密码学发展简史
密码学：保障信息安全的核心基础。源于保密通信技术，分为密码编码学（设计密码）和密码分析学（攻击密码系统）。
算法和传递秘钥的方式是影响保密程度的关键。
密码学发展经历了以下三个阶段：
- 古典密码时期
- 近代密码时期
- 现代密码时期
古典密码时期（古代到19世纪末）
密码学发展的手工阶段
经典案例：棋盘密码、凯撒密码、栅栏密码
凯撒密码
它是一种替换加密的技术，明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目进行偏移后被替换成密文。例如，当偏移量是3的时候，所有的字母A将被替换成D，B变成E，以此类推。
- 凯撒密码的通用形式C=E§=p+k mod 26的有效密钥空间实际为多大？
因为k=0（相当于不加密）是肯定不能使用的，所以实际使用时，真正有效的空间是25。这与理论上的空间不同，因为理论上主要在考虑空间的大小或规模，这与描述算法复杂度的道理类似。所以理论上的密钥空间是26，而实际真正能用的有效的、可用的只有25个
同余式：假设a和b均为整数，m是一正整数。若m整除b-a则：a≡b（mod m）
放射密码
字母系统中所有字母都藉一简单数学方程加密，对应至数值，或转回字母。
加密函数：y≡（ax+b）mod26。
棋盘密码
密码是明文，密文便是字母的坐标。例：HELLO,加密后就是23 25 31 31 34
栅栏密码
把将要传递的信息中的字母交替排成上下两行。再将下面一行字母排在上面一行的后边，从而形成一段密码。
例如：
明文：THE LONGEST DAY MUST HAVE AN END
加密：
1、把将要传递的信息中的字母交替排成上下两行。
T E O G S D Y U T A E N N
H L N E T A M S H V A E D
2、将下面一行字母排在上面一行的后边。
TEOGSDYUTAENN HLNETAMSHVAED
近代密码时期（20世纪初期到20世纪五50年代末）
采用电报机发送加密信息。
该时期的著名密码：弗纳姆密码、Enigma密码。
弗纳姆密码（一字一密）
一次一密：通过真随机数生成器得到秘钥序列，只有合法的通信方才知道秘钥序列，秘钥序列位仅使用一次。
按递增顺序把每个明文字母作为一个数字，对输入明文的每一个字母做相同的处理，将明文中的每一个字母和秘钥中的对应字母相加，如果得到的和大于26则从中减去26，将和化为字母从而得到密文。
Enigma密码机
前述密码的技术共同点：
- 代换技术：明文被代换或代替为其他内容。
- 置换技术：改变明文字符的相对位置。
代换+置换：密码编码学的核心技术
现代密码时期（从20世纪50年代至今）
利用计算机技术实现加解密过程。
1976年，提出公钥密码体制思想，成为密码学发展史上的重要里程碑。
著名密码：
- 对称密码：DES（1977年）->AES(2001年)
- 非对称密码：RSA（1978）->ECC(1985年)
- 其他对称：3DES、IDEA、BlowFish等
- RC系列：RC2、RC4、RC5等
现代密码学的主要内容：
密码体制的基本组成及分类
一个密码体制由五个部分组成：
- 明文空间M：全体明文m的集合
- 密文空间C：全体密文c的集合，m可以=c
- 密钥空间K：全体秘钥k的集合（不止一个）
密钥k由加密密钥ke和解密密钥kd组成，即k=（ke，kd） - 加密算法E：是在密钥控制下将明文M对应到C的一种变换，即c=E（ke，m）
- 解密算法D：是在密钥控制下将密文消息从C对应到M的一种变换，相当于加密的逆变换，即m=D（kd，c）
根据加、解密密钥使用策略不同，可将密码体制分为对称密码体制和非对称密码体制：
- 如果一个密码体制中的加密密钥ke和解密密钥kd相同，或者由其中一个密钥很容易推算出另一个密钥，则成为对称密码体制或单钥密码体制。
- 如果在计算上由加密密钥ke不能推出解密密钥kd，隐藏可以将ke公开，这种密码体制也被称为公钥密码。
密码体制设计原则
密码学的基本目的就是保障不安全信道上的通信安全
衡量密码体制安全性的方法
计算安全性：一种密码系统最有效的攻击算法至少是指数时间的
可证明安全性：如果密码体制的安全性可以归结为某个数学问题，则称其是可证明安全的
无条件安全性：假设存在一个具有无限计算能力的攻击者，如果密码体制无法被这样的攻击者攻破，则称其为无条件安全。
一个使用的密码体制的设计应该遵守以下原则：
密码算法安全强度高：攻击者根据截获的密文或某些已知明文密文对，要确定密钥或者任意明文在计算上不可行
