具體描述
編輯推薦
本書由教育部高等學校信息安全專業教學指導委員會、中國計算機學會教育專業委員會共同指導，為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材並獲得首屆中國大學齣版社圖書奬、中央網信辦和教育部評選的國傢網絡安全優秀教材奬，符閤《高等學校信息安全專業指導性專業規範》。
本書作為信息安全專業重要的專業基礎課程教材，是作者長期教學實踐的積纍，是同類教材中的優秀教材和經典教材。本書全麵而詳細地介紹現代密碼學的理論和相關算法，可幫助讀者將所學知識應用於信息安全的實踐中。本書從教材使用的角度考慮，概念清晰、結構閤理、通俗易懂、深入淺齣，充分考慮方便教師在教學過程中的實施，注重與其他專業課教學的銜接，精心給齣瞭大量的例題和習題。本書取材新穎，不僅介紹現代密碼學的基礎理論和實用算法，同時也涵蓋瞭現代密碼學領域國內外*新的研究成果，並按內容的內在邏輯由淺及深地展開，有效幫助讀者瞭解本學科*新的發展方嚮，符閤教育部高等學校信息安全專業教學指導委員會編製的《高等學校信息安全專業指導性專業規範》要求，特彆適閤作為高等院校信息安全、計算機工程和信息對抗等專業的本科生和網絡空間安全學科研究生教材，也可作為通信工程師和計算機網絡工程師的參考讀物。
本書自齣版以來，已經多次再版和重印，纍計發行近5萬冊，深受廣大師生和讀者歡迎，150多所高校選用本書作為專業課教材，普遍反映該教材特色突齣，教學效果很好。
內容簡介
本書全麵而詳細地介紹現代密碼學的理論和相關算法，可幫助讀者將所學知識應用於信息安全實踐。全書共分10章，內容包括現代密碼學的基本概念、流密碼、分組密碼、公鑰密碼、密鑰分配與密鑰管理、消息認證和哈希函數、數字簽名和認證協議、密碼協議、可證明安全、網絡加密與認證。
本書從教材使用的角度考慮，概念清晰、結構閤理、講解通俗易懂、內容深入淺齣，並充分考慮方便教師在教學過程中的實施，同時還注意與其他專業課教學的銜接。本書取材新穎，不僅介紹現代密碼學所涉及的基礎理論和實用算法，而且涵蓋瞭現代密碼學的*研究成果，力求使讀者通過本書的學習而瞭解本學科*的發展方嚮。
本書可作為高等學校相關專業大學生和研究生的教材，也可作為通信工程師和計算機網絡工程師的參考讀物。
作者簡介
楊波，北京大學學士，西安電子科技大學碩士、博士，陝西師範大學計算機科學學院教授、博士生導師，陝西省百人計劃特聘教授，中國密碼學會理事，中國密碼學會密碼算法專業委員會委員，《密碼學報》編委。曾任華南農業大學信息學院、軟件學院院長。2011年起在陝西師範大學計算機科學學院工作。2005年擔任第四屆中國信息和通信安全學術會議程序委員會主席，2009年擔任中國密碼學會年會副主席，2010年起擔任The Joint Workshop on Information Security (JWIS ) Co-General Chair。主持多項國傢自然科學基金、863計劃、國傢密碼發展基金、國防科技重點實驗室基金、陝西省自然科學基金項目。
精彩書評
NULL目錄
第1章引言1
1.1信息安全麵臨的威脅1
1.1.1安全威脅1
1.1.2入侵者和病毒2
1.1.3安全業務3
1.2信息安全模型4
1.3密碼學基本概念5
1.3.1保密通信係統5
1.3.2密碼體製分類7
1.3.3密碼攻擊概述7
1.4幾種古典密碼8
1.4.1單錶代換密碼9
1.4.2多錶代換密碼10
習題11
第2章流密碼13
2.1流密碼的基本概念13
2.1.1同步流密碼13
2.1.2有限狀態自動機14
2.1.3密鑰流産生器15
2.2綫性反饋移位寄存器16
2.3綫性移位寄存器的一元多項式錶示18
2.4m序列的僞隨機性21
2.5m序列密碼的破譯23
2.6非綫性序列26
2.6.1Geffe序列生成器26
2.6.2JK觸發器27
2.6.3Pless生成器28現代密碼學(第4版)目錄2.6.4鍾控序列生成器28
習題30
第3章分組密碼體製32
3.1分組密碼概述32
3.1.1代換33
3.1.2擴散和混淆34
3.1.3Feistel密碼結構35
3.2數據加密標準38
3.2.1DES描述38
3.2.2二重DES43
3.2.3兩個密鑰的三重DES44
3.2.43個密鑰的三重DES44
3.3差分密碼分析與綫性密碼分析45
3.3.1差分密碼分析45
3.3.2綫性密碼分析46
3.4分組密碼的運行模式47
3.4.1電碼本模式47
3.4.2密碼分組鏈接模式48
3.4.3密碼反饋模式49
3.4.4輸齣反饋模式51
3.5IDEA52
3.5.1設計原理52
3.5.2加密過程54
3.6AES 算法——Rijndael58
3.6.1Rijndael的數學基礎和設計思想58
3.6.2算法說明61
3.7中國商用密碼算法SM469
3.8祖衝之密碼73
3.8.1算法中的符號及含義73
3.8.2祖衝之密碼的算法結構74
3.8.3祖衝之密碼的運行79
3.8.4基於祖衝之密碼的機密性算法 128�睧EA379
習題81
第4章公鑰密碼83
4.1密碼學中一些常用的數學知識83
4.1.1群、環、域83
4.1.2素數和互素數85
4.1.3模運算86
4.1.4模指數運算88
4.1.5費爾馬定理、歐拉定理、卡米歇爾定理89
4.1.6素性檢驗92
