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更改格式后十二张强密码技术浅析.doc
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1、四川理工学院成都新华学院毕业论文(设计)课题名称: 密码技术浅析 年级专业: 2023级计算机软件技术 学 号: 姓 名: 张 强 指导教师: 陈 侠 2023年 X 月 XX 日四川理工学院成都新华学院毕 业 论 文(设计)任 务 书姓 名张强学 号2023年级计算机软件技术 专业题 目密码技术浅析设计任务网络安全日益得到大众的重视,在这个杀毒软件总是跟在病毒后面跑的现实中,如何能更有效的保护好个人的资料。密码技术是解决这个问题的有效手段之一。请分析目前网络中面临的问题,阐述密码技术的原理,提出相应的解决措施。时间进度重要参考文献 和原始资料(1) 密码学理论与技术主编 范明钰,王光卫 清华
2、大学出版社 2023 10(2) RSA算法缺陷分析主编 杨云江 贵州大学学报(自然科学版),贵州大学,2023 2(3) 密码学与网络安全(美) BEHROUZ A. FOROUAAN 著 清华大学出版社 2023(4)加密与解码:密码技术剖析与实战应用 许主洪编 著 人民邮电出版社 2023(5)应用密码学:协议、算法与C源程序 (美)B.施奈尔Bruce Schneier著 机械工业出版社 2023(6)RSA算法的安全性分析王启明 王一凡 著 中南民族学院学报(自然科学版),华中理工大学,2023 9 指导教师:陈侠2023年XX 月 XX 日摘 要密码学是信息安全的重要技术,是用于保
3、护国家机密及决策的一个重要工具,也是保护个人信息以及其他重要资料的重要方法。可以有效保障信息的机密性、完整性和鉴别。密码学的研究涉及到很多技术的学习,重要涉及如何把数据加密,如何传送加密数据,如何解密加密的数据,使需要数据的合法者得到自己要的数据。关键词关键词:RSA;RSA算法;加密;解密;非对称密钥;密码学;公钥;私钥。AbstractCryptography is an important information security technologies for protection of state secrets and an important tool for decision
4、-making is also important to protect personal information and other information important way. Information can effectively protect the confidentiality, integrity and differentiation. Cryptography research involves many technical learning, including how to data encryption and how to send encrypted da
5、ta, how to decrypt the encrypted data, so that the legitimate needs of those who have their own data to the data.Keywords : RSA; RSA algorithm; encryption; decryption; non-symmetric key; cryptography; public key; private key.目 录1 密码学的概述21.1 密码学的基本术语 21.1.1 密码学 21.1.2 密钥 21.1.3 加密与解密 31.1.4 密码体制 31.2
6、 密码学的应用 31.3 密码算法的概念及其分类 41.3.1 对称密码算法 41.3.2 公开密钥算法 41.3.1 Hash算法 51.4 密码编码学的基本概念 51.5 密码分析学的基本概念 61.6 密码学的信息论基础 61.7 密码学的起源和发展 72 公钥密码体制基础82.1 整数算法 62.1.1 二进制运算62.1.2 整数除法72.2 模运算 82.2.1 模算符 82.2.2 余集 82.2.3 同余 92.2.4 在集合Zn当中的运算92.2.5 逆102.2.6 在集合Zn当中的运算 112.3素数 112.3.1 定义122.3.2 素数的基数122.3.3 素数检查
7、122.4 中国剩余定理122.5 指数与对数132.5.1 指数13 2.5.2 对数133 RSA密码系统153.1 RSA简介 153.2 RSA的加解密过程及算法分析 153.3 RSA的安全分析 183.3.1 针对RSA的袭击183.3.2 因数分解袭击183.3.3 选择密文袭击193.3.4对加密指数袭击 193.3.5对模的袭击 203.4 使用RSA的意义214 RSA的C程序实现224.1 RSA编程设计 22结束语 28致 谢 29参考文献 30前 言信息社会中,天天都有大量的信息在传输、互换、存储和解决,而这些解决过程几乎都要以来强大的计算机系统来完毕,一旦计算机系统
