了得網計算機/網絡_密碼工程：原理與應用

內容簡介

本書深入地探討特定的、具體的協議，講述如何設計密碼協議，分析做出設計決策的原因，並指出其中可能存在的陷阱，從而幫助讀者像密碼學家一樣思考。本書分為五部分，第一部分對密碼學進行概述，第二到四部分分別講述消息安全、密鑰協商、密鑰管理方面的內容，第五部分介紹標準和專利等其他問題。本書可作為高等院校計算機安全和密碼學相關專業的教材或教學參考書，也可作為應用密碼工程的自學指南。

作者簡介

關於作者Cryptography Engineering: Design Principles and Practical ApplicationsNiels Feiguso的整個職業生涯都是密碼工程師。在Eindhoven大學學習數學後，他在DigiCash分析、設計和實現用來保護用戶隱私的高級電子支付繫統。後來，他擔任Counterpane公司和MacFergus公司的密碼顧問，分析了數百個繫統並參與了幾十個繫統的設計。他參與了Twofish分組密碼設計，對AES做了一些好的初步分析，並參與了現在WiFi所使用的加密繫統的研發。自2004年以來，他在微軟工作，幫助設計和實現BitLocker磁盤加密繫統。他目前在Windows密碼小組工作，負責Windows和其他微軟產品中的加密實現。
Bruce Schneier是國際知名的安全技術專家，被《經濟學人》雜志稱為“安全教父”。他是14本書的作者，其中包括暢銷書《超越恐懼：在一個不確定的世界中明智地思考安全》《秘密和謊言》和《應用密碼學》，並發表了數百篇文章和學術論文。他的很有影響力的通訊“Crypto-Gram”和博客“Schneier on Security”有超過25萬讀者。他是電視和廣播電臺的常客，並且他關於安全和隱私問題的言論經常被報紙引用。他曾多次在國會作證，並且曾在多個政府技術委員會任職。他是BT（原英國電信）的首席安全技術官。關於作者Cryptography Engineering: Design Principles and Practical ApplicationsNiels Feiguso的整個職業生涯都是密碼工程師。在Eindhoven大學學習數學後，他在DigiCash分析、設計和實現用來保護用戶隱私的高級電子支付繫統。後來，他擔任Counterpane公司和MacFergus公司的密碼顧問，分析了數百個繫統並參與了幾十個繫統的設計。他參與了Twofish分組密碼設計，對AES做了一些好的初步分析，並參與了現在WiFi所使用的加密繫統的研發。自2004年以來，他在微軟工作，幫助設計和實現BitLocker磁盤加密繫統。他目前在Windows密碼小組工作，負責Windows和其他微軟產品中的加密實現。
Bruce Schneier是國際知名的安全技術專家，被《經濟學人》雜志稱為“安全教父”。他是14本書的作者，其中包括暢銷書《超越恐懼：在一個不確定的世界中明智地思考安全》《秘密和謊言》和《應用密碼學》，並發表了數百篇文章和學術論文。他的很有影響力的通訊“Crypto-Gram”和博客“Schneier on Security”有超過25萬讀者。他是電視和廣播電臺的常客，並且他關於安全和隱私問題的言論經常被報紙引用。他曾多次在國會作證，並且曾在多個政府技術委員會任職。他是BT（原英國電信）的首席安全技術官。
Tadayoshi Kohno（Yoshi）是華盛頓大學計算機科學與工程繫教授。他的研究興趣是提高當前和未來技術的安全性和隱私性。他在2003年對Diebold AccuVote-TS電子投票機的源代碼進行了初步安全分析，並從此將研究領域轉向了從無線植入式起搏器和除顫器到雲計算的新興安全技術。他獲得了國家科學基金會CAREER獎和Alfred P. Sloan研究獎學金。2007年，鋻於他對應用密碼學的貢獻，入選《麻省理工學院科技評論》全球青年科技創新人纔榜（TR35），是35歲以下的世界頂級創新者之一。他在加州大學聖迭戈分校獲得計算機科學博士學位。
Niels、Bruce和Yoshi是Skein散列函數設計團隊的成員，該團隊是NIST的SHA-3競賽的參與者之一。

