目 錄
第一部分 背景知識

第1章 信息與網絡安全概念 2
學習目標 2
1．1 網絡空間安全、信息安全與網絡安全 2
1．1．1 安全目標 2
1．1．2 信息安全的挑戰 3
1．2 OSI安全架構 4
1．3 安全攻擊 5
1．3．1 被動攻擊 5
1．3．2 主動攻擊 6
1．4 安全服務 7
1．4．1 認證 7
1．4．2 訪問控制 7
1．4．3 數據保密性 7
1．4．4 數據完整性 8
1．4．5 不可否認性 8
1．4．6 可用性服務 8
1．5 安全機制 8
1．6 密碼學 9
1．6．1 無密鑰算法 9
1．6．2 單密鑰算法 10
1．6．3 雙密鑰算法 10
1．7 網絡安全 10
1．7．1 通信安全 11
1．7．2 設備安全 11
1．8 信任與可信度 12
1．8．1 信任模型 12
1．8．2 信任模型和信息安全 13
1．8．3 建立信任關繫 13
1．9 標準 14
1．10 關鍵術語、思考題和習題 14
第2章 數論基礎 17
學習目標 17
2．1 整除性和帶餘除法 17
2．1．1 整除性 17
2．1．2 帶餘除法 18
2．2 歐幾裡得算法 19
2．2．1
2．2．2?
2．3 模運算 21
2．3．1 模 21
2．3．2 同餘的性質 22
2．3．3 模算術運算 22
2．3．4 模運算的性質 23
2．3．5 歐幾裡得算法回顧 25
2．3．6 擴展歐幾裡得算法 26
2．4 素數 27
2．5 費馬定理和歐拉定理 29
2．5．1 費馬定理 29
2．5．2 歐拉函數 30
2．5．3 歐拉定理 31
2．6 素性測試 32
2．6．1 Miller-Rabin算法 32
2．6．2 一個確定性的素性判定算法 34
2．6．3 素數分布 34
2．7 中國剩餘定理 34
2．8 離散對數 35
2．8．1 模n的整數冪 35
2．8．2 模算術對數 38
2．8．3 離散對數的計算 39
2．9 關鍵術語、思考題和習題 40
附錄2A mod的含義 43
2A．運算符mod 43
2A．2 同餘關繫mod 43