8、发生安全问题,就也许导致信息的丢失、篡改、伪造、假冒,以及系统遭受坏等严重后果,因此,如何保证计算机系统的安全,是当前一个需要立即解决的十分严峻的问题。通常保障信息安全的方法有两大类:一是以防火墙技术为代表的被动防卫型,二是建立在数据加密,用户授权确认机制上的开放型网络安全保障技术。第二种就要采用密码学的知识来解决。密码学是一门既古老又年轻的科学,它最早的应用可以追溯到几千年前的古罗马,但成为一门独立的学科则是从近几十年才开始的。1949年Shannon发表的保密系统的信息理论和1976年Diffie和Hellman的密码学的新方向初次提出的公钥密码思想奠定了现在密码学的理论基础。1977年美
9、国加密数据加密标准DES的正式发布和1977年R.L.Rivest,Shamir,L.Adleman三人共同提出的第一个公钥密码思想的密码体制-RSA公钥密码成为现在密码学研究迅速发展的两个里程碑。根据加密密钥和解密密钥是否相同或者本质上等同,即从其中一个容易推出另一个,可将现有的加密体制分为两种。一种是单钥加密体制,其典型代表是美国的数据加密标准DES(DataEncryptionStandard);另一种是公钥密码体制,其典型代表是RSA密码体制。我这次的论文重要就是研究RSA的算法和算法的程序实现。自19世纪以来,由于电报特别是无线电报的广泛使用,为密码通信和第三者的截收都提供了极为有利
10、的条件。通信保密和侦收破译形成了一条斗争十分剧烈的隐蔽战线。192023,英国破译了德国外长齐默尔曼的电报,促成了美国对德宣战。1942年,美国从破译日本海军密报中,获悉日军对半途岛地区的作战意图和兵力部署,从而能以劣势兵力击破日本海军的主力,扭转了太平洋地区的战局。在保卫英伦三岛和其他许多著名的历史事件中,密码破译的成功都起到了极其重要的作用,这些事例也从反面说明了密码保密的重要地位和意义。1 密码学的概述1.1密码学的基本术语1.1.1密码学密码学(cryptography),它是一门研究秘密书写的科学,是以结识密码变换的本质、研究密码保密与破译的基本规律为对象的学科。密码的另一种定义是一
11、门与信息安全密切相关的数学科学,是信息安全的核心。密码提供的最基础的服务是使合法通信者进行信息的互换,而其别人员难以获得通信内容。密码学一般涉及两个对立统一的分支学科:密码编码学和密码分析学。研究密码变化的客观规律,应用于编制密码以保守通信秘密的,称为编码学;应用于破译密码以获取通信情报的,称为破译学,总称密码学。密码编码学与密码分析学相辅相成,共处在密码学的统一体中。现代密码学除了涉及密码编码学和密码分析学两个重要的学科外,还涉及一个新产生的分支密码密钥学。它是以密码体系最核心部分的密钥作为研究对象的学科。密钥管理是一种规程,它涉及密钥的产生、分派、存储、保护、销毁等环节,因而在密码管理体系
12、中密钥管理至关重要。上述三个分支学科构成了现代密码学的重要科学体系。密码在初期仅对文字或数码进行加、脱密变换,随着通信技术的发展,对语音、图像、数据等都可实行加、解密变换。1.1.2密钥明文到密文的转换往往由一些特殊的函数完毕,控制这些函数的参数称为密钥,用K表达。所谓密钥,是指由用户事先选定的较短的字符或数字序列,其作用近似于打开保险箱的钥匙。所有密钥的集合构成密钥空间,用SK表达。密钥空间中不相同密钥的个数称为密钥体制的密钥量,它是衡量密码体制安全性的一个重要指标。密钥是一个数值,它和加密算法一起生成特别的密文。密钥本质上是非常非常大的数。密钥的长度尺寸用比特来衡量。在公开密钥加密方法中,
13、密钥的长度越大,密文就越安全。在同种加密算法中,密钥越大越安全。但是传统方法和公开密钥方法所用的加密算法不同样,因此它们的密钥尺寸不能直接比较。公钥和私钥是算术相关的,仅凭公钥推算出私钥是困难的。然而假如有足够的时间和计算能力,总是也许导出私钥的。这使得选择合适尺寸的密钥变得非常重要。为了安全需要足够大的密钥,而为了速度则要用小的密钥1.1.3加密与解密加密是在密钥K的作用下,把明文P从明文信息空间SP相应到密文信息空间SC的一种变换,明文和密文的关系可表达为CEK(P)。密文传送到接受者,合法用户运用密钥对密文C进行与加密变换相反的逆变换,称为解密变换,用DK表达。解密变换是把密文C从密文信
14、息空间SC相应到明文信息空间SP的变换。逆变换的过程称为解密或译密。解密变换的目的是恢复出明文P:P=DK(C)DKEK(P)。上式中的EK和DK为可逆变换对。K不同,EK和DK也不同。可见,信息的保密性完全依赖于密钥K的保密性。1.1.4密码体制一个完整的密码体制(cryptosystem)由5部分组成:明文信息空间SP、密文信息空间SC、密钥空间SK、加密变换族EK、解密变换族DK。密码体制应满足以下3个一般性规定:加解密变换对所有密钥都一致有效;体制必须是简朴易行的,应易于找到密钥用于逆变换;体制的安全性仅依赖于密钥的保密性而不能依赖于加、解密算法的强度。一个好的密码体制则应至少满足以下
