第一部分基 礎 知 識
第1章密碼協議的邏輯分析概述31.1引言3
1.2邏輯分析方法概覽3
1.3本書的結構6
第2章密碼與密碼協議8
2.1密碼學發展史8
2.2對稱加密10
2.2.1對稱加密概念10
2.2.2DES算法11
2.2.3DES的安全性17
2.3非對稱加密18
2.3.1公鑰加密概念18
2.3.2RSA公鑰密碼19
2.3.3ElGamal公鑰密碼22
2.4加密方案與密碼協議24
2.5密碼協議的分類26
2.6對密碼協議常見的幾種攻擊26
2.7本章小結28
第3章認知邏輯理論29
3.1命題邏輯30
3.2模態邏輯30
3.3動態認知邏輯33
3.3.1認知邏輯概述33
3.3.2群體知識37
3.3.3公開宣告邏輯38
3.3.4認知行為43
3.3.5行為模型45
3.3.6非單調邏輯48
3.4時態認知邏輯49
3.4.1時態邏輯50
3.4.2時態認知邏輯概述51
3.5本章小結52
第二部分認知邏輯在密碼協議分析中的具體應用
第4章基於認知行為的密碼協議分析554.1密碼協議實例描述55
4.2協議中的消息表示56
4.3協議的邏輯語言56
4.4更新函數58
4.5協議分析59
4.6本章小結62
第5章基於行為模型的密碼協議驗證63
5.1協議的語言 A,BCryp63
5.1.1協議語言 A,BCryp的語法63
5.1.2協議語言 A,BCryp的語義64
5.2協議形式化65
5.2.1形式化密碼協議中的基本問題65
5.2.2形式化行為模型66
5.3協議分析67
5.4協議驗證69
5.4.1協議的目標模型69
5.4.2協議的驗證70
5.5本章小結71
第6章基於時態認知邏輯的密碼協議驗證72
6.1NeedhamSchroeder協議72
6.2協議語言73
6.2.1語法73
6.2.2語義73
6.3基於KL（n）的協議形式化74
6.4時態認知邏輯的推導規則76
6.5NeedhamSchroeder協議的屬性驗證78
6.6本章小結79
第7章基於動態認知邏輯的非單調密碼協議分析80
7.1寄存器模型81
7.2非單調性密碼協議語言   83
7.3非單調性密碼協議的實例86
7.4非單調性密碼協議的分析87
7.5本章小結91
參考文獻92

隨著5G通信技術的發展，信息已經成為一種重要的戰略性資源，信息的獲取能力、處理能力、安全保障機制已經成為一個組織或國家綜合實力的重要組成部分。信息安全是一個國家、組織、企業、個人都關注的核心問題。沒有信息安全，就沒有真正意義的政治、經濟、軍事的安全。從計算機安全、通信安全到網絡安全都已成為人們關注的問題。信息安全包括3個層面: 信息自身的安全、信息繫統的安全，以及由信息繫統安全引發的生命財產安全、物質安全、社會安全等其他安全。信息自身的安全包括信息存儲安全和傳輸安全。信息繫統的安全包括信息行為安全、內容安全、數據安全、設備安全，其中數據安全既是傳統的信息安全又是信息自身的安全。信息安全是計算機科學中一個重要的研究領域，作為安全保障機制的可信計算、密碼學、網絡安全和信息隱藏等方面的研究與發展近年來如火如荼。對信息進行加密是保障信息安全的重要手段。所以密碼學在信息安全中十分重要。
為了保障信息安全，在網絡通信協議中使用了密碼技術，使用密碼機制的協議稱為密碼協議。所謂網絡協議，是指為在計算機網絡通信中進行數據交換而建立的規則、標準或約定的集合。如今的網絡通信日益發達，密碼協議的使用越來越重要，它可為網絡繫統提供各種安全服務，保障計算機網絡信息繫統中秘密信息的安全傳輸、處理與存儲，確保網絡用戶能夠安全、方便、透明地使用繫統中的信息資源。密碼協議在金融繫統、商務繫統、政務繫統、軍事繫統和社會生活中的應用日益普遍。
密碼協議的設計和安全性分析一直是信息安全中的難點。協議設計完成之後，需要一個有效的工具來分析其安全性，以避免由於設計缺陷而導致的危害。因為密碼協議的安全性不僅依賴於所用密碼算法的安全強度，還與協議程序的邏輯結構有著密切的關繫。如果協議邏輯自身有缺陷，就相當於在堅實的城牆中留下了一個無人看守的後門，為未授權者獲得信息和偽造或假冒提供幫助。因此，對密碼協議安全性的邏輯分析就顯得尤為重要。
認知邏輯是模態邏輯的一個重要分支。認知邏輯與動態邏輯融合，可形成動態認知邏輯，旨在描述主體的知識由於公開宣告或認知行為引起的變化以及為變化的信息提供一套形式化的處理辦法。從模態邏輯的角度看，模態可以用來刻畫一個行動。作為一種多模態邏輯，動態邏輯可以描述計算機程序的調用與執行。一個調用或執行可被看作一個行動，動作的執行可導致參與主體的知識發生變化，這些變化用動態認知邏輯進行刻畫。從知識的角度看，模態又可被看作知識的處理和知識變化的處理，即從初始狀態到最終狀態的變化情況。這與計算機程序運行中，由信息的發送和主體的某些操作帶來的知識變化剛好吻合。這使它在計算機科學、博弈論、人工智能和信息安全中得到廣泛應用。在密碼協議的執行過程中，各個主體擁有的知識和協議會因信息的發送和主體的某些操作而帶來知識的變化，這些變化可由動態認知邏輯提供的一套形式化理論進行處理。認知邏輯與時態邏輯的融合形成了時態認知邏輯，可以用於刻畫不同時刻主體的知識及其變化，描述與時間相關的密碼協議。由此采用了認知邏輯分析密碼協議，從邏輯上對協議的安全性進行分析和驗證。
本書結合作者在本領域所做的工作，介紹了基於認知邏輯的密碼協議分析，從密碼協議的邏輯分析講起，介紹密碼學的基礎知識、認知邏輯基礎理論，到用認知中的行為、行為模型以及時態認知邏輯分析具體的密碼協議，以具體實例闡述了用動態認知邏輯的理論來分析密碼協議的安全性。本書內容的編排由淺入深層層展開，適合各層次的讀者參閱，希望對其他研究者有一定的參考價值，為密碼協議分析和網絡安全提供一定的理論與技術支撐。
本書可供相關專業的教師、科研人員或工程技術人員參考，也可供高等院校計算機科學與技術、網絡空間安全、通信工程以及邏輯學等專業高年級本科生和研究生學習使用。
在本書的寫作過程中，得到了國家社會科學基金重點項目（21AZX013）、重慶市社會科學規劃項目（2022BS016）資助，以及項目組各成員的幫助，在此深表感謝！
由於作者水平有限，書中難免有疏漏之處，敬請讀者指正。

作者
2023年10月