2004年提出 Hash函数快速寻找碰撞攻击，先后破解了MD5和SHA-1。

数字签名

  • 签名者使用私钥对签名数据的杂凑值做密码运算 （私钥加密，公钥解密）
  • 验证算法公开，签名算法保密 （其他人验证，签名人掌握签名）
  • 原理：利用签名者的公钥验证，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。
  • 目的：通过网络信息安全技术手段实现传统纸面签字或盖章的功能
  • 特点：一可四不可，可信、不可伪造、不可重用、不可抵赖、不可修改
  1. 满足条件
    非否认：签名者不能否认自己的签名
    真实性：接收者能验证签名，其他人不能伪造签名
    可鉴别性：发生争执时，第三方能解决争执
  2. 典型算法
    RSA签名体制
    Rabin签名体制
    ElGamal签名体制
    DSS标准
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  3. 数字签名流程
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3.5 密码管理与数字证书

密码管理

  1. 密钥管理
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  • puttygen
  1. 密码测评
    指对相关密码产品和系统进行安全性、合规性评估，确保密码安全有效
  2. 密码管理政策
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  3. 我国密码分类 *
  • 核心密码：保护国家秘密信息，国家秘密
  • 普通密码：保护国家秘密信息，国家秘密
  • 商用密码：保护不属于国家秘密的信息，公民、法人和其他组织可依法使用

数字证书

  • 也称公钥证书，由证书认证机构（CA）签名的包含公开密钥拥有者信息、公开密钥、签发者信息、有效期以及扩展信息的一种数据结构。
  • PKI：公钥基础设施
  • CA：基于PKI技术建立的数字证书认证系统，提供数字证书的申请、审核、签发、查询、发布以及证书吊销等全生命周期的管理服务。
  • 分类
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  • 用户自行生成一对公钥、私钥对，将公钥发送给CA，CA确认用户身份后，使用自身私钥对用户身份信息和公钥信息加密（签名）后形成数字证书
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数字证书详解

  • 证书结构
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  • 数字证书验证过程

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3.6 安全协议

DH协议

  • 共享秘密的方案协议
  • 基于求解离散对数问题的困难性

SSH安全外壳协议

  • 基于公钥的安全应用协议，目前使用SSH2各协议实现加密、认证、完整性检查等安全服务
  • 原理：增强网络中非安全的服务，在端口转发技术基础上，支持远程登录Telnet、rsh、Rlogin、SCP和FTP等服务，实现服务器认证、用户认证及安全加密网络连接服务。Linux提供SSH服务（端口22）。
  • 风险：中间人攻击和拒绝服务攻击
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3.7 密码学网络安全应用

网络攻击概念

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路由器安全应用

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Web网站安全应用

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