信息系統安全第章

信息系統安全教程第1章數據加密數據保密就是隱蔽數據隱蔽數據的可讀性——數據加密隱蔽數據的存在性——數據隱藏1.1數據加密技術概述如果用P表示明文，用C表示密文，則可以將加密寫成如下函數形式：C=EEK(P)E為加密函數，EK稱為加密密鑰1.1.1替代密碼將明文中的每個位置的字母都用其他字母代替。Vigenere方陣表1.1維吉尼亞方陣明文abcdefghijklmnopqrstuvwxyzaABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZbBCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA…eEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD…sSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRtTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRS…zZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYVigenere密碼設P=datasecurity，k=best則采用維吉尼亞密碼的加密過程如下：1按密鑰的長度將P分解若干節(jié)2對每一節(jié)明文，利用密鑰best進行變換。得到如下密文：C=EEK(P)=EELTTIUNSMLR密鑰best明文datasecurity其他替換密碼（1）多名替換密碼（HomophonicSubstitutionCipher）：一個字母可以映射為多個密文字母。如：A~5，12，25，56B~7，17，31，57……（2）多字母密碼（PolyAlphabeticCipher）：字符塊被成組加密。如ABA~RTQABB~SLL……1.1.2換位密碼換位就是將明文中字母的位置重新排列。逆序法，如明文：computersystem密文：metsysretupmoc列換位法首先要將明文排成一個矩陣，解決兩個問題：·排成的矩陣的寬度——有多少列；·排成矩陣后，各列按什么樣的順序輸出。引入一個密鑰k，既可定義矩陣的寬度，又可以定義各列的輸出順序。密鑰：k=computer明文：WHATCANYOULEARNFROMTHISBOOK”按密鑰排列明文：列換位法舉例密鑰COMPUTER順序號14358726明文WHATCANYOULEARNFROMTHISBOOKXXXXX密文：WORONNSXALMKHUOOTETXYFBXARIXCAHX1.1.3簡單異或異或運算具有如下特點：0+0=00+1=11+0=11+1=0a+a=0a+b+b=a即兩個運算數相同，結果為0；不同，結果為1。使用簡單異或進行加密，就是將明文與密鑰進行異或運算，解密則是對密文用同一密鑰進行異或運算。即

P+k=CC+k=P1.1.4分組密碼分組密碼是一種加密管理方法便于標準化；便于在分組（如x.25，IP）網絡中被打包傳輸；一個密文組的傳輸錯誤不會影響其他密文組，容易實現同步。由于相同的密文一定對應相同的明文，所以分組密碼不能隱蔽數據模式，同時也不能抵抗組重放、嵌入和刪除等攻擊。1.1.5對稱密碼體制和非對稱密碼體制Kd=KeKd≠Ke非對稱密鑰體制對稱密鑰體制非對稱密鑰體制的特點·加密和解密分別用不同的密鑰進行，即DKe(EKe(P))≠P，DKd(EKe(P))=P?！ぜ用苊荑€和解密密鑰可以對調，即DKe(EKd(P))=P。·應能在計算機上容易地成對生成，但不能由已知的Kd導出未知Ke，也不能由已知的Ke導出未知Kd。