学习目的：
1、掌握信息加密、密码、密码学、明文、密文的概念
2、掌握密码的分类
3、了解常用的加密技术
第一章 信息加密概述
密码学是一门古老而深奥的学科，它对一般人来说是陌生的，因为长期以来，它只在很小的范围内，如军事、外交、情报等部门使用。计算机密码学是研究计算机信息加密、解密及其变换的科学，是数学和计算机的交叉学科，也是一门新兴的学科。随着计算机网络和计算机通讯技术的发展，计算机密码学得到前所未有的重视并迅速普及和发展起来。在国外，它已成为计算机安全主要的研究方向，也是计算机安全课程教学中的主要内容。
密码是实现秘密通讯的主要手段，是隐蔽语言、文字、图象的特种符号。凡是用特种符号按照通讯双方约定的方法把电文的原 形隐蔽起来，不为第三者所识别的通讯方式称为密码通讯。在计算机通讯中，采用密码技术将信息隐蔽起来，再将隐蔽后的信息传输出去，使信息在传输过程中即使 被窃取或载获，窃取者也不能了解信息的内容，从而保证信息传输的安全。
任何一个加密系统至少包括下面四个组成部分：
a) 未加密的报文，也称明文。
b) 加密后的报文，也称密文。
c) 加密解密设备或算法。
d) 加密解密的密钥。
发送方用加密密钥，通过加密设备或算法，将信息加密后发送出去。接收方在收到密文后，用解密密钥将密文解密，恢复为明文。如果传输中有人窃取，他只能得到无法理解的密文，从而对信息起到保密作用。
第二章 密码的分类
从不同的角度根据不同的标准，可以把密码分成若干类。
（一）按应用技术或历史发展阶段划分：
1、手工密码。以手工完成加密作业，或者以简单器具辅助操作的密码，叫作手工密码。第一次世界大战前主要是这种作业形式。
2、机械密码。以机械密码机或电动密码机来完成加解密作业的密码，叫作机械密码。这种密码从第一次世界大战出现到第二次世界大战中得到普遍应用。
3、电子机内乱密码。通过电子电路，以严格的程序进行逻辑运算，以少量制乱元素生产大量的加密乱数，因为其制乱是在加解密过程中完成的而不需预先制作，所以称为电子机内乱密码。从五十年代末期出现到七十年代广泛应用。
4、计算机密码，是以计算机软件编程进行算法加密为特点，适用于计算机数据保护和网络通讯等广泛用途的密码。
（二）按保密程度划分：
1、理论上保密的密码。不管获取多少密文和有多大的计算能力，对明文始终不能得到唯一解的密码，叫作理论上保密的密码。也叫理论不可破的密码。如客观随机一次一密的密码就属于这种。
2、实际上保密的密码。在理论上可破，但在现有客观条件下，无法通过计算来确定唯一解的密码，叫作实际上保密的密码。
3、不保密的密码。在获取一定数量的密文后可以得到唯一解的密码，叫作不保密密码。如早期单表代替密码，后来的多表代替密码，以及明文加少量密钥等密码，现在都成为不保密的密码。
（三）、按密钥方式划分：
1、对称式密码。收发双方使用相同密钥的密码，叫作对称式密码。传统的密码都属此类。
2、非对称式密码。收发双方使用不同密钥的密码，叫作非对称式密码。如现代密码中的公共密钥密码就属此类。
（四）按明文形态：
1、模拟型密码。用以加密模拟信息。如对动态范围之内，连续变化的语音信号加密的密码，叫作模拟式密码。
2、数字型密码。用于加密数字信息。对两个离散电平构成0、1二进制关系的电报信息加密的密码叫作数字型密码。
（五）按编制原理划分：
可分为移位、代替和置换三种以及它们的组合形式。古今中外的密码，不论其形态多么繁杂，变化多么巧妙，都是按照这三种基本原理编制出来的。移位、代替和置换这三种原理在密码编制和使用中相互结合，灵活应用。
第三章 近代加密技术
（一）、数据加密标准
数据加密标准（DES）是美国经长时间征集和筛选 后，于1977年由美国国家标准局颁布的一种加密算法。它主要用于民用敏感信息的加密，后来被国际标准化组织接受作为国际标准。DES主要采用替换和移位的方法加密。它用56位密钥对64位二进制数据块进行加密，每次加密可对64位的输入数据进行16轮编码，经一系列替换和移位后，输入的64位原始数据转 换成完全不同的64位输出数据。DES算法仅使用最大为64位的标准算术和逻辑运算，运算速度快，密钥生产容易，适合于在当前大多数计算机上用软件方法实现，同时也适合于在专用芯片上实现。
DES主要的应用范围有：
（1）计算机网络通信：对计算机网络通信中的数据提供保护是DES的一项重要应用。但这些被保护的数据一般只限于民用敏感信息，即不在政府确定的保密范围之内的信息。
（2）电子资金传送系统：采用DES的方法加密电子资金传送系统中的信息，可准确、快速地传送数据，并可较好地解决信息安全的问题。
（3）保护用户文件：用户可自选密钥对重要文件加密，防止未授权用户窃密。
（4）用户识别：DES还可用于计算机用户识别系统中。
