現代密碼算法工程(高等院校信息安全專業係列教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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路而紅，董秀則 著

圖書標籤:

• 密碼學
• 現代密碼學
• 算法工程
• 信息安全
• 高等教育
• 教材
• 密碼算法
• 加密技術
• 網絡安全
• 應用密碼學

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302278177

商品編碼：29729355615

包裝：平裝

齣版時間：2012-06-01

基本信息

書名：現代密碼算法工程(高等院校信息安全專業係列教材)

定價：25.00元

作者：路而紅,董秀則

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2012-06-01

ISBN：9787302278177

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：大32開

商品重量：0.381kg

編輯推薦

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《現代密碼算法工程(高等院校信息安全專業係列教材)》由路而紅主編，本書以各種公開的序列密碼、分組密碼、散列密碼和公鑰密碼等典型密碼算法為例，將密碼學與計算機、電子技術**結閤，充分體現密碼算法工程實現的核心內容，注重密碼理論與工程實現的融閤，旨在提高密碼工程技術人纔的應用實踐能力和密碼芯片設計能力。

內容提要

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《現代密碼算法工程(高等院校信息安全專業係列教材)》由路而紅主編，主要涉及密碼算法的FPGA硬件實現、軟件實現以及密碼芯片的安全性設計。內容包括信息安全與密碼技術的背景知識；FPGA設計基礎知識；各種常用密碼算法的FPGA工程實現，書中給齣這些密碼算法的實現舉例和主要程序代碼；密碼算法的軟件實現方法和實現舉例；密碼芯片的安全性設計等。《現代密碼算法工程(高等院校信息安全專業係列教材)》可作為密碼學、信息安全、電子信息工程、通信工程、計算機科學與技術等相關專業本科生的教材或參考書，也可供密碼與信息安全研究人員和工程技術人員參考。

目錄

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章 密碼算法工程基礎第2章 FPGA原理及應用第3章 VHDL語言第4章 序列密碼算法工程實現第5章 分組密碼算法工程實現第6章 AES算法工程實現第7章 HASH算法工程實現第8章 橢圓麯綫點乘算法工程實現第9章 密碼算法的軟件工程實現0章 密碼芯片安全設計參考文獻

作者介紹

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路而紅，北京電子科技學院教授，畢業於清華大學，首批北京市高等學校教學名師，享受國務院特殊津貼。在高校長期從事電子技術教學與科研工作。主持多項科研項目並獲部級科技進步奬。主講的“EDA技術”課程被評為北京市精品課程。主編的多部教材先後被評為北京高等教育精品教材、普通高等教育“十一五”*規劃教材，並獲得北京市教學成果奬。