1.1.6密鑰安全與公開密碼體制密碼的安全決定與算法的安全和密鑰的安全兩個方面?；谒惴ūＣ艿陌踩呗砸呀洸辉偈褂茫骸に惴ㄊ且苏莆盏摹Ｒ坏┤藛T變動，就要更換算法?！に惴ǖ拈_發(fā)是非常復雜的。一旦算法泄密，重新開發(fā)需要一定的時間?！げ槐阌跇藴驶河捎诿總€用戶單位必須有自己唯一的加密算法，不可能采用統一的硬件和軟件產品。否則偷竊者就可以在這些硬件和軟件的基礎上進行猜測式開發(fā)?！げ槐阌谫|量控制：用戶自己開發(fā)算法，需要好的密碼專家，否則對安全性難于保障現代密碼學認為，所有加密算法的安全性都應當基于密鑰的安全性，而不是基于算法實現的細節(jié)。公開密鑰體制XDXEEDDSKA(P)EPKBDSKA(P)DSKA(P)SKAPKBPKASKB1.萍2數據負加密買標準塞算法DE后S（da舌ta工e暫nc浸ry皂pt興io望n神st織an滾da通rd，數勉據加允密標營準）IB他M公司19誘75年提蘇出19售77年1月15日美若國國少家標蒸準局問正式斯采用蔑，作斤為非選機要啊部門資的數鏟據加謹密標儀準1.警2.杏1尖DE嶼S及其青基本平思想19攪73年5月美哲國國撞家標美準局賺發(fā)出窩通告配，公小開征錯求對卷計算付機數濾據在萬傳輸晶和存頂儲期金間的顧進行胸數據受加密雷算法障的要屑求：（1）必但須提正供高萍度的食安全屋性；（2）具財有相唯當高累的復伐雜性享，使摘得破頁譯的寒開銷喊超過零獲得淹的利扮益，掩但同榴時又把便于愛理解象和掌淋握；（3）安呢全性欣應當韻不依抖賴于血算法般的保倆密，暈加密梅的安遞全性訴僅以輕加密拉密鑰縱的保喜密為患基礎型；（4）必蝕須適域合不分同的驕用戶傲和不粱同的墳應用昏場合幻玉；（5）實獎現算紀法的殺電子儉器件鑄必須朝很經批濟，稱運行絮有效洋；（6）必電須能鹿夠有堡出口汁。DE犬S算法著的特方點（1）對陡稱算城法：畝既可角用于查加密插，也爸可用負于解巖密。（2）64位的豈密鑰筐，使嘆用長用度為56位（64位明敘文中索，有8位用瓣于奇烘偶校火驗）定。（3）加司密算啊法是租混淆酷與擴惰散的窩結合六，或慈者說桃是換炕位與土置換棟的結澡合。（4）每買個DE他S都在舉明文竄上實妥施16重相雷同的海組合愁技術界。這杰種重摔復性勾可以促被非界常理貞想地新應用嶄到一辭個專授用芯烤片中服。初始換位56位密鑰64位密文組64位明文組16輪加密變換生成16個48位子密鑰壓縮變換逆初始換位56位密鑰DES64位明文組64位密文組56位密鑰1.提2.殊2霜DE襪S加密袍過程惡細化·初始執(zhí)換位小和逆皂初始確換位菠；·將64位明爪文分柄為32位的濤左右虜兩段題：L0和R0；·進行16輪相蘇同的績迭代柴運算狼：混蜻淆+異或+交換掃；·將最號后左盛右兩旅段合誦并；·生成竿每一江輪的筋子密抗鑰。64位明文組初始換位IP得到L0得到R0f+K1L1=R0R0=L0f(R0,K1)f+K2L2=R1R2=L1f(R1,K2)f+L15=R14R15=L14f(R14,K15)fKi+R16=L15f(R15,K16)L16=R15逆初始換位IP-1K1664位密文組初始第換位IP和逆遲初始陵換位IP-1408481656246432397471555236331386461454226230375451353216129364441252206028353431151195927342421050185826331419491757255850423426181026052443628201246254`4638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157逆初咱始換事位IP-1初始敗換位IPDE僑S子密晴鑰的持生成64位密鑰56位密鑰壓縮變換PC-1分割得到C0，D0左移左移壓縮變換PC-2左移左移壓縮變換PC-2左移左移壓縮變換PC-2K1K2K16┇（48位）（48位）（48位）28位28位壓縮青變換PC個-1與分蓋割得侄到C0，D0PC滴-1的作猾用是啄去掉盜奇偶急校驗吸位8，16，24，32，40，48，56，64后，并按56位進撐行換乞位。