序
隨著經濟全球化和信息化的發展，以互聯網為平臺的信息基礎設施，對整個社會的正常運行和發展起著關鍵的作用。甚至，像電力、能源、交通等傳統基礎設施的運行，也逐漸依賴互聯網和相關的信息繫統。網絡信息對社會發展有重要的支撐作用。
網絡空間是利用全球互聯網和計算繫統進行通信、控制和信息共享的動態虛擬空間，包括四個要素，分別是網絡平臺、用戶虛擬角色、資產數據和管理活動，是社會有機運行的神經繫統，已經成為繼陸、海、空、天之後的第五空間。
網絡空間面臨的威脅也與日俱增。從國際上看，國家或地區在政治、經濟、軍事等各領域的衝突都會反映到網絡空間中，而網絡空間邊界不明確、資源分配不均衡，導致網絡空間的爭奪形勢異常復雜。另外，網絡犯罪和網絡攻擊也對個人和企業構成嚴重威脅。在網絡中，個人隱私信息洩露並大範圍傳播的事件已經屢見不鮮，以非法牟利為目的利用計算機網絡進行犯罪已經形成了黑色的地下經濟產業鏈。如何充分利用互聯網對經濟發展的推動作用、保護公民和企業的合法權益，同時控制其對經濟社會發展帶來的負面威脅，需要人們研究和探索更加科學合理的網絡空間安全治理模式。正如習近平總書記所言：沒有網絡安全就沒有國家安全。
加強網絡空間安全已經成為國家安全戰略的重要組成部分。2014年2月，中央網絡安全和信息化領導小組成立。2015年6月，國務院學位委員會、教育部決定在“工學”門類下增設“網絡空間安全”一級學科，並明確指出需要加強“網絡空間安全”的學科建設，做好人纔培養工作。2016年3月，國務院學位委員會下發通知，明確全國共有29所高校獲得我國首批網絡空間安全一級學科博士學位授權點。同年6月，中央網絡安全和信息化領導小組辦公室、國家發展和改革委員會、教育部、科學技術部、工業和信息化部、人力資源和社會保障部聯合發文，《關於加強網絡安全學科建設和人纔培養的意見》（中網辦發文〔2016〕4號）指出，網絡空間的競爭，歸根結底是人纔競爭。我國網絡空間安全人纔還存在數量缺口較大、能力素質不高、結構不盡合理等問題，與維護國家網絡安全、建設網絡強國的要求不相適應。因此，提出要加快網絡安全學科專業和院繫建設；創新網絡安全人纔培養機制；加強網絡安全教材建設；強化網絡安全師資隊伍建設；完善網絡安全人纔培養配套措施等意見。
網絡空間安全主要研究網絡空間中的安全威脅和防護問題，即在有敵手的對抗環境下，研究信息在產生、傳輸、存儲、處理、銷毀等各個環節中所面臨的威脅和防御措施，以及網絡和繫統本身面臨的安全漏洞和防護機制，不僅包括傳統信息安全所研究的信息的保密性、完整性和可用性，同時還包括網絡空間基礎設施的安全和可信。從宏觀層面來看，網絡空間安全的研究對像主要包括全球各類各級信息基礎設施的安全威脅；從微觀層面來看，主要對像包括通信網絡、計算機網絡及其設備和應用繫統中的安全威脅。
數學、信息論、計算復雜性理論等是網絡空間安全重要的理論基礎。
網絡空間安全的理論體繫由三部分組成。一是基礎理論體繫，主要包括網絡空間理論、密碼學、離散結構理論和計算復雜性理論等。其中，信息的機密性、完整性、可控性、可靠性等是核心，對稱加密、公鑰加密、密碼分析、側信道分析等是重點，在復雜環境中的可證安全、可信可控及定量分析理論是關鍵。二是技術理論體繫，主要包括網絡空間安全保障理論體繫，從繫統和網絡角度出發，研究和設計網絡空間的各種安全保護方法和技術，重點包括芯片安全、操作繫統安全、數據庫安全、中間件安全、惡意代碼等，從預警、保護、檢測到恢復響應的安全保障技術理論。從網絡安全角度出發，以通信基礎設施、互聯網基礎設施等為研究對像，聚焦研究通信安全、網絡安全、網絡對抗等。三是應用理論體繫，從應用角度出發，針對各種應用繫統，研究在實際環境中面臨的各種安全問題，如Web安全、內容安全、垃圾信息等，涵蓋電子商務、電子政務、物聯網、雲計算、大數據等諸多應用領域。
網絡空間安全有如下五個研究方向。一是網絡空間安全基礎，包括網絡空間安全數學理論、網絡空間安全體繫結構、網絡空間安全數據分析、網絡空間博弈理論、網絡空間安全治理與策略、網絡空間安全標準與評測等。二是密碼學及應用，包括對稱密碼設計與分析、公鑰密碼設計與分析、安全協議設計與分析、側信道分析與防護、量子密碼與新型密碼等。三是繫統安全，包括芯片安全、繫統軟件安全、虛擬化計算平臺安全、惡意代碼分析與防護等。四是網絡安全，包括通信基礎設施及物理環境安全、互聯網基礎設施安全、網絡安全管理、網絡安全防護與主動防御（攻防與對抗）、端到端的安全通信等。五是應用安全，包括關鍵應用繫統安全、社會網絡安全（包括內容安全）、隱私保護、工控繫統與物聯網安全、先進計算安全等。
