密码学基础（课程学习笔记）

基本术语
- 明文:明文是需要发送的消息;
- 密文:密文是由明文被加密后得到的乱码信息;
- 密钥:密钥是在加解密运算中所需选取的输入参数。
古典密码
- 斯巴达人密码棒装置
- 凯撒密码
- 加密方法
  - 置换密码:将输入明文的字母顺序加以打乱，而并不改变明文字母的值。
  - 代换密码:将明文字母替换，而不改变顺序。
  - 隐写术:通过隐藏消息的存在来保护消息
    - 隐形墨水
    - 字符格式的变化
    - 图象变形
  - 藏头诗
  - 隐语法
  - 析字法
机械密码
- 加解密机器
  - 恩尼格码
    - 组成
      - 键盘
      - 显示器
      - 转子（3个）
    - ENIGMA (一个转子)的缺点：连续键入6个字母，转子转动一圈，加密装置回到原始形态，此时加密与最初加密方法重复。
    - ENIGMA(两个转子):需加密6*6=36个字母后才会出现重复。
    - ENIGMA(三个转子):需加密26*26*26 =17576个字母后才会出现重复。
  - 恩尼格码克星—“炸弹”式译码机
  - 新型译码机“巨人”电子计算机
对称密码
- 加密方法
- 分类
  - 分组密码
    - 工作方式：将明文分成固定长度分组
    - 分组密码算法
      - DES算法
        
        缺陷与不足
        
        DES的设计可能隐含有陷阱,S盒的设计原理至今未公布
        
        密钥容量太小: 56位不太可能提供足够的安全性
        
        改进
        
        3DES算法：连续调用三次DES算法
        
        效率低
      - AES算法
        
        基本要求：支持128、192以及256比特这三种不同长度的密钥输入，并且每次能加密128比特长的输入明文。
      - 工作模式
        
        ECB(最简单)
        
        CBC
        
        CFB
        
        OFB
  - 流密码
    - 特点
      - 实现简单
      - 便于硬件实施
      - 加解密速度快
    - 加密过程
- 对称密码的密码分配
  - 由于通信双方都使用相同密钥，因此如果通信双方之中存在着恶意用户，就会使得上述密码的安全性得不到保证，即存在密钥的安全问题。
  - 每对用户每次使用对称加密算法时，都需要使用其他人不知道的惟一-密钥，这会使得发收信双方所拥有的密钥数量成几何级数增长，造成用户在存储于管理密钥时的负担。
  - 对称密码无法用于数字签名
- 不足
  - 密钥更新，管理与分配的问题
  - 无法应用于数字签名
公钥密码
- 思路：通信双方所持有的密钥不同，即加解密所需的输入参数不同。
- 重要特性：已知密码算法和加密密钥，求解密密钥在计算上是不可行的。
- 加解密过程
- 例如
  - RSA公钥算法
    - 以初等数论中的Euler(欧拉)定理为基础，并建立在大整数分解的困难性问题之上。
- 利用公钥思想，每个人都可以通过查询消息接受方的公钥信息，这就避免了为每对通信方都存储会话密钥的不足。
- 用户还可以利用其私密钥加密信息，并以对应的公开钥解密，以此达到数字签名的效果。
- 应用场景
  - 网络协议包含SSL/ TLS、IPsec/IKE、SSH、S/MIME、POP/IMAP、DNSsec、SBGP.....
  - 现实生活中：网上购物、网上银行、智能卡、电子邮件、数字签名
古典密码、机械密码以及对称密码，都是采用代换和置换这两种基本设计思想。
采用这种设计思路的密码算法，要求加解密密钥相同

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