C0=k57k49k41…k52k44k36D0=k43k55k47…k20k12k45749413325179158504234261810259514335271911360524436635547393123157625446380221466153453729211352820124密鑰系移位——每輪繳左移野位數壓縮羽置換PC叛-2輪數12345678910111213141516移動位數11222222122222211417112415328156211023191242681672720132415231374755304051453348444939563453464250362932DE倒S的f算法F算法域的主朱要組碧成E-盒S-盒P-盒32位Ri-1+48位KiP-盒置換32位Li-1E-盒擴展置換S-盒替代+32位Ri32位Li48位32位48位32位E-盒（Ex護pa時ns乏io府n狹Pe哀rm事ut男at妹io姜n,擴展陽置換眨）把數妨據明大文的膏右半榴部分Ri從32位擴珍展到48位12345678910111213141516輸入12345678910111213141516171819202122232448輸出12345678910111213141516（對應輸入）4598131217251632S-盒代委換S-盒是雙進行繼了壓庸縮后機的密照鑰（56位→4版8位）辦與擴久展后煤的明肝文分怨組（32位→4巖8位）篩異或鉆后進蠻行的亡。目恐的是精對48位的筋輸入稼替代稼壓縮距成32位的秤輸出汁。替松代由8個S-盒進亦行。乖每個S-盒有6位輸至入，4位輸搭出。S-盒1S-盒2S-盒3S-盒4S-盒5S-盒6S-盒7S-盒848位輸入32位輸出P-盒置虹換1672021291228171152326518311028241432273919133062211425對S-盒的32位輸惜出進旬行一絹次換臘位1.合2.丙3關于DE年S安全思性的灶討論（1）DE昂S的密惑鑰空仇間較犯小。DE脆S的密基鑰長笛度只在有56丹b。56湊b所提覆供的訪密鑰吸空間少只有256（1016）的鎖大小謠。在實引際使視用中筒，對疤密鑰拜組成兵還有悉一些漏限制陰。輸入限制4字節(jié)5字節(jié)6字節(jié)7字節(jié)8字節(jié)小寫字母（26個）4.6×1051.2×1073.1×1088.0×1092.1×1011小寫字母和數字（36個）1.7×1066.0×1072.2×1097.8×10102.8×1012字母和數字（62個）1.5×1079.2×1085.7×10103.5×10122.2×1014印刷字符（95個）8.1×1077.7×1097.4×10117.0×10136.6×10157位ASCII字符（128個）2.8×1083.4×10104.4×10125.6×10147.2×10168位ASCII字符（128個）4.3×1091.1×10122.8×10147.2×10161.8×1019弱密兩鑰和游半弱校密鑰蠢問題送。（2）S盒算革法的謠安全惡問題惹。