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目录

1.1 信息安全面临的威胁

1.1.1 安全威胁

1.1.2 入侵者和病毒

1.1.3 安全业务

1.2 信息安全模型

1.3 密码学基本概念

1.3.1 保密通信系统

1.3.2 密码体制分类

1.3.3 密码攻击概述

1.4 几种古典密码

1.4.1    单表代换密码

1.4.2   多表代换密码

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1.1 信息安全面临的威胁

1.1.1 安全威胁

攻击分类：

        被动攻击：即窃听，是对系统的保密性进行攻击如搭线窃听、对文件或程序的非法拷贝等，以获取他人的信息，不对消息做任何修改，因而是难以检测的，所以抗击这种攻击的重点在于预防而非检测。

        主动攻击：这种攻击包括对数据流的某些篡改或产生某些假的数据流。包括中断、篡改和伪造三类。

1.1.2 入侵者和病毒

        信息安全的人为威胁主要来自用户（恶意的或无恶意的）和恶意软件的非法侵入，入侵信息系统的用户也称为黑客，其目的是对计算机系统实施破坏，也可能是一个犯罪分子，其目的是非法窃取系统资源，对数据进行未授权的修改或破坏计算机系统。

        恶意软件指病毒、蠕虫等恶意程序，分为两类，一类需要主程序，另一类不需要。前者是某个程序中的一段，不能独立于实际的应用程序或系统程序；后者是能被操作系统调度和运行的独立程序。

1.1.3 安全业务

保密业务

目标：防止未经授权的访问，确保信息仅能被授权用户访问。

方法：加密、访问控制、安全通信协议（如SSL/TLS）。

典型应用：银行交易、军事机密、企业商业机密保护。

认证业务

目标：验证实体的身份（用户、设备、系统），确保通信的双方是可信的。

方法：用户名/密码、多因素认证（MFA）、数字证书、公钥基础设施（PKI）。

典型应用：用户登录系统、在线支付身份验证、电子邮件签名。

完整性业务

目标：防止数据被篡改或损坏，确保数据在传输或存储过程中保持完整。

方法：哈希函数、消息认证码（MAC）、数字签名。

典型应用：软件更新验证、电子合同、银行交易数据校验。

不可否认业务

目标：防止通信双方否认已发生的行为，即提供不可抵赖的证据。

方法：数字签名、时间戳服务、日志记录。

典型应用：电子合同签署、银行转账记录、电子邮件防抵赖。

访问控制

目标：限制和管理用户对系统资源的访问权限，确保只有被授权的用户可以访问特定资源。

方法：身份认证、访问控制列表、基于角色的访问控制。

典型应用：操作系统文件权限、数据库访问控制、云存储权限管理。

1.2 信息安全模型

        传递消息首先要在网络中定义从发方到收方的一个路由，然后在该路由上共同执行通信协议。

安全的网络通信必须考虑以下4个方面：

加密算法；

用于加密算法的秘密信息；

秘密信息的分布和共享；

使用加密算法和秘密信息以获得安全服务所需的协议；

1.3 密码学基本概念

1.3.1 保密通信系统

密码系统主要包括以下几个基本要素：明文，密文，加密算法，解密算法和密钥。

明文：发送方即将要发送的消息。

密文：明文经过密码变换后的消息。

加密：由明文变换为密文的过程。

解密：由密文恢复出原明文的过程。

加密算法：对明文进行加密时所采用的一组规则。

解密算法：对密文进行解密时所采用的一组规则。

密钥：是一种特定的值，能使密码算法按照指定的方式进行，并产生相应的密文，密钥是密码体制安全保密的关键。

1.3.2 密码体制分类

密码体制从原理上分为单钥体制和双钥体制两大类。

单钥体制

单钥体制的加密密钥和解密密钥相同。

单钥体制有很高的保密性，很强的安全性，根据这种特性，单钥加解密算法可通过低费用的芯片来实现。

单钥体制不仅可用于数据加密，也用于消息的认证。

单钥体制对明文消息的加密有两种方式：

流密码：对明文消息按字符(如二元数字)逐位地进行加密。

分组密码：将明文消息分组(含有多个字符)，逐组地进行加密。

双钥体制

        双钥体制又称作公钥体制。采用双钥体制的每个用户都有一对选定的密钥：一个是可以公开的，可以像电话号码一样进行注册公布；另一个则是秘密的。  

        双钥密码体制的特点：将加密和解密能力分开

                可以实现多个用户加密的消息只能由一个用户解读，可用于公共网络中实现保密通信。

                由一个用户加密的消息而使多个用户可以解读，可用于实现对用户的认证。

1.3.3 密码攻击概述

加密算法只要满足以下两条准则之一就称为是计算上安全的：

        破译密文的代价超过被加密信息的价值。

        破译密文所花的时间超过信息的有用期。

1.4 几种古典密码

古典密码的加密是将明文的每一字母代换为字母表中的另一字母，代换前首先将明文字母用等价的十进制数字代替，再以代替后的十进制数字进行运算，字母与十进制数字的对应关系如表1-2所示。

1.4.1    单表代换密码

1.恺撒密码

凯撒（Caesar)密码的加密代换和解密代换分别为：

其中3是加解密所用的密钥，加密时，每个字母向后移3位（循环移位，字母x移到a，y移到b，z移到c）。解密时，每个字母向前移3位（循环移位）。

2.移位变换

 移位变换的加解密分别是：

3．仿射变换

仿射变换的加解密分别是：

其中a,b是密钥，为满足和 的整数。其中表示a和26的最大公因子,表示a和26是互素的a-1表示a的逆元，即。

1.4.2   多表代换密码

      多表代换密码首先将明文M分为由n个字母构成的分组对每个分组的加密为：

其中(A,B)是密钥，A是n*n的可逆矩阵，满足（|A|是行列式）。。对密文分组的解密为：