15、两个条件:在已知明文P和密钥K时,计算CEK(P)容易;在已知密文C和密钥K时,计算PDK(C)容易。在不知密钥K时,不也许由密文C推知明文P。对于一个密码体制,假如可以根据密文拟定明文或密钥,或者可以根据明文及其生成的密文拟定密钥,这个密码体制就是可以破译的,反之则为不可破译的。1.2密码学的应用在很长的时间内,密码仅限于军事、政治和外交的用途,其知识和经验也仅掌握在与军事、政治和外交有关的密码机关手中,再加上通信手段比较落后,故不管密码理论还是密码技术发展都很缓慢。随着科学技术的进步,信息互换的手段越来越先进,信息互换的速度越来越快,信息互换的内容越来越广泛,信息互换的形式越来越多样化,信
16、息互换的规模也越来越大。到了20世纪70年代,随着信息的激增,对信息保密的需求也从军事、政治和外交等领域,逐步扩展到民用和商用领域,从而导致了密码学知识的广泛传播。计算机技术和微电子技术的发展,为密码学理论的研究和实现提供了强有力的手段和工具。进入20世纪80年代以后,随着网络的兴起,对密码理论和技术的研究更是呈爆炸性增长的趋势,密码学在雷达、导航、遥控、遥测等领域占有重要地位。除此之外,密码学正渗透到通信、电力、金融、医疗、卫生、交通等各行业的管理信息系统,甚至到个人和家庭等领域,并且保密的作用也已不再仅仅是保密,尚有认证、完整性检查和抗抵赖等新的功能。对普通的家庭来说,生活中许多地方需要保
17、密,如各种银行密码、信用卡密码、网络账号和密码等。1.3密码算法的概念及其分类密码算法也叫密码,是用于加密和解密的数学函数。通常情况下,有两个相关的函数,一个用作加密,另一个用作解密。假如算法的保密性是依赖于保持密钥的秘密,这种算法称为非受限制的算法,也称基于密钥的算法。在非受限密码算法中,根据密钥的特点,加密算法分为两类:秘密密钥算法和公开密钥算法。现在的密码学算法一般基本上都是,非限制算法!1.3.1对称密码算法秘密密钥算法通常称之为对称密码算法或传统密码算法,也称单密钥算法。对称密码算法规定发送者和接受者在安全通信之前,商定一个密钥。其算法的安全性依赖于密钥,密钥一旦泄露,整个安全系统都
18、要崩溃。换句话说,在使用对称密码加密算法时,只要通信需要保密,密钥就必须保密。对称算法可分为两类。一类只对明文中的单个比特(有时对字节)运算的算法称为序列算法或序列密码。另一类算法是对明文的一组比特运营运算,这些比特组称为分组,相应的算法称为分组算法或分组密码。1.3.2公开密钥算法公开密钥算法也叫非对称密码算法或双密钥算法。公开密钥加密法可以解决密钥发布的问题,公开密钥的概念由Whitfield Diffie和Martin Hellman在1975年提出。现在也有证据表白英国情报机关先于Diffie和Hellman几年发明了这种方法,但是却作为军事秘密不为人知,并且没有什么有价值的成果。公开
19、密钥算法不规定通信双方共享一个密钥,其用作加密的密钥不同于用作解密的密钥,并且解密密钥不能根据解密密钥计算出来。用于加密的密钥可向所有使用者公开,使用加密密钥加密后的信息只有用相相应的解密密钥才可解密。公钥加密法的重要优势在于可以让事先没有安全通道的人安全地互换信息。收发双方通过安全通道共享密钥的前提条件不存在了,所有的通信中只包含了公钥,私钥是不会传输或共享的。公钥加密法是加密技术的革命,它可认为普通人提供较强的加密手段,因而可以说公钥加密法是密码学发展史上的一个里程碑。1.3.3 Hash算法Hash算法也称为消息摘要或单向函数,是密码学中的一种重要的算法。它是许多安全认证协议的重要组成部
20、分,是实现有效、安全可靠的数字署名和认证的重要工具。Hash算法是一种将任意长度的输入消息计算产生出一个固定长度的输出的数学变换,即消息m的Hash为h(m)。这类算法具有以下特点:对于任何消息,计算h(m)相对来说较为容易,这意味着要使用该函数,并不需要占用太多的计算时间。给定h(m),寻找一个消息使得其Hash值为h(m)的难度与穷举所有也许的m并计算h(m)的难度相比,不会有明显的差别。虽然理论上存在很多不同数值,其Hash值都是h(m),但是要找到两个Hash结果相同的数值,从计算的角度来说是很困难的。要从密码学的角度认为一个Hash函数是安全的,其必备条件如下:找到一个消息,使其消息
21、摘要为一预先给定的消息摘要值,在计算上是不可行的;以现有的计算能力,不也许找到两个具有相同消息摘要的消息;给定一个消息,不也许找到另一个消息与其具有相同的消息摘要。1.4密码编码学的基本概念密码编码学的重要目的是保证明文、密钥等秘密信息不被窃听者及袭击者窃听或破译。密码编码学希望可以解决在下述环境下即信息的存储(也许为非授权者接触)、信息的互换(也许被冒用或抵赖)以及信息的传输(也许被截获)过程中,信息的安全保护问题。密码编码系统应具有以下独立的特性:(1)转换明文为密文的运算类型有的算法的保密性也许依赖于保护算法自身,称为受限制的密码算法;也有的算法仅依赖于使用算法时所采用的密钥,称为基于密
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