DE連S的弱蓄密鑰置和半首弱密概鑰DE逗S有以蟻下4種弱輩密鑰疑（十互六進擇制表后示）押：01胞0朋1床01遠0結1暗01攝0推1襖01送0剛11F禿1拐F對1F灶1扁F窯1F寺1圓F括1F戴1絮FE0昂E被0住E0新E技0爹E0爽E灶0喘E0母E泳0FE炒F融E傍FE適F孟E勸FE稻F臘E邁FE瓦F載E半弱段密鑰酒有下牢面12個：01慶F卸E悄01乖F質E耗01繩F蘇E選01滅F輪EFE溝0嗓1投FE塞0奪1胃FE俗0雷1啟FE良0抖11F谷E迎0榴1F予E磨0風1F銀E額0價1F戰(zhàn)E0E0亞1領F暖E0若1朵F震E0照1卵F矛E0息1F01壇E年0枯01糞E體0岡01粗E要0妖01韻E0E0惠0版1畫E0厚0質1福E0是0總1皺E0仗011F摩F瓜E芒1F賞F材E庭1F閣F煩E扇1F芽FEFE開1聾F添FE傷1避F袖FE耀1辮F具FE民1F01每1判F揀01薪1隸F閱01送1牧F族01填1F1F眠0浮1陪1F揚0趕1外1F饞0窄1致1F艙01E0腎F榴E時E0艙F麗E劃E0如F壁E趁E0童FEFE宿E趁0碑FE月E弟0園FE啄E枕0栽FE鉤E01.逮2.曲4其他徐對稱碼加密游算法ID躲EA（in紹te鄰rn好at胞io薦na惹l來da拉ta須e呼nc事ry幸pt殘io六n待al辯go湯ri拜th艇m，國剃際數褲據加歌密算上法）分組璃加密隱算法郊，分拴組長柱度為64蹤蝶b，密鑰叨長度12右8b；核心唯由8輪迭憐代和議一個前輸出雪變換贏組成漫，能之使明美碼數把據更畝好地曾擴散丙和混被淆；運算氧過程俱只需矛使用霞下面赴三種險簡單半運算擋：·逐個便的位旱異或?。弧つ?16加；·模（216+1）乘昂。有專切利限權制。AE擇S（ad香va完nc千ed態(tài)e館nc升ry枕pt壘io差n鞏st密an懲da圣rd，高閘級加限密標仍準）軌。分組筆算法畫，分沖組大再小為12形8b密鑰凱長度道可以壟是12暗8b、19協2b或25堪6b，分撇別稱案為AE俘S-伙12驗8、AE舉S-惠19內2、AE送S-歲25藍6。無專跡利限蔬制1.朗3公開燒密鑰異算法RS增ARo襪na莖ld乓L誓.使Ri娛ve嶄stLe癢on槍ar幅d梢M.犬A蘆dl但em僅anRS垃A（Ri辨ve掀st貪,S突ha針mi壇r,齡Ad柳le阻ma列n）算向法是19們78年由R.童Ri俘ve礦st、A.找Sh痰am層ir和I.箏Ad獎le沃ma姻n提出炮的一室種基環(huán)于數央論方伏法、淋也是睜理論敗上最遼為成今熟的份公開愁密鑰饒體制類，并紹已經名得到畫廣泛祝應用縣。Ad憑i區(qū)Sh永am逐ir1.咬3.腹1椅RS扒A數學漆基礎1.費爾枕瑪（Fe拌rm迷at）定愁理描述1：若p是素蹤蝶數，a是正態(tài)整數咬且不蛇能被p整除蒜，則ap幣-1尖≡眼1漆mo壤d血p。描述2：對跟于素牛數p，若a是任枝一正元整數獻，則ap圣≡善a（mo最d坑p）。例1.正1設p=鋤3，a=掠2，則23滑-1醉=4進≡嶄1（mo昆d坊3）或23符=8桌≡2（mo饒d榆3）。例1.占2設p=扎5，a=另3，則35蘆-1撲=8腳1酷≡軋1（mo葵d角5）或35裝=2良43籠≡3（mo閣d敲5）。2.歐拉配函數歐拉萌（Eu猜le箏r）函梁數φ(守n)表示泉小于n，并絨與n互素胃的正客整數料的個厘數。例1.栗3缺φ忙(6止)問=喜2遣{1，5}；φ(瞞7)手=系6細{1，2，3，4，5，6}；φ(時9)表=懲6敞{1，2，4，5，7，8}。3.歐拉憂（Eu線le場r）定嚷理歐拉鍛定理玩：若的整數a和m互素劉，則aφ撇(m握)市≡赤1笑(m鋸od瘋m魂)例1.濟4設a=秩3，m=秧7，則渡有φ(犧7)紗=6，36斑=7愈29，72姻9≡誤1猜(m運od沸7戚)例1.示5設a=狠4，m=匠5，則輕有φ(些5)珠=2，42換=1毒6，16抖≡春1(醋mo燭d呀5)1.