第二部分 對稱密碼

第3章 傳統加密技術 44
學習目標 44
3．1 對稱密碼模型 44
3．1．1 密碼編碼學 46
3．1．2 密碼分析學和窮舉攻擊 46
3．2 代替技術 48
3．2．1 Caesar密碼 48
3．2．2 單表代替密碼 49
3．2．3 Playfair密碼 51
3．2．4 Hill密碼 53
3．2．5 多表代替加密 55
3．2．6 一次一密 57
3．3 置換技術 58
3．4 關鍵術語、思考題和習題 59
第4章 分組密碼和數據加密標準 64
學習目標 64
4．1 傳統分組密碼結構 64
4．1．1 流密碼與分組密碼 64
4．1．2 Feistel密碼結構的設計動機 65
4．1．3 Feistel密碼 67
4．2 數據加密標準 71
4．2．1 DES加密 71
4．2．2 DES解密 72
4．3 DES的一個例子 72
4．3．1 結果 72
4．3．2 雪崩效應 73
4．4 DES的強度 74
4．4．1 56位密鑰的使用 74
4．4．2 DES算法的性質 74
4．4．3 計時攻擊 75
4．5 分組密碼的設計原理 75
4．5．1 迭代輪數 75
4．5．2 函數F的設計 76
4．5．3 密鑰擴展算法 76
4．6 關鍵術語、思考題和習題 76
第5章 有限域 79
學習目標 79
5．1 群 79
5．1．1 群的性質 80
5．1．2 交換群 80
5．1．3 循環群 80
5．2 環 81
5．3 域 81
5．4 有限域GF(p) 82
5．4．1 階為p的有限域 82
5．4．2 在有限域GF(p)中求 83
5．4．3 小結 84
5．5 多項式運算 84
5．5．1 普通多項式運算 85
5．5．2 繫數在Zp中的多項式運算 86
5．5．3
5．5．4 小結 89
5．6 有限域GF(2n) 89
5．6．1 動機 89
5．6．2 多項式模運算 91
5．6．3 求 92
5．6．4 計算上的考慮 93
5．6．5 使 95
5．6．6 小結 97
5．7 關鍵術語、思考題和習題 97
第6章 高級加密標準 99
學習目標 99
6．1 有限域算術 99
6．2 AES的結構 100
6．2．1 基本結構 100
6．2．2 詳細結構 103
6．3 AES的變換函數 105
6．3．1 字節代替變換 105
6．3．2 行移位變換 109
6．3．3 列混淆變換 110
6．3．4 輪密鑰加變換 112
6．4 AES的密鑰擴展 113
6．4．1 密鑰擴展算法 113
6．4．2 基本原理 114
6．5 一個AES的例子 114
6．5．1 結果 115
6．5．2 雪崩效應 117
6．6 AES的實現 118
6．6．1 等價的逆算法 118
6．6．2 實現方面 119
6．7 關鍵術語、思考題和習題 121
附錄6A 繫數在GF(28)中的多項式 122
附錄6A．1 列混淆變換 124
附錄6A．2 乘以x 124
第7章 分組加密工作模式 125
學習目標 125
7．1 多重加密和三重DES 125
7．1．1 雙重DES 125
7．1．2 使用兩個密鑰的三重DES 127
7．1．3 使用三個密鑰的三重DES 128
7．2 電碼本模式 129
7．3 密文分組鏈接模式 130
7．4 密碼反饋模式 132
7．5 輸出反饋模式 133
7．6 計數器模式 135
7．7 面向分組存儲設備的XTS-AES模式 137
7．7．1 可調整分組密碼 137
7．7．2 存儲加密要求 138
7．7．3 單個分組的運算 139
7．7．4 扇區上的運算 140
7．8 保留格式加密 141
7．8．1 研究動機 142
7．8．2 FPE設計的難點 142
7．8．3 保留格式加密的Feistel結構 143
7．8．4 保留格式加密的NIST方法 146
7．9 關鍵術語、思考題和習題 151
第8章 隨機位生成和流密碼 155
學習目標 155
8．1 偽隨機數生成的原理 155
8．1．1 隨機數的用途 156
8．1．2 TRNG、PRNG和PRF 156
8．1．3 PRNG的要求 157
8．1．4 算法設計 159
8．2 偽隨機數生成器 159
8．2．1 線性同餘生成器 159
8．2．2 BBS生成器 160
8．3 使用分組密碼生成偽隨機數 161
8．3．1 使用分組加密工作模式的
PRNG 161
8．3．2 NIST CTR_DRBG 163
8．4 流密碼 164
8．5 RC4 166
8．5．1 初始化S 166
8．5．2 流生成 166
8．5．3 RC4的強度 167
8．6 使用反饋移位寄存器的流密碼 167
8．6．1 線性反饋移位寄存器 168
8．6．2 非線性反饋移位寄存器 170
8．6．3 Grain-128a 171
8．7 真隨機數生成器 173
8．7．1 熵源 173
8．7．2 PRNG和TRNG的比較 173
8．7．3 調節 174
8．7．4 健康測試 175
8．7．5 英特爾數字隨機數生成器 176
8．8 關鍵術語、思考題和習題 178

第三部分 非對稱密碼

第9章 公鑰密碼學與RSA 182
學習目標 182
9．1 公鑰密碼體制的原理 183
9．1．1 公鑰密碼體制 183
9．1．2 公鑰密碼體制的應用 187
9．1．3 公鑰密碼的要求 187
9．1．4 公鑰密碼分析 188
9．2 RSA算法 189
9．2．1 RSA算法描述 189
9．2．2 計算問題 191
9．2．3 RSA的安全性 194
9．3 關鍵術語、思考題和習題 197
第10章 其他公鑰密碼體制 201
學習目標 201
10．1 Diffie-Hellman密鑰交換 201
10．1．1 算法 201
10．1．2 密鑰交換協議 203
10．1．3 中間人攻擊 203
10．2 ElGamal密碼體制 204
10．3 橢圓曲線算術 206