4.1.7歐幾裏得算法95
4.1.8中國剩餘定理98
4.1.9離散對數101
4.1.10平方剩餘102
4.1.11循環群105
4.1.12循環群的選取106
4.1.13雙綫性映射107
4.1.14計算復雜性108
4.2公鑰密碼體製的基本概念109
4.2.1公鑰密碼體製的原理110
4.2.2公鑰密碼算法應滿足的要求111
4.2.3對公鑰密碼體製的攻擊112
4.3RSA算法113
4.3.1算法描述113
4.3.2RSA算法中的計算問題115
4.3.3一種改進的RSA實現方法116
4.3.4RSA的安全性116
4.3.5對RSA的攻擊118
4.4背包密碼體製119
4.5Rabin密碼體製121
4.6NTRU公鑰密碼係統123
4.7橢圓麯綫密碼體製124
4.7.1橢圓麯綫124
4.7.2有限域上的橢圓麯綫125
4.7.3橢圓麯綫上的點數127
4.7.4明文消息到橢圓麯綫上的嵌入127
4.7.5橢圓麯綫上的密碼128
4.8SM2橢圓麯綫公鑰密碼加密算法130
習題133
第5章密鑰分配與密鑰管理135
5.1單鑰加密體製的密鑰分配135
5.1.1密鑰分配的基本方法135
5.1.2一個實例135
5.1.3密鑰的分層控製137
5.1.4會話密鑰的有效期137
5.1.5無中心的密鑰控製137
5.1.6密鑰的控製使用138
5.2公鑰加密體製的密鑰管理139
5.2.1公鑰的分配139
5.2.2用公鑰加密分配單鑰密碼體製的密鑰141
5.2.3Diffie|Hellman密鑰交換143
5.3隨機數的産生144
5.3.1隨機數的使用144
5.3.2隨機數源145
5.3.3僞隨機數産生器145
5.3.4基於密碼算法的隨機數産生器147
5.3.5隨機比特産生器149
5.4秘密分割150
5.4.1秘密分割門限方案150
5.4.2Shamir門限方案151
5.4.3基於中國剩餘定理的門限方案152
習題154
第6章消息認證和哈希函數156
6.1消息認證碼156
6.1.1消息認證碼的定義及使用方式156
6.1.2産生MAC的函數應滿足的要求157
6.1.3數據認證算法158
6.1.4基於祖衝之密碼的完整性算法128�睧IA3159
6.2哈希函數161
6.2.1哈希函數的定義及使用方式161
6.2.2哈希函數應滿足的條件162
6.2.3生日攻擊164
6.2.4迭代型哈希函數的一般結構165
6.3MD5哈希算法166
6.3.1算法描述166
6.3.2MD5的壓縮函數169
6.3.3MD5的安全性170
6.4安全哈希算法171
6.4.1算法描述171
6.4.2SHA的壓縮函數172
6.4.3SHA與MD5的比較174
6.4.4對SHA的攻擊現狀174
6.5HMAC175
6.5.1HMAC的設計目標175
6.5.2算法描述175
6.5.3HMAC的安全性177
6.6SM3哈希算法178
6.6.1SM3哈希算法的描述178
6.6.2SM3哈希算法的安全性179
習題181
第7章數字簽名和認證協議182
7.1數字簽名的基本概念182
7.1.1數字簽名應滿足的要求182
7.1.2數字簽名的産生方式183
7.1.3數字簽名的執行方式184
7.2數字簽名標準186
7.2.1DSS的基本方式186
7.2.2數字簽名算法DSA187
7.3其他簽名方案188
7.3.1基於離散對數問題的數字簽名體製188
7.3.2基於大數分解問題的數字簽名體製192
7.3.3基於身份的數字簽名體製193
7.4SM2橢圓麯綫公鑰密碼簽名算法194
7.5認證協議196
7.5.1相互認證196
7.5.2單嚮認證200
習題201
第8章密碼協議202
8.1一些基本協議202
8.1.1智力撲剋202
8.1.2擲硬幣協議203
8.1.3數字承諾協議204
8.1.4不經意傳輸協議205
8.2零知識證明208
8.2.1交互式證明係統208
8.2.2交互式證明係統的定義209
8.2.3交互式證明係統的零知識性209
8.2.4非交互式證明係統212
8.2.5適應性安全的非交互式零知識證明213
8.2.6零知識證明協議的組閤213
8.2.7圖的三色問題的零知識證明214
8.2.8知識證明215
8.2.9簡化的Fiat|Shamir身份識彆方案218
8.2.10Fiat�睸hamir身份識彆方案219
8.3安全多方計算協議220
8.3.1安全多方計算問題220
8.3.2半誠實敵手模型221
8.3.3惡意敵手模型225
習題228
第9章可證明安全229
9.1語義安全的公鑰密碼體製的定義229
9.1.1選擇明文攻擊下的不可區分性229
9.1.2公鑰加密方案在選擇密文攻擊下的不可區分性233
9.1.3公鑰加密方案在適應性選擇密文攻擊下的不可區分性235
9.1.4歸約236
9.2語義安全的RSA加密方案237
9.2.1RSA問題和RSA假設237
9.2.2選擇明文安全的RSA加密238
9.2.3選擇密文安全的RSA加密240
9.3Paillier公鑰密碼係統243
9.3.1閤數冪剩餘類的判定243
9.3.2閤數冪剩餘類的計算244
9.3.3基於閤數冪剩餘類問題的概率加密方案246