鴉3公開域密鑰際算法RS陸A選兩購個保服密的咱大素郊數p和q（保延密）伶。計算n=寄p·嘆q（公交開）晴，φ(顆n)尾=摩(p哭-1灰)(替q-層1)（保慰密）轟。隨機龍選取蟲一整欠數e，滿傻足1<足e<邪φ(弱n)且gc病d(頃φ(滔n)叮,e抹)=軋1（公排開）喉。計算d，滿完足d·失e賣≡著1(項mo泄d提φ(諷n)唉)（保漿密）股。得到箭一對碑密鑰兆：公恨開密茶鑰：{e功,n來}，秘絕密密雷鑰：{d傅,n書}。選擇已兩個度素數p夢=無7，q蔬=醫(yī)17。計算n班=茂p·恢q觀=代7×鬧17繼=素1勁19。計算n的歐癢拉函齒數φ(時n)舌=觸(妥p宏-揀1懷)(俱q齡-碑1)害=劈燕6貧×1酒6巴=臥96。從[0，95傍]間選愈一個申與96互質深的數e低=秘5根據鍋式5·覽d白=躍1私mo華d李96解出d婦=油77，因喚為e·巨d艙=近5×77鋒=才3速85遍=網4丸×9權6肆+來1束≡末1驚mo邀d膜96。得到懼公鑰PK葵=貨(避e,鉛n)胳=煌{師5,眾11緣瑞9}，密嗚鑰SK悼=瘡{喉77驚,1各19該}。1.宅3.麻3制RS病A加密/解密廢過程（1）明畏文數殲字化雁，即判將明縱文轉額換成搜數字歐串。（2）分騎組。飛將二招進制襖的明位文串紫分成今長度導小于lo迷g2n的數王字分澆組。（3）加怪密算享法Ci=Mie（mo須d意n）最后逼得到屢的密陵文C由長赴度相案同的執(zhí)分組Ci組成元。（4）解慰密算湖法D(坡C)晶≡騙Cd(m征od舌n執(zhí))（1）產會生密殲鑰設：p=桑43球,命q=竟59晨,塔n=萍43掛×5遺9=貞25拿37膨,φ(n派)=艙42×5頂8=絨24晉36取e=鎮(zhèn)13（與φ(n孝)沒有陡公因學子）解方派程d·經e沃≡（mo便d滿24優(yōu)36）,24經36染=遼1鉆3×卸18姓7+狼5,翼5詢=2氣43擁6-天13腳×1杠87：13也=2信×5慎+3，3=噴13疊-2損×51菊=宮3-曾2綠=媽3-（5-套3）=2叛×3銜-5遙=2蔑×（13辦-2充×5）-5=歲2×狡13春-5鏈×5校=婦2×暴13勵-5湖×（24凡36截-1球3×肥18比7）=（18臥7×困5+惰2）×1啞3-弦5×激24慣36=傍93攏7×慣13店-收-5桂×2件43笑6即：93卵7×旁13鹿≡1肚(m桶od噸2餡43統6)故e=線13，d=寇93由7（2）加丸密明文康：pu失bl茫ic躍k貧ey真e斧nc殘ry促pt勤io曠ns明文物分組擇：pu唯b湯l腦ic喊k泳e慨ye犧n源c尚ry未p很t效io靈n硬s明文般數字耗化（理按字葵母序蓮，令a=邪00谷,b假=0克1,緞c=疲02晃,…，y=康24明,z元=2津5）：15裝20關0邪11窗1買08簽02麻1郊00科4秋24借04末1倆30祖2含17株24孫1扛51拍9矩08插14禁1稠41跳8加密低按照船算法Mie（mo仔d載n）=Ci，如15寫20住13（mo新d睜25路37）=0士09慈5得到白密文00點95午1順64納8斤14駐10傷1石29扎9冶13因65磨1澡37恭9遇23揭33鍬2顛13悔2場17魄51砌1佛28動9解密爬：按烘照算圍法Cie（mo嗎d挨n）=折Mi，如00輪95次13（mo蕉d畢25孩37）=挪15遇20。1.勿3.剛4傳RS扶A安全催性分侍析窮舉砌的困妹難性念；目前示，密蔬鑰長幅度在10具24川b~棋20蠟48哥b的RS摸A還是退相對補安全瘦的。為了那保證RS淘A安全旱性，躬對p和q還有虜如下軌要求嚼：（1）p和q的長扮度相幸差不辛要太浴大；（2）p-檔1和q-惕1都應禁當有寸大數欣因子減；（3）gc糊d（p-英1，q-夫1）應途小。1.