中國密碼學會教育與科普工作委員會與電子工業出版社合作，共同籌劃了這套“網絡空間安全繫列規劃教材”，主要包括《密碼學——基礎理論及應用》《密碼學實驗教程》《應用密碼學》《密碼學數學基礎》《密碼基礎算法》《典型密碼算法FPGA實現》《典型密碼算法Java實現》《商用密碼算法原理與C語言實現》《密碼分析學》《網絡空間安全導論》《信息安全管理》《信息繫統安全》《網絡空間安全技術》《網絡空間安全實驗教程》《網絡攻防技術》《同態密碼學》《對稱密碼學》等。希望為信息安全、網絡空間安全、網絡安全與執法、信息對抗技術等本科專業提供教材；也為密碼學、網絡空間安全、信息安全等專業的研究生和博士生，以及從事該領域的科研人員提供教材和參考書；為我國網絡空間安全教材建設、普及密碼知識和網絡空間安全人纔培養貢獻綿薄之力。
2016年12月
前言
密碼是使用特定變換對數據等信息進行加密保護或安全認證的物項和技術。其中，加密保護是指，使用特定變換，將原來可讀的信息變成不能識別的符號序列；安全認證是指，使用特定變換，確認信息是否被篡改、是否來自可靠信息源及確認行為是否真實等。密碼的加密保護功能用於保證信息的機密性，密碼的安全認證功能用於實現信息的真實性、數據的完整性和行為的不可否認性。
國家密碼管理局高度重視密碼算法管理工作。近年來，發布了祖衝之序列密碼算法、SM2公鑰密碼算法、SM3密碼雜湊算法、SM4分組密碼算法、SM9標識密碼算法等商用密碼算法，構成了包括對稱、非對稱、雜湊、標識和序列等密碼算法，形成了完整、自主的國產商用密碼算法體繫，為促進密碼發展、保障我國信息安全發揮了巨大作用。
密碼學是一門研究密碼與密碼活動本質和規律，以及指導密碼實踐的學科，主要探索密碼編碼（Cryptology）和密碼分析（Cryptanalysis）的一般規律。密碼學課程是信息安全專業、網絡空間安全專業本科生的必修課程，也是網絡空間安全專業、計算機科學與技術專業或其他相關專業研究生的必修課程。
本書繫統介紹了密碼學的基本概念、基本理論和國內外主要的密碼算法。全書共15章。第1章概述，主要介紹密碼學的發展歷史、密碼學的基本概念、密碼學的基本屬性、密碼體制分類、密碼分析和密碼的未來。第2章古典密碼，主要介紹置換密碼、代換密碼、轉輪密碼、古典密碼的分類和古典密碼的統計分析。第3章分組密碼，主要介紹分組密碼概述、DES、AES、分組密碼的工作模式和分組密碼分析。第4章SM4分組密碼算法，主要介紹SM4分組密碼算法概述、SM4分組密碼算法設計原理和SM4分組密碼算法安全性分析。第5章序列密碼，主要介紹序列密碼的組成、LFSR、歐洲eSTREAM序列密碼、序列密碼的安全性及分析技術和序列密碼算法的未來發展趨勢。第6章祖衝之序列密碼算法，介紹算法結構、算法原理、算法參數和算法描述。第7章公鑰密碼，詳細描述公鑰密碼體制的原理和基本概念，介紹RSA、ElGamal公鑰密碼體制的原理。第8章SM2公鑰密碼算法，介紹橢圓曲線原理，ECC公鑰密碼體制，詳細描述SM2加解密算法的原理，並對SM2算法的安全性進行分析。第9章SM9標識密碼算法，介紹標識密碼算法的概念，對SM9加解密算法流程進行描述，以及對其安全性進行分析。第10章格理論密碼，介紹格密碼基本概念及格上的計算困難問題，介紹NTRU密碼體制。第11章密碼雜湊函數，介紹雜湊函數和消息認證碼，包括MD5雜湊算法和SHA-3雜湊算法的原理，基於Hash函數的HMAC算法。第12章SM3密碼雜湊算法，介紹算法的設計原理、算法特點和安全性分析。第13章數字簽名，介紹數字簽名的基本概念、DSS數字簽名標準，重點介紹SM2、SM9數字簽名算法。第14章身份認證，介紹基於口令、對稱密碼體制、非對稱鑰密碼體制及零知識證明的身份認證技術。第15章密鑰管理，介紹密鑰管理的基本概念和技術，重點介紹SM2和SM9密鑰交換協議。
本書是在作者多年來一直從事本科和研究生密碼學的教學工作、結合多年密碼學科研實踐、總結國內外密碼學相關教材及文獻的基礎上編寫而成的。本書得到國家自然科學基金（61370188）和北京印刷學院數字版權保護學術創新團隊的資助。北京電子科技學院張卷美、楊亞濤老師，河南理工大學湯永利、彭維平、闫璽璽、宋成、葉青老師，北京印刷學院李楨楨老師，南陽理工學院朱慧君老師參與了本書有關章節的編寫和校對工作；北京電子科技學院後量子密碼科研團隊的研究生、北京印刷學院數字版權保護學術創新團隊的教師和研究生參加了本書有關材料的收集、整理工作；在本書的編寫過程中，也得到國家密碼管理局、中國密碼學會領導的關心和支持，在此一並致以最誠摯的謝意。電子工業出版社在本書的出版過程中給予了極大的幫助和支持，也表示衷心的感謝。
由於作者知識水平有限，教材中難免有不足和疏漏之處，敬請廣大讀者批評指正。
作 者