密码体制的安全性不应该依赖加密算法的保密性，而应取决于可随时改变的密钥
密钥空间应该足够大：试图通过穷举密钥空间进行搜索的方式在计算上不可行
既易于实现又便于使用：加密函数和解密函数都可以高效的计算
密码编码学特征：
加密运算方式不同：代换、置换、乘积
密钥数量不同：私钥、公钥
处理明文的方式不同：块密码（分组密码）、流加密
密码体制常见的攻击形式：
穷举攻击：又称蛮力攻击，指攻击者依次尝试所有可能的密钥对所截获的密文进行解密，直至得到正确的明文
统计分析攻击：通过分析密文和明文的统计规律来破以密码，抵抗统计分析的方式是在密文中消除明文的统计特性
数学分析攻击：针对加密算法的数学特征和密码学特征，通过数学求解的方法设法找到相应的解密变换，对抗这种攻击，应该选用具有坚实的数学基础和足够复杂的加密算法
密码分析攻击的类型：
密码攻击和解密的相似之处在于都是设法将密文还原成明文的过程
根据密码分析者可获取的信息量的不同，密码分析攻击主要有：
唯密文攻击
已知明文攻击
选择明文攻击
选择密文攻击
英文中的统计频率分析：
单个字母： E,T,A,O,I,N,S……
两个字母：ON,AS,TO,AT,IT……
三个字母：THE,AND,FOR,WAS……
分组密码
分组密码：是将明文消息编码后的序列划分成固定大小的组，名族明文分别在秘钥的控制下变成等长的密文序列
分组密码的基本原理：扩散和混淆，为了抵抗攻击者对密码体制的统计分析
扩散：让铭文中的每一位及秘钥中的每一位能够影响密文中的许多位，隐蔽明文的统计特性从而增加密码的安全性
混淆：将密文与明文、密钥之间的统计关系变得尽可能复杂，使用复杂的非线性代替变换可以达到比较好的混淆效果
乘积密码体制：乘积密码就是扩散和混淆两种基本密码操作的组合变换，产生比各自单独使用时更强大的密码系统，通过乘积和迭代可以取得比较好的扩散和混淆的效果。
DES其分组长度为64位，其密钥长度也为64位（含8位奇偶校验位，故实际密钥长度为56位）
DES加密算法的结构流程
分组密码的工作模式分析
DES的工作模式四种：
电子秘本（ECB）
密码分组链接(CBC)
密文反馈（CFB）
输出反馈（OFB）
电子密本（ECB）
一个明文分组加密成一个密文分组（适合数据较少的情况）
优点：并行处理、效率高
缺点：不太适合加密长消息，尤其结构化数据，结构特征可被利用于破译
若Ci发生错误，对接收端解密出的Pi分组造成影响，不会对其他分组造成影响。
密文分组链接（CBC）
明文被加密之前要与前面的密文进行异或运算，解密时要进行逆向操作，虽然强度得到提升，但易引起错误扩散，正因为关联性问题。但错误分组的第二个分组之后的分组不会受影响，所以CBC模式自恢复的，CBC模式下，整个数据分组在接收完成后才进行解密。
优点：安全性强度提升，适用于加密>=64bit
缺点：关联性问题引起错误扩散，但错误的扩散是有限的
若Ci发生错误，则Pi和Pi+1的分组造成影响，影响两个分组解码的错误。
CBC安全问题
- IV（初始向量）和key都需要保护
- 攻击者在密文尾部增加一些分组使解密后尾部混乱，故需要组织好明文的结束位置
- 攻击者改变一个密文分组，控制其余解密的明文分组，故需要控制冗余和鉴别
ECB和CBC共同的问题：加密、解密都只有当一个完整的分组到达之后才可以进行
密文反馈模式（CFB）
自同步序列密码原理在分组密码中的应用，可以加密于小于分组的单元，一种流密码模式。
优点：数据可以对较小的分组单元进行加密，起到了加强加密的作用
CFB模式明文的一个错误将影响所有后面的密文以及在解密过程中的逆
密文里一位错误会引起铭文的一个单独错误，并且会小范围错误扩散
若Ci发生错误，Pi错误，Pi+1错误，其他都是正确的。
输出反馈模式（OFB）
OFB需要避免CFB的错误传播
OFB与CFB类似，OFB用加密函数的输出填充移位寄存器，而CFB用密文单元来填充移位寄存器
优点：密钥流与明文无关，可以提前生成；OFB没有错误扩散，密文单个错误只引起恢复明文的单个错误
缺点：很难并行，抗消息流篡改攻击能力不足CFB，密文某位取反，则明文相应位取反，攻击者容易控制；需要严格同步，如果加密端和解密端移位寄存器不同，那么恢复的明文将无法使用
若Pi错误，Ci错误，其他都正确，若Ci错误，仅Pi错误
可以将移位寄存器改成随机数生成，只要能够控制随机数生成就不需要一直反馈，而且还可以保证相同的明文算出不同的密文
应用：数字化模拟传输、数字化声音和视频、可以容忍单位错误，但不能容忍扩散错误