占4密鑰孩管理按照禿“一茫切秘貢密寓昨于密師鑰之抓中”生的現世代密旅碼學曉基本誤原則增，密洋鑰的睡安全禾保護切成為雁系統奔安全蒙的一車個重蔑要方筐面，系密鑰共管理察是系麗統安望全中各的一壯件至仗為重哪要的哀工作立。1.釀4.寶1密鑰揉管理翁的一塑般過唉程1.密鑰嗚的生吉成2.密鑰河的分御配網外公分發(fā)——人工有分發(fā)氧；網內食密鑰盯分配捉的方柄式有匙兩種循：用戶嘩之間閥直接賤分配通過誕密鑰怪分配由中心龜（Ke臂y歸Di柱st射ri全bu丘ti五on敏C禾en趟te溪r，KD傍C）分稅配3.密鑰敲的控鴿制使愿用4.密鑰婆的保領護與籌存儲5.密鑰葉的停帽用和扭更新6.密鑰期的銷奧毀1.獵4.屠2密鑰徒分配沒方法控舉例——密鑰謝分配樣中心期分發(fā)合單密予鑰1富A向KD促C發(fā)出繞會話印密鑰俗請求寺：ID毫A|示|湖ID半B|島|N上12柴KD立C對A的請類求應釋答：EK其a[Ks|踏|IDB|藍|N1|幼|E醉KB黎[{Ks|繁|IDA}綁]]。3裙A存儲Ks，并謝向B轉發(fā)藥：EK于B[卷Ks私||國ID諷A]。B得到盟：4逗B向A回送塔報文凍：EK藥s[N2]。5攏A向B回送截報文愧：EK終s[慈f（N2）]。確訊認B前次咸收到填的報塵文不趨是回捆放。KDCA（發(fā)起方）B（響應方）213451.丟4.迅2密鑰倚分配句方法皆舉例——無中徐心的辛單鑰子分配1合A向B會話萄請求傷：N1。N1標識株本次瓣會話蜘（可佩能是態(tài)時間世戳或某隨機德數等船一個震他人旬難于淋猜測脫的現低時值很）。2鄙B對A的請煮求應祥答：EMk[K睛s|既|I箭DB||坑f(喇N1}|陵|目N2]]全部沫報文舟用A、B共享播的主陪密鑰MKm加密蹦：·勇B選取笛的會背話密串鑰Ks；·謙A的請河求報災文（盞包括f(膽N1}，供A檢驗撲）；·瓶B的身鼻份IDb；·標識耗本次矮會話遮的N2。3黎A存儲Ks，并仆向B返回松用Ks加密f(閱N2}，供B檢驗術。A（發(fā)起方）B（響應方）1231.盈4.優(yōu)2密鑰申分配在方法保舉例——由公墨鑰管爐理機橫構分配發(fā)公線鑰1用戶A向公寬鑰管答理機多構發(fā)紙出請編求報末文：2公鑰嘗管理乏機構轉對A應答謠（用A的公熄鑰加棋密，A用自陸己的沾私鑰體解密防）。3、4撐B用同1、2相同王的方示法，針從公退鑰管板理機徒構得送到A的公托鑰PK答A。5壓A用PK災B向B發(fā)送云一個租報文拾：6里B用PK娃A向A發(fā)送溪一個房誠報文櫻：7胞A用PK陽B將N2加密緊，返處回B，供B確認亡。公鑰管理機構AB21567341.葡4.吸2密鑰訂分配受方法魯舉例——公鑰傲證書公鑰郊證書其是由CA（Ce辛rt駕if幻玉ic驗at協e康Au跪th雨or布it立y，證品書授彈權中朱心或瞧認證知中心卷）為失用戶君發(fā)布幅的一悶種電筑子證柜書。燭例如冰用戶A的證野書內爽容形鏟式為長：CA咐=ESK趴CA[T，IDA，PKA]·畝IDA是用趕戶A的標峰識?！で籔KA是A的公例鑰?！わ淭是當勺前時辣間戳苗，用且于表豈明證始書的于新鮮宋性，甩防止顫發(fā)送肝方或斗攻擊紙者重近放一桿舊證雀書?！とKCA是CA的私星鑰。反證書躁是用CA的私懷鑰加子密的飽，以壘便讓府任何松用戶菜都可飽以解地密，禿并確簡認證謊書的禁頒發(fā)津者。1.眠5信息叫隱藏伙概述信息般隱藏農（in搬fo籮rm節(jié)at奮io井n比hi內di頁ng）是榜指隱齒藏數嘗據的剃存在這性，泊通常設是把咬一個屈秘密務信息剖（se灘cr化et皂m控es勵sa豈ge）隱屯藏在濃另一遮個可塑以公暈開的值信息墻載體搜（co泄ve看r）之各中，蛙形成密新的平隱秘證載體智（st茫eg膠o