15密码学基础

古典密码
- 明文：是指没有加密的文字密文：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所选取需要输入的参数
- 凯撒密码
  - 相传此密码是由罗马凯撒大帝所发明，其加密方法就是将字母表中的每个字母用它后面的第三个字母代替
- 古典密码加密方法
  - 置换密码：将输入明文的字母顺序加以打乱，而不是改变明文字母的位置。
  - 代换密码：将明文字母进行替换，而不改变顺序
- 古典秘密加密算法
  - 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，图像变形，藏头诗，隐语法，析字法
机械密码
- ENIGMA 的组成部分
  - 键盘，转子，显示器，反射器（加密解密）
对称密码
- 在加解密操作时的计算效率非常高，广泛应用于手机的信用卡加密或者网络支付的加密场景
- 对称密码分类
  - 分组密码它的工作方式是将明文分成固定长度的分组，如 N bit 长度的分组，再由相应的对称密码算法和对应的输入密钥对明文进行加密，最后输出 N bit 长的密文。
  - DES 分组加密算法
    - DES 算法通过接受 56 比特的输入密钥，能将 64 比特的输入明文转换成对应的 64 比特的输出密文。
    - DES 算法的缺陷和不足：
      - 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
      - 穷举算法根绝当时的运算速度只需要 59 天既可以破解 DES 算法
  - 3DE 算法
    - 在原有 DES 基础上连续三次调用 DES 算法进行加密，提高 DES 算法安全性。
    - 3DES 缺陷：3DES 运行效率要比原有 DES 算法低的多
  - AES 算法
    - 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 比特的输入明文
    - 优点：相比于 DES，AES 算法的加密明文长度更长，由于分组密码每次只能加密固定长度的明文信息。
  - 分组密码的工作模式
    - ECB
    - CBC
    - CFB
    - OFB
- 流密码
  - 也是一种重要的对称密码算法，相比于分组密码，流密码具有实现简单，便于硬件实施，加解密速度更快。

对称密码的密钥分配
- 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使得上述密码的安全性得不到保证即存在密钥安全问题
- 每队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唯一密钥，这会使得发收信双发所拥有的密钥数量成几何级数增长，造成用户存储与管理密钥时的负担
- 对称密码无法用于数字签名。
- 克服上述问题引入公钥密码
公钥密码
- 公钥密码构造了两个密钥，将加解密操作分开。一个密钥是公开的称为公钥用于加密操作，一个是保密的被称为私钥的用于解密操作只有与公钥对应的私钥才能解密相应的公钥的加密信息。因此公钥密码算法也被称为双钥密码。
- 区别
  - 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。
  - 公钥密码所采用的基本工具不再是代换和置换，而是以困难数学问题为基础，如大整数分解问题离散对数问题等。

- RSA 公钥算法
  - 是以初等数论中的 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。
- 古典密码
  - 明文：需要发送的需要
  - 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所选取需要输入的参数
  - 凯撒密码
    - 相传此密码是由罗马凯撒大帝所发明，其加密方法就是将字母表中的每个字母用它后面的第三个字母代替
  - 古典密码加密方法
    - 置换密码：将输入明文的字母顺序加以打乱，而不是改变明文字母的位置。
    - 代换密码：将明文字母进行替换，而不改变顺序
  - 古典秘密加密算法
    - 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，图像变形，藏头诗，隐语法，析字法
- 机械密码
  - ENIGMA 的组成部分
    - 键盘，转子，显示器，反射器（加密解密）
- 对称密码
  - 在加解密操作时的计算效率非常高，广泛应用于手机的信用卡加密或者网络支付的加密场景
  - 对称密码分类
    - 分组密码它的工作方式是将明文分成固定长度的分组，如 N bit 长度的分组，再由相应的对称密码算法和对应的输入密钥对明文进行加密，最后输出 N bit 长的密文。
    - DES 分组加密算法
      - DES 算法通过接受 56 比特的输入密钥，能将 64 比特的输入明文转换成对应的 64 比特的输出密文。
      - DES 算法的缺陷和不足：
        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
        
        穷举算法根绝当时的运算速度只需要 59 天既可以破解 DES 算法
    - 3DE 算法
      - 在原有 DES 基础上连续三次调用 DES 算法进行加密，提高 DES 算法安全性。
      - 3DES 缺陷：3DES 运行效率要比原有 DES 算法低的多
    - AES 算法
      - 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 比特的输入明文
      - 优点：相比于 DES，AES 算法的加密明文长度更长，由于分组密码每次只能加密固定长度的明文信息。
    - 分组密码的工作模式
      - ECB
      - CBC
      - CFB
      - OFB
  - 流密码
    - 也是一种重要的对称密码算法，相比于分组密码，流密码具有实现简单，便于硬件实施，加解密速度更快。
- 对称密码的密钥分配
  - 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使得上述密码的安全性得不到保证即存在密钥安全问题
  - 每队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唯一密钥，这会使得发收信双发所拥有的密钥数量成几何级数增长，造成用户存储与管理密钥时的负担
  - 对称密码无法用于数字签名。
  - 克服上述问题引入公钥密码
- 公钥密码
  - 公钥密码构造了两个密钥，将加解密操作分开。一个密钥是公开的称为公钥用于加密操作，一个是保密的被称为私钥的用于解密操作只有与公钥对应的私钥才能解密相应的公钥的加密信息。因此公钥密码算法也被称为双钥密码。
  - 区别
    - 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。
    - 公钥密码所采用的基本工具不再是代换和置换，而是以困难数学问题为基础，如大整数分解问题离散对数问题等。
  - RSA 公钥算法
    - 是以初等数论中的 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。
    - 加密解密
    - 公钥特点和现实应用
      - 利用公钥思想，每个人都可以通过查询接受方的公钥信息，这就避免了为每对通信方都存储会话密钥的不足。
      - 用户利用其私钥加密信息，并以对应的公开钥解密，以此达到数字签名的效果
      - 网上购物，网上银行，移动交互领域，数字签名，电子邮件智能卡
    - 数字签名：是指如何为数字化的消息或文件提供一种类似于书面文件手书签字的方法。
- - 加密解密
  - 公钥特点和现实应用
    - 利用公钥思想，每个人都可以通过查询接受方的公钥信息，这就避免了为每对通信方都存储会话密钥的不足。
    - 用户利用其私钥加密信息，并以对应的公开钥解密，以此达到数字签名的效果
    - 网上购物，网上银行，移动交互领域，数字签名，电子邮件智能卡
  - 数字签名：是指如何为数字化的消息或文件提供一种类似于书面文件手书签字的方法。