西安电子科技大学893网络空间安全基础综合密码学思维导图

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3.0 北木在北 2026-01-04 999+ 1.46MB 3 页 1知币海报

侵权投诉

!基础

!五元组

!明⽂

!密⽂

!加密算法

!解密算法

!密钥

!真实性=认证性

!主动攻击

!中断

!篡改

!伪造

!安全业务

!保密业务

!认证业务

!完整性业务

!不可否认业务

!访问控制

!保密系统的要求

!系统即使达不到理论上不可破，也应当为实际上

!不可破的

!系统的保密性不依赖于对加密体制或算法的保

!密，⽽依赖于密钥-Kerckhoff原则

!加密和解密算法适⽤于密钥空间中的所有元素

!系统便于实现和使⽤

!攻击类型

!唯密⽂攻击

!已知明⽂攻击

!选择明⽂攻击 !选择明⽂得到密⽂

!选择密⽂攻击 !选择密⽂得到明⽂

!古典密码

!凯撒密码 !后移三位

!维吉尼亚密码

!根据周期循环密钥之后再移位

!本质上仍是移位代换密码

!移位变换

!c=m+k(mod26)

!m=c-k(mod26)

!仿射变换

!c=am+b(mod26)

!m=a逆*(c-b)(mod26)

!多表代换

!C=AM+B(modN)

!其中A是矩阵

!N代表字⺟个数

!M=A逆*(C-B)(modN)

!Hill密码

看给定的密钥矩阵是⼏阶的，这⾥假设3阶

将明⽂消息分割为若⼲组⻓度为n的⼩组，

!这⾥n同上假设3

将密钥矩阵和明⽂相乘，结果即密⽂

!对称密码体制

!流密码

!线性反馈移位寄存器LFSR

!输出序列的表示

!m序列的判定 !常⻅的4级不可规约多项式

!x4+x+1

!x4+x3+1

!LFSR特征多项式与序列的转化

!m序列伪随机性 !关于游程的性质

!m序列的破译 !根据密钥流和级数得到递推序列

!流密码强度完全依赖于密钥流产⽣器所⽣成序列

!的随机性和不可预测性

!核⼼问题是密钥流⽣成器的设计

!分类

!同步流密码 !密钥与明⽂⽆关

!⾃同步流密码 !密钥与明⽂有关

!m序列的伪随机性

!游程

!⾃相关函数公式P22

!Golomb随机性公设

!在序列的⼀个周期内

!0与1的个数相差⾄多为1

!⻓为i的游程占总游程的1/(2^i)

!异⾃相关函数是⼀个常数

!n⻓的m序列性质

!⼀个周期内

!0个数为2^(n-1)-1,1个数为2^(n-1)

!总游程数2^(n-1), ⻓为i的游程有2^(n-i-1),且0、

!1游程各半；⻓为n-1和n的游程为1

!⾃相关函数公式P22

!m序列的破译

!密钥流和密码⽤矩阵相乘

!破解n个寄存器的m序列需要2n个连续的密钥流

!分组密码

!设计准则

!安全性

!简洁性

!有效性

!透明性和灵活性

!加解密相似性

!设计技巧

!计算部件

!计算部件的组合

!SPN（替换/置换⽹络）

!多轮迭代和轮函数

!混淆和扩散

!混淆性

!所设计的密码应使得明⽂、密⽂、密钥之间的依

!赖关系相当复杂，以⾄于这种依赖关系对密码分

!析者来说是⽆法利⽤的

!扩散性

!所设计的密码应使得密钥的每⼀个⽐特影响密⽂

!的每⼀个⽐特，防⽌对密钥进⾏逐段破译

!明⽂的每⼀个⽐特影响密⽂的每⼀个⽐特，以便

!最充分地隐蔽明⽂

!Feistel结构 !结构图记忆

!DES

!基础描述

!分组⻓度64bit

!密钥⻓度56bit（8bit校验位）

!16轮变换

!初始置换

!刚开始进⾏初始置换

!结束进⾏逆初始置换

!轮结构

!扩展（E表）将32bit分组变为48bit

!密钥左循环移位后也扩展置换，从28bit到48bit

!48bit分组和密钥异或后进⼊S盒代换

!S盒代换，从48⽐特到32bit !8个S盒，输⼊6bit，输出4bit

!第⼀位和最后⼀位组合代表⾏

!中间四位代表列

!置换（P）

!密钥产⽣

!56bit密钥先进⾏⼀个置换

!分成左右两个部分均为28bit

!左循环移位后进⾏置换（扩展密钥）

!3DES

!加密-解密-加密（EDE）

!使得已知明⽂攻击的代价增加到2^112

!ECB电码本模式

!CBC密码分组链接模式

! !

!具体结构图和优缺点⻅P47

! !

! ! !

! !

! ! !

! !

! ! !

! !

! ! !

! !

!扩散性的理解

!粘连性 !明⽂、密⽂、密钥的每⼀位都相互依赖

!不连续性/雪崩性 !当改变明⽂的任何⼀个⽐特时，对应密⽂改变的

!⽐特个数是⼀个随机变量

!不可部分破译性 !分组密码不能分解成若⼲⼦密码。对分组密码的

!攻击要么彻底破解，要么⼀⽆所获

!单钥密码体制不仅可⽤来加密，还可⽤来认证

!流密码和分组密码

!分组密码与流密码的区别就在于有⽆记忆性

!流密码⼜叫单字⺟/单码代换

!分组密码⼜叫多字⺟/多码代换

!数论 !群是⼀个代数系统

!封闭性 !a,b属于G，a·b也属于G

!单位元结合律 !a·b·c=(a·b)·c=a·(b·c)

!逆元 !若有a·1=1·a=a，存在a·a逆=a逆·a=1

!交换群 !a·b=b·a

!古典密码实现的两种基本⽅法

!代换

!置换

!现仍是构造现代对称分组密码的核⼼⽅式

!若DES加密第⼀轮⽤k1，则16轮后解密第⼀轮⽤

k16

!⾹农

!《保密系统的通信理论》为密码学奠定理论基础

!建议密码设计的基本⽅法

!混淆

!扩散

!迭代

Difﬁe+Hellman !《密码学的新⽅向》中提出公开密钥思想

!如果某⼀组明⽂/密⽂对（m，c）使得⽅程m=

D（c，z）特别容易解出z，m就称为⼀个弱明

!⽂，z就称为⼀个弱密钥

DES普通的CBC模式和CBC-MAC的区别 !普通的CBC模式中要对第⼀个明⽂使⽤初始向量

!IV异或后再加密处理

LFSR中

!移位寄存器中存储器的个数=移位寄存器的阶数

!移位寄存器中存储的数据=移位寄存器的状态

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