9.3.4基於閤數冪剩餘類問題的單嚮陷門置換247
9.3.5Paillier密碼係統的性質248
9.4Cramer�睸houp密碼係統249
9.4.1Cramer�睸houp密碼係統的基本機製249
9.4.2Cramer�睸houp密碼係統的安全性證明250
9.5RSA�睩DH簽名方案252
9.5.1RSA簽名方案252
9.5.2RSA�睩DH簽名方案的描述253
9.5.3RSA�睩DH簽名方案的改進255
9.6BLS短簽名方案257
9.6.1BLS短簽名方案所基於的安全性假設257
9.6.2BLS短簽名方案描述257
9.6.3BLS短簽名方案的改進一259
9.6.4BLS短簽名方案的改進二259
9.7基於身份的密碼體製260
9.7.1基於身份的密碼體製定義和安全模型260
9.7.2隨機諭言機模型下的基於身份的密碼體製263
9.8分叉引理273
習題275
第10章網絡加密與認證277
10.1網絡通信加密277
10.1.1開放係統互連和TCP/IP分層模型277
10.1.2網絡加密方式278
10.2Kerberos認證係統281
10.2.1Kerberos V4281
10.2.2Kerberos區域與多區域的Kerberos284
10.3X.509認證業務285
10.3.1證書285
10.3.2認證過程288
10.4PGP289
10.4.1運行方式289
10.4.2密鑰和密鑰環293
10.4.3公鑰管理298
習題301
參考文獻302
精彩書摘
第3章分組密碼體製
3.1分組密碼概述在許多密碼係統中，單鑰分組密碼是係統安全的一個重要組成部分，用分組密碼易於構造僞隨機數生成器、流密碼、消息認證碼(MAC)和哈希函數等，還可進而成為消息認證技術、數據完整性機製、實體認證協議以及單鑰數字簽字體製的核心組成部分。實際應用中對於分組密碼可能會提齣多方麵的要求，除瞭安全性外，還有運行速度、存儲量(程序的長度、數據分組長度、高速緩存大小)、實現平颱(硬件、軟件、芯片)、運行模式等限製條件。這些都需要與安全性要求之間進行適當的摺中選擇。
分組密碼是將明文消息編碼錶示後的數字序列x0,x1,…,xi,…劃分成長為n的組x=(x0,x1,…,xn－1)，各組(長為n的矢量)分彆在密鑰k=(k0,k1,…,kt－1)控製下變換成等長的輸齣數字序列y=(y0,y1,…,ym－1)(長為m的矢量)，其加密函數E：Vn×KVm，Vn和Vm分彆是n維和m維矢量空間，K為密鑰空間，如圖3��1所示。它與流密碼的不同之處在於輸齣的每一位數字不是隻與相應時刻輸入的明文數字有關，而是與一組長為n的明文數字有關。在相同密鑰下，分組密碼對長為n的輸入明文組所實施的變換是等同的，所以隻需研究對任一組明文數字的變換規則。這種密碼實質上是字長為n的數字序列的代換密碼。
圖3��1分組密碼框圖
通常取m=n。若m>n，則為有數據擴展的分組密碼。若m (1)分組長度n要足夠大，使分組代換字母錶中的元素個數2n足夠大，防止明文窮舉攻擊法奏效。DES、IDEA、FEAL和LOKI等分組密碼都采用n=64，在生日攻擊下用232組密文成功概率為1/2，同時要求232×64比特=215Mbyte存儲，故采用窮舉攻擊是不現實的。 (2)密鑰量要足夠大(即置換子集中的元素足夠多)，盡可能消除弱密鑰並使所有密現代密碼學(第4版)第3章分組密碼體製鑰同等地好，以防止密鑰窮舉攻擊奏效。但密鑰又不能過長，以便於密鑰的管理。DES采用56比特密鑰，現在看來太短瞭，IDEA采用128比特密鑰，據估計，在今後30～40年內采用80比特密鑰是足夠安全的。 (3)由密鑰確定置換的算法要足夠復雜，充分實現明文與密鑰的擴散和混淆，沒有簡單的關係可循，能抗擊各種已知的攻擊，如差分攻擊和綫性攻擊；有高的非綫性階數，實現復雜的密碼變換；使對手破譯時除瞭用窮舉法外，無其他捷徑可循。 (4)加密和解密運算簡單，易於軟件和硬件高速實現。如將分組n劃分為子段，每段長為8、16或者32。在以軟件實現時，應選用簡單的運算，使作用於子段上的密碼運算易於以標準處理器的基本運算，如加、乘、移位等實現，避免使用以軟件難以實現的逐比特置換。為瞭便於硬件實現，加密和解密過程之間的差彆應僅在於由秘密密鑰所生成的密鑰錶不同而已。這樣，加密和解密就可使用同一器件實現。設計的算法采用規則的模塊結構，如多輪迭代等，以便於軟件和VLSI快速實現。此外，差錯傳播和數據擴展要盡可能小。 (5)數據擴展盡可能小。一般無數據擴展，在采用同態置換和隨機化加密技術時可引入數據擴展。 (6)差錯傳播盡可能小。 要實現上述幾點要求並不容易。首先，要在理論上研究有效而可靠的設計方法，而後進行嚴格的安全性檢驗，並且要易於實現。 下麵介紹設計分組密碼的一些常用方法。 3.1.1代換 如果明文和密文的分組長都為n比特，則明文的每一個分組都有2n個可能的取值。為使加密運算可逆(使解密運算可行)，明文的每一個分組都應産生唯一的一個密文分組，這樣的變換是可逆的，稱明文分組到密文分組的可逆變換為代換。不同可逆變換的個數有2n!個。 圖3��2代換結構圖3��2錶示n=4的代換密碼的一般結構，4比特輸入産生16個可能輸入狀態中的一個，由代換結構將這一狀態映射為16個可能輸齣狀態中的一個，每一輸齣狀態由4個密文比特錶示。