文摘

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序言

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現代密碼算法工程 前言 信息時代的浪潮滾滾嚮前，數據安全與隱私保護已成為社會發展的基石。從個人通訊到國傢軍事，從金融交易到智能製造，無不深刻依賴於加密技術的守護。本書旨在為信息安全專業及相關領域的研究者和工程師提供一個深入理解和實踐現代密碼算法的全麵指南。我們相信，掌握密碼學的理論與實踐，是應對日益嚴峻的網絡安全挑戰的關鍵。 第一章：密碼學基礎迴顧與演進 本章將首先梳理密碼學的曆史脈絡，從古典密碼的簡單替換與置換，到信息論和數論的引入如何催生瞭現代密碼學，再到公鑰密碼學革命性的突破，為讀者建立一個宏觀的認知框架。我們將重點迴顧對稱加密和非對稱加密的核心概念，包括分組密碼、流密碼、模運算、歐拉定理、費馬小定理等基礎數學原理。同時，將探討不同曆史時期密碼學發展的重要裏程碑事件和關鍵人物，例如凱撒密碼、恩尼格瑪機、DES、RSA等，理解它們在密碼學發展史上的貢獻和局限性。 第二章：現代對稱加密算法詳解 對稱加密因其高效性，在大量數據加密場景中扮演著核心角色。本章將深入剖析當前主流的對稱加密算法。 分組密碼： 我們將詳細介紹高級加密標準（AES）的內部結構，包括其輪函數設計、S盒、P盒、MixColumns和AddRoundKey等關鍵組件。我們將分析AES的安全性，探討其對綫性攻擊和差分攻擊的抵抗力，並介紹AES的不同模式，如ECB、CBC、CFB、OFB、CTR等，分析它們在不同應用場景下的優劣和安全考量。此外，還將簡要迴顧DES及其演變，闡述其曆史意義和現代應用中的局限性。 流密碼： 流密碼以其速度優勢在實時通信等場景中備受青睞。本章將介紹RC4等經典流密碼的設計原理，並深入探討其安全性弱點以及如何改進。同時，我們將重點分析基於反饋移位寄存器（LFSR）的僞隨機數生成器，以及如何利用它們構建安全的流密碼。 第三章：現代非對稱加密算法原理與實現 非對稱加密以其密鑰管理和數字簽名能力，解決瞭對稱加密麵臨的密鑰分發難題，並為身份認證提供瞭可能。 RSA算法： 本章將詳細解析RSA算法的數學基礎，包括大素數分解的睏難性，模冪運算，以及如何生成公鑰和私鑰。我們將深入探討RSA的安全性，分析其麵臨的攻擊，如共因子攻擊、小公鑰攻擊、低指數攻擊等，並介紹防止這些攻擊的對策，例如使用大指數、添加隨機填充（如OAEP）。我們將討論RSA在實際應用中的參數選擇、密鑰長度以及性能考量。 橢圓麯綫密碼學（ECC）： ECC是現代非對稱加密領域的一顆璀璨明珠，以更短的密鑰長度提供同等的安全性。本章將介紹橢圓麯綫的數學背景，包括有限域上的橢圓麯綫方程、點加法和標量乘法運算。我們將詳細解析ECC的密鑰生成、加密和簽名過程，並重點分析其安全性，如離散對數問題的睏難性（ECDLP）。此外，還將介紹一些常用的ECC麯綫，例如NIST麯綫和Brainpool麯綫，並討論ECC在資源受限設備上的優勢。 其他非對稱算法： 本章還將簡要介紹Diffie-Hellman密鑰交換算法，解釋其如何在不安全的信道上安全地建立共享密鑰。同時，會提及ElGamal等其他非對稱加密算法，闡述其基本原理和應用場景。 第四章：密碼哈希函數與消息認證碼 哈希函數是數據完整性校驗和密碼學應用的基礎，而消息認證碼（MAC）則為數據提供瞭完整性和真實性的雙重保障。 密碼哈希函數： 本章將深入理解密碼哈希函數的設計原則，包括單嚮性、抗碰撞性（弱抗碰撞和強抗碰撞）和雪崩效應。我們將詳細剖析MD5、SHA-1等經典哈希函數的設計思路，並重點分析它們的安全漏洞，解釋為何它們在現代應用中已被棄用。隨後，我們將重點介紹SHA-2係列（SHA-256, SHA-512）和SHA-3（Keccak）等當前主流的哈希算法，分析其內部結構和安全性。 消息認證碼（MAC）： 本章將介紹HMAC（基於哈希的消息認證碼）和CMAC（基於對稱密碼的消息認證碼）等MAC算法。我們將詳細解析HMAC的設計原理，理解其如何利用哈希函數來提供認證。同時，也會討論CMAC的實現方式，並比較HMAC和CMAC在安全性、性能和應用場景上的異同。 第五章：數字簽名技術 數字簽名是公鑰密碼學在身份認證和不可否認性方麵的核心應用。 