目錄
Cryptography Engineering: Design Principles and Practical Applications
出版者的話
譯者序
前言
《實用密碼學》前言
關於作者
部分概述
第1章密碼學研究範圍 2
1.1密碼學的作用 2
1.2木桶原理 3
1.3對手設定 4
1.4專業偏執狂 5
1.4.1更廣泛的好處 5目錄
Cryptography Engineering: Design Principles and Practical Applications
出版者的話
譯者序
前言
《實用密碼學》前言
關於作者
部分概述
第1章密碼學研究範圍 2
1.1密碼學的作用 2
1.2木桶原理 3
1.3對手設定 4
1.4專業偏執狂 5
1.4.1更廣泛的好處 5
1.4.2攻擊 5
1.5威脅模型 6
1.6密碼學不是解決方案 7
1.7密碼學是非常難的 8
1.8密碼學是簡單的部分 8
1.9通用攻擊 9
1.10安全性和其他設計準則 9
1.10.1安全性和性能 9
1.10.2安全性和特性 10
1.10.3安全性和演變的繫統 11
1.11更多閱讀材料 11
1.12專業偏執狂練習 12
1.12.1時事練習 12
1.12.2安全審查練習 12
1.13習題 13
第2章密碼學簡介 14
2.1加密 14
2.2認證 15
2.3公鑰加密 16
2.4數字簽名 17
2.5PKI 18
2.6攻擊 18
2.6.1唯密文攻擊模型 19
2.6.2已知明文攻擊模型 19
2.6.3選擇明文攻擊模型 19
2.6.4選擇密文攻擊模型 19
2.6.5區分攻擊的目的 20
2.6.6其他類型的攻擊 20
2.7深入探討 20
2.7.1生日攻擊 20
2.7.2中間相遇攻擊 21
2.8安全等級 22
2.9性能 22
2.10復雜性 23
2.11習題 24
第二部分消息安全
第3章分組密碼 26
3.1什麼是分組密碼 26
3.2攻擊類型 27
3.3理想分組密碼 27
3.4分組密碼安全的定義 28
3.5實際分組密碼 30
3.5.1DES 30
3.5.2AES 32
3.5.3Serpent 34
3.5.4Twofish 34
3.5.5其他的AES候選算法 36
3.5.6如何選擇分組密碼 36
3.5.7如何選擇密鑰長度 36
3.6習題 37
第4章分組密碼工作模式 39
4.1填充 39
4.2ECB 40
4.3CBC 40
4.3.1固定IV 40
4.3.2計數器IV 41
4.3.3隨機IV 41
4.3.4瞬時IV 41
4.4OFB 42
4.5CTR 43
4.6加密與認證 44
4.7如何選擇工作模式 44
4.8信息洩露 44
4.8.1踫撞的可能性 45
4.8.2如何處理信息洩露 46
4.8.3關於數學證明 46
4.9習題 47
第5章散列函數 48
5.1散列函數的安全性 48
5.2實際的散列函數 49
5.2.1一種簡單但不安全的散列函數 50
5.2.2MD5 50
5.2.3SHA-1 51
5.2.4SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512 51
5.3散列函數的缺陷 52
5.3.1長度擴充 52
5.3.2部分消息踫撞 52
5.4修復缺陷 53
5.4.1一個臨時的修復方法 53
5.4.2一個更有效的修復方法 53
5.4.3其他修復方法 54
5.5散列算法的選擇 55
5.6習題 55
第6章消息認證碼 56
6.1MAC的作用 56
6.2理想MAC與MAC的安全性 56
6.3CBC-MAC和CMAC 57
6.4HMAC 58
6.5GMAC 59
6.6如何選擇MAC 60
6.7MAC的使用 60
6.8習題 61
第7章安全信道 63
7.1安全信道的性質 63
7.1.1角色 63
7.1.2密鑰 63
7.1.3消息或字節流 64
7.1.4安全性質 64
7.2認證與加密的順序 65
7.3安全信道設計概述 66
7.3.1消息編號 66
7.3.2認證 67
7.3.3加密 67
7.3.4組織格式 68
7.4詳細設計 68
7.4.1初始化 68
7.4.2發送消息 69
7.4.3接收消息 70
7.4.4消息的順序 71
7.5備選方案 71
7.6習題 72
第8章實現上的問題I 74
8.1創建正確的程序 75
8.1.1規範 75
8.1.2測試和修復 75
8.1.3不嚴謹的態度 76
8.1.4如何著手 76
8.2制作安全的軟件 77
8.3保守秘密 77
8.3.1清除狀態 77
8.3.2交換文件 79
8.3.3高速緩衝存儲器 79
8.3.4內存保留數據 80
8.3.5其他程序的訪問 82
8.3.6數據完整性 82
8.3.7需要做的工作 83
8.4代碼質量 83
8.4.1簡潔性 83
8.4.2模塊化 83
8.4.3斷言 84
8.4.4緩衝區溢出 84
8.4.5測試 85
8.5側信道攻擊 85
8.6一些其他的話 86
8.7習題 86
第三部分密鑰協商
第9章生成隨機性 88
9.1真實隨機 88
9.1.1使用真實隨機數的問題 89
9.1.2偽隨機數 89
9.1.3真實隨機數和偽隨機數生成器 90
9.2偽隨機數生成器的攻擊模型 90
9.3Fortuna 91
9.4生成器 91
9.4.1初始化 93
9.4.2更新種子 93
9.4.3生成塊 94
9.4.4生成隨機數 94
9.4.5生成器速度 95
9.5累加器 95
9.5.1熵源 95
9.5.2熵池 96
9.5.3 ?實現注意事項 97
9.5.4?初始化 98
9.5.5獲取隨機數據 99
9.5.6添加事件 100
9.6種子文件管理 101
9.6.1寫種子文件 101
9.6.2更新種子文件 101
9.6.3讀寫種子文件的時間 102
9.6.4備份和虛擬機 102
9.6.5文件繫統更新的原子性 103
9.6.6初次啟動 103
9.7選素 103
9.8習題 104
第10章素數 106
10.1整除性與素數 106
10.2產生小素數 107
10.3素數的模運算 109
10.3.1加法和減法 109
10.3.2乘法 110
10.3