加密映射和解密映射可由代換錶來定義，如錶3��1所示。這種定義法是分組密碼最常用的形式，能用於定義明文和密文之間的任何可逆映射。錶3��1與圖3��2對應的代換錶 明文密文明文密文00001110100000110001010010011010001011011010011000110001101111000100001011000101010111111101100101101011111000000111100011110111密文明文密文明文00001110100001110001001110011101001001001010100100111000101101100100000111001011010111001101001001101010111000000111111111110101但這種代換結構在實用中還有一些問題需考慮。如果分組長度太小，如n=4，係統則等價於古典的代換密碼，容易通過對明文的統計分析而攻破。這個弱點不是代換結構固有的，隻是因為分組長度太短。如果分組長度n足夠大，而且從明文到密文可有任意可逆的代換，那麼明文的統計特性將被隱藏而使以上的攻擊不能奏效。 然而，從實現的角度來看，分組長度很大的可逆代換結構是不實際的。仍以錶3��1為例，該錶定義瞭n=4時從明文到密文的一個可逆映射，其中第二列是每個明文分組對應的密文分組的值，可用來定義這個可逆映射。因此從本質上來說，第二列是從所有可能的映射中決定某一特定映射的密鑰。在這個例子中，密鑰需要64比特。一般，對n比特的代換結構，密鑰的大小是n×2n比特。如對64比特的分組，密鑰大小應是64×264=270≈1021比特，因此難以處理。實際中常將n分成較小的段，例如可選n=r·n0，其中r和n0都是正整數，將設計n個變量的代換變為設計r個較小的子代換，而每個子代換隻有n0個輸入變量。一般n0都不太大，稱每個子代換為代換盒，簡稱為S盒。例如DES中將輸入為48比特、輸齣為32比特的代換用8個S盒來實現，每個S盒的輸入端數僅為6比特，輸齣端數僅為4比特。 3.1.2擴散和混淆 擴散和混淆是由Shannon提齣的設計密碼係統的兩個基本方法，目的是抗擊敵手對密碼係統的統計分析。如果敵手知道明文的某些統計特性，如消息中不同字母齣現的頻率，或可能齣現的特定單詞或短語，而且這些統計特性以某種方式在密文中反映齣來，敵手就有可能得齣加密密鑰或其一部分，或包含加密密鑰的一個可能密鑰集閤。在Shannon稱之為理想密碼的密碼係統中，密文的所有統計特性都與所使用的密鑰獨立。圖3��2討論的代換密碼就是這樣的一個密碼係統，然而是不實用的。 所謂擴散，就是將明文的統計特性散布到密文中去，實現方式是使得密文中每一位由明文中多位産生。例如，對英文消息M=m1m2m3…的加密操作yn=chr(∑ki=1ord(mn+i)(mod26))其中ord(mi)是求字母mi對應的序號，chr(i)是求序號i對應的字母，密文字母yn是由明文中k個連續的字母相加而得。這時明文的統計特性將被散布到密文，因而每一字母在密文中齣現的頻率比在明文中齣現的頻率更接近於相等，雙字母及多字母齣現的頻率也更接近於相等。在二元分組密碼中，可對數據重復執行某個置換再對這一置換作用以一個函數，便可獲得擴散。 分組密碼在將明文分組依靠密鑰變換到密文分組時，擴散的目的是使明文和密文之間的統計關係變得盡可能復雜，以使敵手無法得到密鑰。混淆是使密文和密鑰之間的統計關係變得盡可能復雜，以使敵手無法得到密鑰。因此即使敵手能得到密文的一些統計關係，由於密鑰和密文之間統計關係復雜化，敵手無法得到密鑰。使用復雜的代換算法可得預期的混淆效果，而簡單的綫性代換函數得到的混淆效果不夠理想。 擴散和混淆成功地實現瞭分組密碼的本質屬性，因而成為設計現代分組密碼的基礎。 3.1.3Feistel密碼結構 很多分組密碼的結構從本質上說都是基於一個稱為Feistel網絡的結構。Feistel提齣利用乘積密碼可獲得簡單的代換密碼，乘積密碼指順序地執行兩個或多個基本密碼係統，使得最後結果的密碼強度高於每個基本密碼係統産生的結果，Feistel還提齣瞭實現代換和置換的方法。其思想實際上是Shannon提齣的利用乘積密碼實現混淆和擴散思想的具體應用。 1.Feistel加密結構 圖3��3是Feistel網絡示意圖，加密算法的輸入是分組長為2w的明文和一個密鑰K。將每組明文分成左右兩半L0和R0，在進行完n輪迭代後，左右兩半再閤並到一起以産生密文分組。其第i輪迭代的輸入為前輪輸齣的函數：Li=Ri－1 Ri=Li－1�軫(Ri－1,Ki)其中Ki是第i輪用的子密鑰，由加密密鑰K得到。一般，各輪子密鑰彼此不同而且與K也不同。 圖3��3Feistel網絡 Feistel網絡中每輪結構都相同，每輪中右半數據被作用於輪函數F後，再與左半數據進行異或運算，這一過程就是上麵介紹的代換。每輪輪函數的結構都相同，但以不同的子密鑰Ki作為參數。代換過程完成後，再交換左、右兩半數據，這一過程稱為置換。這種結構是Shannon提齣的代換�倉沒煌�絡(Substitution�睵ermutationNetwork，SPN)的特有形式。 Feistel網絡的實現與以下參數和特性有關： (1)分組大小。分組越大則安全性越高，但加密速度就越慢。分組密碼設計中最為普遍使用的分組大小是64比特。 (2)密鑰大小。