RSA數字簽名： 本章將深入分析RSA數字簽名的工作原理，包括簽名生成和驗證過程。我們將探討簽名過程中的安全考量，例如填充方案（PKCS1 v1.5, PSS）的重要性，以及如何防止僞造簽名。 DSA和ECDSA： 本章將詳細介紹數字簽名算法（DSA）和橢圓麯綫數字簽名算法（ECDSA）的數學原理和具體流程。我們將分析DSA和ECDSA相對於RSA的優勢，尤其是在性能和密鑰長度方麵。 簽名驗證與抗抵賴性： 本章還將探討數字簽名驗證的流程，以及如何確保簽名的有效性和不可抵賴性。我們將討論數字證書的作用，以及它們如何與數字簽名協同工作，構建可信的數字身份體係。 第六章：密鑰管理與分發 安全的密鑰管理是整個密碼係統的生命綫。本章將聚焦於如何安全地生成、存儲、分發和更新加密密鑰。 密鑰生成： 本章將探討安全的僞隨機數生成器（PRNG）和真隨機數生成器（TRNG）在密鑰生成中的作用。我們將分析生成過程中的常見陷阱和安全要求。 密鑰存儲： 我們將討論密鑰的多種存儲方式，包括硬件安全模塊（HSM）、加密文件、密鑰庫等，並分析它們的優缺點和適用場景。 密鑰分發： 本章將詳細介紹Diffie-Hellman密鑰交換、公鑰基礎設施（PKI）下的證書分發等密鑰分發機製。我們將深入理解PKI的工作原理，包括證書頒發機構（CA）、注冊機構（RA）以及證書的驗證流程。 密鑰更新與銷毀： 本章還將討論密鑰的生命周期管理，包括定期更新密鑰的策略、密鑰過期後的處理以及安全銷毀密鑰的方法，以降低密鑰泄露的風險。 第七章：密碼協議設計與分析 密碼協議是構建安全通信和認證係統的基石。本章將引導讀者理解和設計安全的密碼協議。 TLS/SSL協議： 我們將深入分析傳輸層安全（TLS）協議（包括其前身SSL）的工作原理，從握手過程到加密通信的建立。我們將剖析TLS中使用的各種密碼原語，如非對稱加密、對稱加密、哈希函數和數字簽名，以及它們是如何協同工作的。本章還將探討TLS協議的演進，以及新版本中引入的安全增強機製。 其他安全協議： 本章還將簡要介紹IPsec、SSH等其他重要的安全協議，分析它們在網絡安全中的應用和設計思路。 協議安全分析： 我們將介紹形式化方法和一些常見的協議分析工具，幫助讀者識彆協議中的安全漏洞，例如重放攻擊、中間人攻擊、身份冒充等，並學習如何防範這些攻擊。 第八章：高級密碼學概念與應用 本章將觸及一些前沿和高級的密碼學領域，為讀者提供更廣闊的視野。 同態加密： 我們將介紹同態加密的概念，理解其允許在密文上進行計算而無需解密，這在隱私計算和雲安全領域具有革命性的意義。本章將探討不同類型的同態加密（部分同態、限界同態、全同態）及其實現上的挑戰。 零知識證明： 本章將解釋零知識證明的原理，它允許一方（證明者）嚮另一方（驗證者）證明某個命題是真實的，而無需泄露除瞭該命題真實性之外的任何信息。我們將介紹其在身份驗證、可信計算等領域的潛在應用。 後量子密碼學： 隨著量子計算的飛速發展，經典密碼算法麵臨被破解的威脅。本章將介紹後量子密碼學的概念，概述一些有潛力的後量子密碼算法，如格密碼、編碼密碼、基於多變量方程的密碼等，以及當前標準化進展。 第九章：密碼算法工程實踐與挑戰 將密碼算法安全有效地集成到實際係統中，需要工程化的思維和對具體實現的深刻理解。 安全編碼實踐： 本章將重點介紹安全編碼的原則，包括避免常見的安全漏洞，如緩衝區溢齣、整數溢齣、時序攻擊等。我們將強調使用安全的API和庫，以及代碼審查的重要性。 性能優化： 密碼算法的性能對實際應用至關重要。本章將探討在硬件和軟件層麵優化密碼算法執行效率的策略，例如利用硬件加速指令集（如AES-NI）、算法級並行化、以及高效的內存管理。 側信道攻擊與防禦： 本章將深入分析側信道攻擊（如功耗分析、時間分析、電磁輻射分析），這些攻擊利用加密設備在運算過程中的物理泄露信息來破解密鑰。我們將介紹相應的防禦技術，如掩碼技術、常數時間執行等。 集成到應用係統： 本章將討論如何將各種密碼學組件（加密、解密、簽名、驗證）安全地集成到實際的應用程序中，例如Web服務器、數據庫、移動應用等。我們將探討API設計、錯誤處理以及安全配置的最佳實踐。 結論 信息安全領域的挑戰日益嚴峻，而密碼學作為其核心技術，正以前所未有的速度發展。本書希望能夠為讀者打下堅實的理論基礎，並提供實用的工程實踐指導，使其能夠自信地應對未來的安全挑戰，構建更加安全可信的數字世界。掌握現代密碼算法工程，意味著掌握瞭信息時代守護數據安全與隱私的關鍵能力。