DES是一种世界公认的较好的加密算法。自它问世20多年来，成为密码界研究的重点，经受住了许多科学家的研究和破译，在民用密码领域得到了广泛的应用。它曾为全球贸易、金融等非官方部门提供了可靠的通信安全保障。但是任何加密算法都不可能是十全十美的。它的缺点是密钥太短（56位），影响了它的保密强度。此外，由于DES算法完全公开，其安全性完全依赖于对密钥的保护，必须有可靠的信道来分发密钥。如采用信使递送密钥等。因此，它不适合在网络环境下单独使用。
针对它密钥短的问题，科学家又研制了80位的密钥，以及在DES的基础上采用三重DES和双密钥加密的方法。即用两个56 位的密钥K1、K2，发送方用K1加密，K2解密，再使用K1加密。接收方则使用K1解密，K2加密，再使用K1解密，其效果相当于将密钥长度加倍。
（二）国际数据加密算法
国际数据加密算法IDEA是瑞士的著名学者提出的。它在1990年正式公布并在以后得到增强。这种算法是在DES算法的基础上发展出来的，类似于三重 DES。发展IDEA也是因为感到DES具有密钥太短等缺点，已经过时。IDEA的密钥为128位，这么长的密钥在今后若干年内应该是安全的。
类似于DES，IDEA算法也是一种数据块加密算法，它设计了一系列加密轮次，每轮加密都使用从完整的加密密钥中生成的一个子密钥。与DES的不同处在于，它采用软件实现和采用硬件实现同样快速。
由于IDEA是在美国之外提出并发展起来的，避开了美国法律上对加密技术的诸多限制，因此，有关IDEA算法和实现技术的书籍都可以自由出版和交流，可极大地促进IDEA的发展和完善。但由于该算法出现的时间不长，针对它的攻击也还不多，还未经过较长时间的考验。因此，尚不能判断出它的优势和缺陷。
（三）clipper加密芯片
密码虽然可为私人提供信息保密服务，但是它首先是维护国家利益的工具。正是基于这个出发点，考虑到DES算法公开后带来的种种问题，美国国家保 密局（NSA）从1985年起开始着手制定新的商用数据加密标准，以取代DES。1990年开始试用，1993年正式使用，主要用于通信交换系统中电话、 传真和计算机通信信息的安全保护。
新的数据加密标准完全改变了过去的政策，密码算法不再公开，对用户提供加密芯片（clipper） 和硬件设备。新算法的安全性远高于DES，其密钥量比DES多1000多万倍。据估算，穷举破译至少需要10亿年。为确保安全，clipper芯片由一个公司制造裸片，再由另一公司编程后方可使用。
由于完全是官方的封闭控制，该算法除可提供高强度的密码报密外，还可对保密通信进行监听，以防止不法分子利用保密通信进行非法活动，但这种监听是在法律允许的范围内进行的。官方控制也成为美国民间反对该方案的一个重要原因。
Clipper芯片主要用于商业活动的计算机通信网。NSA同时在着手进行政府和军事通信网中数据加密芯片的研究，并作为clipper的换代产品。它 除了具有clipper的全部功能外，还将实现美国数字签名标准（DSS）和保密的哈稀函数标准以及用纯噪声源产生随机数据的算法等。
（四）公开密钥密码体制
传统的加密方法是加密、解密使用同样的密钥，由发送者和接收者分别保存，在加密和解密时使用，采用这种方法的主要问题是密钥的生成、注入、存储、管理、分发等很复杂，特别是随着用户的增加，密钥的需求量成倍增加。在网络通信中，大量密钥的分配是一个难以解决的问题。
例如， 若系统中有n个用户，其中每两个用户之间需要建立密码通信，则系统中每个用户须掌握(n-1)/2个密钥，而系统中所需的密钥总数为n*(n-1)/2 个。对10个用户的情况，每个用户必须有9个密钥，系统中密钥的总数为45个。对100个用户来说，每个用户必须有99个密钥，系统中密钥的总数为 4950个。这还仅考虑用户之间的通信只使用一种会话密钥的情况。如此庞大数量的密钥生成、管理、分发确实是一个难处理的问题。
本世纪70年代，美国斯坦福大学的两名学者迪菲和赫尔曼提出了一种新的加密方法–公开密钥加密队PKE方法。与传统的加密方法不同，该技术采用两个不同的密钥来对信息加密和解密，它也称为“非对称式”加密方法。每个用户有一个对外公开的加密算法E和对外保密的解密算法D，
它们须满足条件：
（1）D是E的逆，即D[E（X）]=X；
（2）E和D都容易计算。
（3）由E出发去求解D十分困难。
总结：本次课我们基本了解有关信息加密的技术，希望大家能够对这些理论的知识产生兴趣。
作业四：
论文：以下两题任选一题撰写。
1、简单谈谈数据库安全技术，标题自拟。
2、简单谈谈信息加密技术，题目自拟。
格式：标题、作者、摘要、关键字、正文（1500字左右）、参考文献（5篇以上）。
邮箱：instructor[at]yeah.net
主题：班级-学号-姓名-第几次作业【如：06计信1-33-姚文龙-第4次作业】
截至：2008年6月16日12:00（星期一中午）
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