密鑰越長則安全性越高，但加密速度就越慢。現在普遍認為64比特或更短的密鑰是不安全的，通常使用128比特長的密鑰。 (3)輪數。單輪結構遠不足以保證安全性，多輪結構可提供足夠的安全性。典型地，輪數取為16。 (4)子密鑰産生算法。該算法的復雜性越高，則密碼分析的睏難性就越大。 (5)輪函數。輪函數的復雜性越高，密碼分析的睏難性也越大。 在設計Feistel網絡時，還要考慮以下兩個問題： (1)快速的軟件實現。在很多情況下，算法是被鑲嵌在應用程序中，因而無法用硬件實現。此時算法的執行速度是考慮的關鍵。 (2)算法容易分析。如果算法能被無疑義地解釋清楚，就可容易地分析算法抵抗攻擊的能力，有助於設計高強度的算法。 2.Feistel解密結構 Feistel解密過程本質上和加密過程是一樣的，算法使用密文作為輸入，但使用子密鑰Ki的次序與加密過程相反，即第一輪使用Kn，第二輪使用Kn－1，一直下去，最後一輪使用K1。這一特性保證瞭解密和加密可采用同一算法。 圖3��4的左邊錶示16輪Feistel網絡的加密過程，右邊錶示解密過程，加密過程由上而下，解密過程由下而上。為清楚起見，加密算法每輪的左右兩半用LEi和REi錶示，解密算法每輪的左右兩半用LDi和RDi錶示。圖中右邊標齣瞭解密過程中每一輪的中間值與左邊加密過程中間值的對應關係，即加密過程第i輪的輸齣是LEi‖REi(‖錶示鏈接)，解密過程第16－i輪相應的輸入是RDi‖LDi。 圖3��4Feistel加解密過程 加密過程的最後一輪執行完後，兩半輸齣再經交換，因此密文是RE16‖LE16。解密過程取以上密文作為同一算法的輸入，即第一輪輸入是RE16‖LE16，等於加密過程第16輪兩半輸齣交換後的結果。現在顯示解密過程第一輪的輸齣等於加密過程第16輪輸入左右兩半的交換值。 在加密過程中：LE16=RE15 RE16=LE15�軫(RE15,K16)在解密過程中：LD1=RD0=LE16=RE15 RD1=LD0�軫(RD0,K16)=RE16�軫(RE15,K16) =LE15�軫(RE15,K16)�軫(RE15,K16) =LE15所以解密過程第一輪的輸齣為LE15‖RE15，等於加密過程第16輪輸入左右兩半交換後的結果。容易證明這種對應關係在16輪中每輪都成立。一般，加密過程的第i輪有：LEi=REi－1 REi=LEi－1�軫(REi－1,Ki)因此REi－1=LEi LEi－1=REi�軫(REi－1,Ki)=REi�軫(LEi,Ki)以上兩式描述瞭加密過程中第i輪的輸入與第i輪輸齣的函數關係，由此關係可得圖3��4右邊顯示的LDi和RDi的取值關係。 最後可以看到，解密過程最後一輪的輸齣是RE0‖LE0，左右兩半再經一次交換後即得最初的明文。 3.2數據加密標準DES(DataEncryptionStandard)是迄今為止世界上最為廣泛使用和流行的一種分組密碼算法，它的分組長度為64比特，密鑰長度為56比特，它是由美國IBM公司研製的，是早期的稱作Lucifer密碼的一種發展和修改。DES在1975年3月17日首次被公布在聯邦記錄中，在做瞭大量的公開討論後於1977年1月15日正式批準並作為美國聯邦信息處理標準，即FIPS��46，同年7月15日開始生效。規定每隔5年由美國國傢保密局(NationalSecurityAgency，NSA)作齣評估，並重新批準它是否繼續作為聯邦加密標準。最後一次評估是在1994年1月，美國已決定1998年12月以後將不再使用DES。1997年，DESCHALL小組經過近4個月的努力，通過Internet搜索瞭3×1016個密鑰，找齣瞭DES的密鑰，恢復齣瞭明文。1998年5月美國EFF(ElectronicsFrontierFoundation)宣布，他們將一颱價值20萬美元的計算機改裝成的專用解密機，用56小時破譯瞭56比特密鑰的DES。美國國傢標準和技術協會已徵集並進行瞭幾輪評估篩選，産生瞭稱為AES(AdvancedEncryptionStandard)的新加密標準。盡管如此，DES對於推動密碼理論的發展和應用起瞭重大作用，對於掌握分組密碼的基本理論、設計思想和實際應用仍然有著重要的參考價值，下麵是這一算法的描述。 3.2.1DES描述 圖3��5是DES加密算法的框圖，其中明文分組長為64比特，密鑰長為56比特。圖的左邊是明文的處理過程，有3個階段，首先是一個初始置換IP，用於重排明文分組的64比特數據。然後是具有相同功能的16輪變換，每輪中都有置換和代換運算，第16輪變換的輸齣分為左右兩半，並被交換次序。最後再經過一個逆初始置換IP-1(為IP的逆)從而産生64比特的密文。除初始置換和逆初始置換外，DES的結構和圖3��3所示的Feistel密碼結構完全相同。 圖3��5DES加密算法框圖 圖3��5的右邊是使用56比特密鑰的方法。密鑰首先通過一個置換函數，然後，對加密過程的每一輪，通過一個左循環移位和一個置換産生一個子密鑰。其中每輪的置換都相同，但由於密鑰被重復迭代，所以産生的每輪子密鑰不相同。 1.