前言

前言Cryptography Engineering: Design Principles and Practical Applications大多數圖書涵蓋了“密碼學是什麼？”——現在的密碼是如何設計的，以及現有的密碼協議（如SSL / TLS）是如何工作的。 Bruce Schneier的早期著作《應用密碼學》（Applied Cryptography）就是這樣。這樣的書對於任何密碼領域的人都是非常有價值的參考書，但與現實中密碼工程師和安全工程師的需求有差距。密碼工程師和安全工程師不僅需要知道當前的密碼協議如何工作，還需要知道如何正確地使用密碼。
要知道如何使用密碼，人們必須學會像密碼學家一樣思考。本書旨在幫助你實現這一目標。我們通過深入的討論做到這一點——對明確具體的協議進行深入的設計和分析，而不是對密碼學中的所有協議進行泛泛的探討。我們手把手地教你設計密碼協議，分享我們做出某些設計決策的原因，並指出其中可能存在的陷阱。
通過學習如何像密碼學家一樣思考，你還將學習如何成為更聰明的密碼使用者。你將能夠查看現有的加密工具包，理解其核心功能，並了解如何使用它們。你還將更好地理解加密技術所涉及的挑戰，以及如何克服這些挑戰。
本書也是學習計算機安全的一本指導書。在許多方面，計算機安全是密碼學的超集。計算機安全和密碼學都是關於設計和評價以某些方式表現的對像（繫統或算法）的，甚至在有對手的情況下。在本書中，你將學習如何在加密技術的背景下思考對手的行為。一旦知道如何像對手一樣思考，你就可以將這種思維方式擴展到一般的計算機繫統安全上。前言Cryptography Engineering: Design Principles and Practical Applications大多數圖書涵蓋了“密碼學是什麼？”——現在的密碼是如何設計的，以及現有的密碼協議（如SSL / TLS）是如何工作的。 Bruce Schneier的早期著作《應用密碼學》（Applied Cryptography）就是這樣。這樣的書對於任何密碼領域的人都是非常有價值的參考書，但與現實中密碼工程師和安全工程師的需求有差距。密碼工程師和安全工程師不僅需要知道當前的密碼協議如何工作，還需要知道如何正確地使用密碼。
要知道如何使用密碼，人們必須學會像密碼學家一樣思考。本書旨在幫助你實現這一目標。我們通過深入的討論做到這一點——對明確具體的協議進行深入的設計和分析，而不是對密碼學中的所有協議進行泛泛的探討。我們手把手地教你設計密碼協議，分享我們做出某些設計決策的原因，並指出其中可能存在的陷阱。
通過學習如何像密碼學家一樣思考，你還將學習如何成為更聰明的密碼使用者。你將能夠查看現有的加密工具包，理解其核心功能，並了解如何使用它們。你還將更好地理解加密技術所涉及的挑戰，以及如何克服這些挑戰。
本書也是學習計算機安全的一本指導書。在許多方面，計算機安全是密碼學的超集。計算機安全和密碼學都是關於設計和評價以某些方式表現的對像（繫統或算法）的，甚至在有對手的情況下。在本書中，你將學習如何在加密技術的背景下思考對手的行為。一旦知道如何像對手一樣思考，你就可以將這種思維方式擴展到一般的計算機繫統安全上。
歷史這本書基於Niels Ferguson和Bruce Schneier編著的《實用密碼學》（Practical Cryptography），並由Tadayoshi Kohno（Yoshi）增補內容修改而成。Yoshi是華盛頓大學計算機科學與工程繫教授，也是Niels和Bruce之前的同事。Yoshi以《實用密碼學》作為基礎，將其修改為適合課堂使用和自學，同時保持了Niels和Bruce的原書主旨。