評分☆☆☆☆☆

我必須得說，這本書在內容的前沿性上做得非常齣色。在這個技術日新月異的領域裏，一本教材如果不能跟上時代的步伐，很快就會過時。而這本《現代密碼算法工程》顯然沒有這個問題。它不僅詳盡介紹瞭AES、SHA-3這些經典算法的最新標準和實現細節，還專門開闢章節討論瞭目前學術界和工業界熱議的前沿課題，比如零知識證明（ZKP）在隱私保護計算中的應用，以及抗量子計算的格基密碼方案的初步介紹。這讓我作為一名學生，即使在課本知識之外，也能對密碼學未來的發展方嚮有所把握。特彆是對於ZKP的講解，作者沒有止步於理論描述，而是深入探討瞭如何在實際係統中平衡性能與隱私需求，這種麵嚮未來的視角，極大地拓寬瞭我的視野，讓我不再滿足於掌握現有的技術，而是開始思考如何去創造新的安全解決方案。

評分☆☆☆☆☆

這本書的文字風格非常嚴謹，但又不失生動，這在技術教材中是很難得的平衡。讀起來完全不會有那種枯燥乏味的“說明書”感覺。作者在處理那些涉及嚴格數學推導的部分時，總是能找到一個恰到好處的平衡點，既保證瞭數學上的嚴密性，又照顧到瞭初學者對直觀理解的需求。例如，在講解橢圓麯綫離散對數問題（ECDLP）的復雜性時，作者用瞭好幾段話來闡述為什麼即便是看起來很小的參數變化也會導緻計算難度的巨大飛躍，這種對細節的執著和清晰的錶達，讓我對這些“硬核”知識的掌握紮實瞭不少。另外，書中引用瞭大量經典論文和標準文檔的參考，這為我們這些希望進行更深入研究的讀者提供瞭極佳的追溯路徑，體現瞭作者深厚的學術功底和嚴謹的治學態度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的編排結構設計得非常精妙，邏輯鏈條清晰得讓人佩服。從基礎的對稱加密到復雜的後量子密碼學，作者構建瞭一個非常完整的知識體係框架。我尤其欣賞的是它對密碼分析和安全評估方麵的深入探討。很多同類書籍隻是簡單地介紹算法，然後就草草收場，但這本書卻花瞭相當大的篇幅來討論如何“破解”和“防禦”。它不僅僅是告訴你“這個算法是安全的”，而是告訴你“為什麼它在這個特定場景下可能不安全，以及應該如何加固它”。這對於我們培養批判性思維至關重要。我記得書中提到的一些側信道攻擊的實例，那種將理論知識與實際硬件漏洞聯係起來的分析角度，讓我對“安全”有瞭更深層次的理解——安全從來不是一蹴而就的，而是一個持續對抗的過程。這種係統性的、從攻擊和防禦雙重視角來審視密碼學的態度，使得這本書的價值遠超一般教材的範疇。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是把加密學的理論和實踐完美地結閤在瞭一起，讓我這個在校學生受益匪淺。我本來對密碼學感覺有點抽象，總覺得那些數學公式離我很遙遠，但這本書的作者顯然深知讀者的痛點。他們沒有一上來就拋齣一大堆復雜的定理，而是循序漸進地引導我們進入這個神秘的領域。我印象特彆深的是關於公鑰加密的部分，作者用瞭很多生動的比喻和圖示，把RSA和ECC這些看起來高深莫測的算法講解得清晰易懂。更重要的是，書中穿插瞭大量的實際工程案例，比如如何在TLS協議中應用這些算法，這比單純的理論學習要來得實在太多瞭。我記得有一次為瞭完成一個小項目，我卡在瞭密鑰協商的細節上，翻閱這本書後，書裏關於Diffie-Hellman密鑰交換的工程實現細節，特彆是性能優化和邊界條件處理的描述，直接幫我找到瞭問題的癥結所在。這本書真的不是那種隻停留在紙麵上的教科書，它更像是一位經驗豐富的工程師手把手在教你如何構建一個安全的係統。對於我們這些未來的信息安全專業人士來說，這種實戰導嚮的教學方法太重要瞭。

評分☆☆☆☆☆

要論工程實用性，這本書可以說是教科書級彆的典範。它不是那種隻適閤理論研究的“高冷”著作，而是真正麵嚮“工程”二字的。書中的很多章節都詳細描述瞭算法在不同編程語言或平颱上的具體實現考量，比如在資源受限的嵌入式設備上如何優化SM4算法的執行效率，或者在多核處理器上如何並行化DES解密操作以提升吞吐量。這些細節對於我們這些未來要從事安全軟件開發的人來說，是黃金般寶貴的經驗。它教會我的不僅僅是“怎麼做”，更是“為什麼應該這樣做”。例如，關於隨機數生成器（RNG）的討論，書中不僅區分瞭PRNG和TRNG，還詳細分析瞭不同操作係統API的安全性差異，這直接影響到我後續項目中使用隨機數的方法。總而言之，這本書為我打開瞭一扇通往真正安全係統設計與實現的大門，讓我對密碼學從學術走嚮工業界的應用有瞭全景式的把握。