初始置換 錶3��2(a)和錶3��2(b)分彆給齣瞭初始置換和逆初始置換的定義，為瞭顯示這兩個置換的確是彼此互逆的，考慮下麵64比特的輸入M：錶3��2DES的置換錶 (a)初始置換IP58504234261810260524436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157(b)逆初始置換IP-140848165624643239747155523633138646145422623037545135321612936444125220602835343115119592734242105018582633141949175725(c)選擇擴展運算E3212345456789891011121312131415161716171819202120212223242524252627282928293031321(d)置換運算P1672021291228171152326518311028241432273919133062211425M1M2M3M4M5M6M7M8 M9M10M11M12M13M14M15M16 M17M18M19M20M21M22M23M24 M25M26M27M28M29M30M31M32 M33M34M35M36M37M38M39M40 M41M42M43M44M45M46M47M48 M49M50M51M52M53M54M55M56 M57M58M59M60M61M62M63M64 其中Mi是二元數字。由錶3��2(a)，得X=IP(M)為：M58M50M42M34M26M18M10M2 M60M52M44M36M28M20M12M4 M62M54M46M38M30M22M14M6 M64M56M48M40M32M24M16M8 M57M49M41M33M25M17M9M1 M59M51M43M35M27M19M11M3 M61M53M45M37M29M21M13M5 M63M55M47M39M31M23M15M7如果再取逆初始置換Y=IP-1(X)=IP-1(IP(M))，可以看齣，M各位的初始順序將被恢復。 2.輪結構 圖3��6是DES加密算法的輪結構，首先看圖的左半部分。將64比特的輪輸入分為 圖3��6DES加密算法的輪結構 各為32比特的左、右兩半，分彆記為L和R。和Feistel網絡一樣，每輪變換可由以下公式錶示：Li=Ri－1 Ri=Li－1�軫(Ri－1,Ki)其中輪密鑰Ki為48比特，函數F(R,K)的計算如圖3��7所示。輪輸入的右半部分R為32比特，R首先被擴展成48比特，擴展過程由錶3��2(c)定義，其中將R的16個比特各重復一次。擴展後的48比特再與子密鑰Ki異或，然後再通過一個S盒，産生32比特的輸齣。該輸齣再經過一個由錶3��2(d)定義的置換，産生的結果即為函數F(R,K)的輸齣。 圖3��7函數F(R,K)的計算過程 F中的代換由8個S盒組成，每個S盒的輸入長為6比特、輸齣長為4比特，其變換關係由錶3��3定義，每個S盒給齣瞭4個代換(由一個錶的4行給齣)。錶3��3DES的S盒定義 列 行0123456789101112131415S101441312151183106125907101574142131106121195382411481362111512973105031512824917511314100613S201518146113497213120510131347152814120110691152014711104131581269321531381013154211671205149S301009146315511312711428113709346102851412111512136498153011121251014731101306987415143115212續錶 列 行0123456789101112131415S407131430691012851112415113811561503472121101492106901211713151314528433150610113894511127214S502124171011685315130149114112124713150151039862421111013781591256301431181271142136150910453S601211015926801334147511110154271295611314011382914155281237041011311634321295151011141760813S704112141508133129751061113011749110143512215862141113123714101568059236111381410795015142312S801328461511110931450127111513810374125611014922711419121420610131535832114741081315129035611對每個盒Si，其6比特輸入中，第1個和第6個比特形成一個2位二進製數，用來選擇Si的4個代換中的一個。在6比特輸入中，中間4位用來選擇列。行和列選定後，得到其交叉位置的十進製數，將這個數錶示為4位二進製數即得這一S盒的輸齣。例如，S1的輸入為011001，行選為01(即第1行)，列選為1100(即第12列)，行列交叉位置的數為9，其4位二進製錶示為1001，所以S1的輸齣為1001。 S盒的每一行定義瞭一個可逆代換，圖3��2(在3.1.1節)錶示S1第0行所定義的代換。 3.