教學大綱本書可以用作應用密碼工程的自學指南，也可以用作教材。可以在關於計算機安全的一季度或一學期的課程中使用本書，例如作為6周或10周的密碼學課程的基礎教材，如果時間允許，還可以增加高級材料。為了方便課堂使用，我們提供以下幾種可能的教學大綱。
下面的教學大綱適合於6周的課程。對於這一課程，假設第1章的內容在一般的計算機安全的更廣泛背景下單獨討論，此處不考慮。
第1周：第2～4章；第2周：第5～7章；第3周：第8～10章；第4周：第11～13章；第5周：第14～17章；第6周：第18～21章。
以下大綱是針對10周的密碼學課程。
第1周：第1和2章；第2周：第3和4章；第3周：第5和6章；第4周：第7和8章；第5周：第9和10章；第6周：第11和12章；第7周：第13和14章；第8周：第15～17章；第9周：第18～20章；第10周：第21章。
以下大綱適用於12周的課程，可以增加密碼學或計算機安全的高級材料。
第1周：第1和2章；第2周：第3和4章；第3周：第5和6章；第4周：第7章；第5周：第8和9章；第6周：第9（續）和10章；第7周：第11和12章；第8周：第13和14章；第9周：第15和16章；第10周：第17和18章；第11周：第19和20章；第12周：第21章。
本書有幾種類型的練習，建議你盡可能多地完成這些練習。其中包括傳統的練習，旨在測試你對加密技術的理解。但是，由於我們的目標是幫助你學習如何在真實繫統中考慮加密，所以還引入了一組非傳統練習（參見1.12節）。密碼學不是孤立存在的，而是由其他硬件和軟件繫統、人、經濟、倫理、文化差異、政治、法律等組成的更大生態繫統的一部分。非傳統練習是明確設計的，以促使你在真實繫統和周邊生態繫統的上下文中考慮加密。這些練習提供了將本書的內容直接應用到真實繫統中的機會。此外，通過這些練習，隨著學習的推進，你將看到自己的知識不斷增加。
其他信息雖然我們努力使本書沒有錯誤，但是無疑錯誤不可避免。我們為本書維護了在線勘誤表，使用此勘誤表的方法如下。
閱讀本書之前，請訪問http://www.schneier.com/ce.html並下載當前的更正列表。
如果你在書中發現錯誤，請檢查其是否已在列表中。如果它不在列表中，請發郵件到cryptographyengineering@schneier.com。我們將把錯誤添加到在線列表中。
希望你有一個學習密碼學的美好旅程。密碼學是一個奇妙和迷人的主題，希望你從本書中學到很多東西，並且像我們一樣享受密碼工程。
致謝非常感謝密碼學和安全社區，如果沒有他們在推進這一領域研究上所做的努力，本書是不可能出現的。本書還反映了我們作為密碼學家的知識和經驗，非常感謝我們的同行和導師幫助我們形成對密碼學的理解。
感謝Jon Callas、Ben Greenstein、Gordon Goetz、Alex Halderman、John Kelsey、Karl Koscher、Jack Lloyd、Gabriel Maganis、Theresa Portzer、Jesse Walker、Doug Whiting、Zooko Wilcox-O’Hearn和Hussein Yapit，他們對本書的早期版本給出了非常有價值的反饋意見。
本書的部分內容是在華盛頓大學的本科生計算機安全課程教學中得到發展和完善的，感謝所有學生和助教。特別感謝Josh

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