密鑰的産生 再看圖3��5和圖3��6，輸入算法的56比特密鑰首先經過一個置換運算，該置換由錶3��4(a)給齣，然後將置換後的56比特分為各為28比特的左、右兩半，分彆記為C0和D0。在第i輪分彆對Ci-1和Di-1進行左循環移位，所移位數由錶3��4(c)給齣。移位後的結果作為下一輪求子密鑰的輸入，同時也作為置換選擇2的輸入。通過置換選擇2産生的48比特的Ki，即為本輪的子密鑰，作為函數F(Ri－1,Ki)的輸入。其中置換選擇2由錶3��4(b)定義。錶3��4DES密鑰編排中使用的錶 (a)置換選擇1PC��157494133251791585042342618102595143352719113605244366355473931231576254463830221466153453729211352820124(b)置換選擇2PC��21417112415328156211023191242681672720132415231374755304051453348444939563453464250362932（c）左循環移位位數輪數12345678910111213141516位數11222222122222214.解密 和Feistel密碼一樣，DES的解密和加密使用同一算法，但子密鑰使用的順序相反。 3.2.2二重DES ……
前言/序言
2017-06-13
網絡空間安全重點規劃叢書編審委員會顧問委員會主任：瀋昌祥（中國工程院院士）
特彆顧問：姚期智（美國國傢科學院院士、美國人文及科學院院士、中國科學院院士、“圖靈奬”獲得者）
何德全（中國工程院院士）蔡吉人（中國工程院院士）
方濱興（中國工程院院士）
主任：封化民
副主任：韓臻李建華王小雲張煥國馮登國
委員：（按姓氏拼音為序）
曹珍富陳剋非陳興蜀杜瑞穎段海新高嶺
宮力榖大武何大可侯整風鬍愛群鬍道元
黃繼武黃劉生荊繼武寇衛東來學嘉李暉
劉建偉劉建亞馬建峰毛文波裴定一錢德沛
秦玉海秦誌光卿斯漢石文昌汪烈軍王懷民
王勁鬆王軍王麗娜王美琴王清賢王新梅
王育民吳曉平謝鼕青徐明許進楊波
楊庚楊義先俞能海張功萱張紅旗張宏莉
張敏情張玉清鄭東周福纔
叢書策劃：張民21世紀是信息時代，信息已成為社會發展的重要戰略資源，社會的信息化已成為當今世界發展的潮流和核心，而信息安全在信息社會中將扮演極為重要的角色，它會直接關係到國傢安全、企業經營和人們的日常生活。隨著信息安全産業的快速發展，全球對信息安全人纔的需求量不斷增加，但我國目前信息安全人纔極度匱乏，遠遠不能滿足金融、商業、公安、軍事和政府等部門的需求。要解決供需矛盾，必須加快信息安全人纔的培養，以滿足社會對信息安全人纔的需求。為此，教育部繼2001年批準在武漢大學開設信息安全本科專業之後，又批準瞭多所高等院校設立信息安全本科專業，而且許多高校和科研院所已設立瞭信息安全方嚮的具有碩士和博士學位授予權的學科點。
信息安全是計算機、通信、物理、數學等領域的交叉學科，對於這一新興學科的培養模式和課程設置，各高校普遍缺乏經驗，因此中國計算機學會教育專業委員會和清華大學齣版社聯閤主辦瞭“信息安全專業教育教學研討會”等一係列研討活動，並成立瞭“高等院校信息安全專業係列教材”編審委員會，由我國信息安全領域著名專傢肖國鎮教授擔任編委會主任，指導“高等院校信息安全專業係列教材”的編寫工作。編委會本著研究先行的指導原則，認真研討國內外高等院校信息安全專業的教學體係和課程設置，進行瞭大量前瞻性的研究工作，而且這種研究工作將隨著我國信息安全專業的發展不斷深入。係列教材的作者都是既在本專業領域有深厚的學術造詣、又在教學第一綫有豐富的教學經驗的學者、專傢。
該係列教材是我國第一套專門針對信息安全專業的教材，其特點是：
①體係完整、結構閤理、內容先進。
②適應麵廣：能夠滿足信息安全、計算機、通信工程等相關專業對信息安全領域課程的教材要求。
③立體配套：除主教材外，還配有多媒體電子教案、習題與實驗指導等。
④版本更新及時，緊跟科學技術的新發展。
在全力做好本版教材，滿足學生用書的基礎上，還經由專傢的推薦和審定，遴選瞭一批國外信息安全領域優秀的教材加入到係列教材中，以進一步滿足大傢對外版書的需求。“高等院校信息安全專業係列教材”已於2006年年初正式列入普通高等教育“十一五”國傢級教材規劃。
2007年6月，教育部高等學校信息安全類專業教學指導委員會成立大會暨第一次會議在北京勝利召開。本次會議由教育部高等學校信息安全類專業教學指導委員會主任單位北京工業大學和北京電子科技學院主辦，清華大學齣版社協辦。教育部高等學校信息安全類專業教學指導委員會的成立對我國信息安全專業的發展起到重要的指導和推動作用。2006年教育部給武漢大學下達瞭“信息安全專業指導性專業規範研製”的教學科研項目。2007年起該項目由教育部高等學校信息安全類專業教學指導委員會組織實施。在高教司和教指委的指導下，項目組團結一緻，努力工作，剋服睏難，曆時5年，製定齣我國第一個信息安全專業指導性專業規範，於2012年年底通過經教育部高等教育司理工科教育處授權組織的專傢組評審，並且已經得到武漢大學等許多高校的實際使用。2013年，新一屆“教育部高等學校信息安全專業教學指導委員會”成立。經組織審查和研究決定，2014年以“教育部高等學校信息安全專業教學指導委員會”的名義正式發布《高等學校信息安全專業指導性專業規範》（由清華大學齣版社正式齣版）。
現代密碼學(第4版)齣版說明2015年6月，國務院學位委員會、教育部齣颱增設“網絡空間安全”為一級學科的決定，將高校培養網絡空間安全人纔提到新的高度。2016年6月，中央網絡安全和信息化領導小組辦公室（下文簡稱中央網信辦）、國傢發展和改革委員會、教育部、科學技術部、工業和信息化部及人力資源和社會保障部六大部門聯閤發布《關於加強網絡安全學科建設和人纔培養的意見》（中網辦發文[2016]4號）。為貫徹落實《關於加強網絡安全學科建設和人纔培養的意見》，進一步深化高等教育教學改革，促進網絡安全學科專業建設和人纔培養，促進網絡空間安全相關核心課程和教材建設，在教育部高等學校信息安全專業教學指導委員會和中央網信辦資助的網絡空間安全教材建設課題組的指導下，啓動瞭“網絡空間安全重點規劃叢書”的工作，由教育部高等學校信息安全專業教學指導委員會秘書長封化民校長擔任編委會主任。本規劃叢書基於“高等院校信息安全專業係列教材”堅實的工作基礎和成果、陣容強大的編審委員會和優秀的作者隊伍，目前已經有多本圖書獲得教育部和中央網信辦等機構評選的“普通高等教育本科國傢級規劃教材”、“普通高等教育精品教材”、“中國大學齣版社圖書奬”和“國傢網絡安全優秀教材奬”等多個奬項。
“網絡空間安全重點規劃叢書”將根據《高等學校信息安全專業指導性專業規範》（及後續版本）和相關教材建設課題組的研究成果不斷更新和擴展，進一步體現科學性、係統性和新穎性，及時反映教學改革和課程建設的新成果，並隨著我國網絡空間安全學科的發展不斷完善，力爭為我國網絡空間安全相關學科專業的本科和研究生教材建設、學術齣版與人纔培養做齣更大的貢獻。
我們的E�瞞ail地址是：zhangm@tup.tsinghua.edu.cn，聯係人：張民。
“網絡空間安全重點規劃叢書”編審委員會當今世界，互聯網深刻改變瞭人們的生産和生活方式，但我們在網絡安全方麵卻麵臨著嚴峻挑戰。從宏觀上說，網絡安全是事關國傢安全的重大戰略問題——沒有網絡安全就沒有國傢安全；從微觀上看，網絡安全關乎我們每個人的信息安全。網絡安全指網絡係統中硬件、軟件及其係統中的數據安全。從本質上說，網絡安全就是網絡上的信息安全。
信息安全又分為係統安全(包括操作係統的安全、數據庫係統的安全等)、數據安全(包括數據的安全存儲、安全傳輸)和內容安全(包括病毒的防護、不良內容的過濾等)3個層次，是一個綜閤、交叉的學科領域，要利用數學、電子、信息、通信、計算機等諸多學科的長期知識積纍和最新發展成果。信息安全研究的內容很多，涉及安全體係結構、安全協議、密碼理論、信息分析、安全監控、應急處理等，其中密碼技術是保障數據安全的關鍵技術。
密碼技術中的加密方法包括單鑰密碼體製(又稱為對稱密碼體製)和公鑰密碼體製，而單鑰密碼體製又包括流密碼和分組密碼。本書在第1章介紹現代密碼學的基本概念後，在第2～4章分彆介紹流密碼、分組密碼、公鑰密碼。不管哪種密碼體製都需要用到密鑰，因此密鑰分配與密鑰管理也是密碼技術的重要內容，這部分內容在第5章介紹。信息的安全性除要考慮保密性外，還需考慮信息的真實性、完整性、順序性、時間性以及不可否認性。本書以3章的篇幅(第6章消息認證和哈希算法、第7章數字簽字和認證協議、第8章密碼協議)介紹這部分內容。第9章可證明安全介紹如何刻畫公鑰密碼體製的語義安全性。第10章網絡加密與認證介紹加密技術和認證技術在網絡中的具體應用。書中4.1.5節的卡米歇爾定理、4.1.11節循環群、4.1.12節循環群的選取、8.3節安全多方計算協議、第9章可證明安全供研究生使用。
本書自2003年8月第1版以來，已被150餘所學校作為教材，曾獲批普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材，2016年獲得首屆國傢網絡安全優秀教材奬。第4版在第3版的基礎上進行修訂，因為內容陳舊而去掉瞭原5.3節，重新編寫瞭第9章，增加瞭3.7節、3.8節、6.1.4節、6.6節和7.4節。
本書的特點：一是內容新穎、深入、全麵，涵蓋瞭現代密碼學的最新成果；二是內容的安排充分考慮到作為教材，如何方便地在教學中使用。在本書的編寫過程中，參考瞭國內外的有關著作和文獻，特彆是Stallings、王育民、盧開澄、硃文餘等人的著作。
西安電子科技大學通信工程學院的肖國鎮教授作為本書的責任編委，認真審閱瞭全書並提齣瞭許多寶貴的指導意見，對此錶示特彆的感謝。清華大學齣版社張民編輯為本書的齣版做瞭大量的工作，在此錶示衷心的感謝。
由於作者水平有限，書中不足在所難免，懇請讀者批評指正。
現代密碼學(第4版)前言
作者2017年4月
用戶評價
可以
評分期末復習指定書
評分當大傢看到我的這一篇評價時，錶示我對産品是認可的，盡管我此刻的評論是復製粘貼的。這一方麵是為瞭肯定商傢的服務，另一方麵是為瞭節省自己的時間，因為差評我會直接說為什麼的。所以大傢就當做是産品質量閤格的意思來看就行瞭。最後祝店傢越做越好，大傢幸福平安，中華民族繁榮昌盛。
評分一直買這本書，所以齣來的新版本一定要買
評分感覺不錯，書的質量很好，內容很全麵。
評分期末復習指定書
評分感覺不錯，書的質量很好，內容很全麵。
評分經典的密碼學書籍，考博必備
評分期末復習指定書
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