密码科学与技术概论_曹春杰、韩文报_9787302633174

本书共分8章，目标是使读者了解密码是什么、如何设计密码算法和密码协议、如何管理密钥、如何破解密钥，以及密码有关产品和如何检测产品是否合规。具体而言，第1章主要讲述密码的起源以及共产党与密码发展的过程；第2章主要介绍密码算法的分类及各算法的联系和区别；第3章主要讨论密码学与安全协议相关的基础知识和技术方法；第4章介绍与密钥管理相关的理论和技术；第5章描述密码分析的目标和攻击类型，以及经典密码算法的分析方法；第6章介绍商用密码产品以及其应用场景；第7章给出了商用密码应用安全性评估的实施要点以及具体案例；第8章介绍密码学的新技术，并对密码学的未来进行了展望。附录A介绍密码学相关数学基础知识；附录B介绍密码相关法律法规与标准。本书内容丰富，概念清楚，语言精练，在内容阐述上力求深入浅出、通俗易懂。特别是本书尽量避免过多数学语言的描述，力求理论联系实际，面向具体应用。本书可作为密码科学与技术、信息安全、计算机科学与技术等专业的本科生教材，也可作为广大网络安全工程师、网络管理员和IT从业人员的参考书。

密码技术作为国家自主可控的核心技术，在维护国家安全、主权和发展利益中发挥着不可替代的作用。尤其是，目前以人工智能、大数据、物联网、太空技术、生物技术、量子科技为代表的新一代信息技术日新月异，给各国经济社会发展、国家管理、社会治理、人民生活带来重大而深远的影响，由此催生的新产业、新业态、新模式给人们的生产方式、生活方式、思维方式带来了巨大变化，推动着社会形态、社会活动、组织方式发生深刻的变化，数字社会正在逐步形成，有效解决日益严峻的网络与信息安全挑战，成为维护国家主权、安全和发展利益的置顶选项。其中，密码是解决网络与信息安全最有效、最可靠、最经济的手段。
随着我国密码法的实施和信息化的加速发展，未来5年密码人才需求年增长率高达30%。然而，当前我国只有少数军队高等院校和极少数地方院校培养密码专业人才，每年本科毕业生2000人左右，密码专业基础人才缺口巨大。为了解决国家对密码人才的需求，2021年2月10日，发布《关于公布2020年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》及《列入普通高等学校本科专业目录的新专业名单（2021年）》，海南大学等7所普通高等学校开设了新专业密码科学与技术，专业代码为080918TK。
密码科学与技术专业是以数学、计算机科学与技术为基础，融合了信息与通信工程、电子科学与技术、管理科学与工程等多个学科，致力于密码算法设计、密码算法分析、密码工程、密码应用、密码管理与安全防护专业，培养具有密码研究能力、开发能力、应用能力、管理能力等的人才。密码科学技术知识体系包括密码学基础知识、密码理论知识、密码工程知识、密码应用知识。密码学基础知识是指密码专业学习需要具备的基础知识，要求学生学习密码学中的基本概念知识、密码领域中的一些基本法律知识及基本管理知识和密码理论的基础知识。密码理论知识领域分为对称密码算法知识子领域、公钥密码知识子领域、协议知识子领域。对称密码算法使用相同的密钥进行加密和解密，计算量小但密钥的分发和管理比较困难。公钥密码算法使用两把完全不同但又完全匹配的一对钥匙进行加密和解密，安全性高但效率低。密码协议指两个或两个以上的参与者为完成密码通信中某项特定任务而约定的一系列步骤。密码工程是从工程实践和应用的角度培养学生，要求学生具备密码工程基本素质，设计密码模块、密码设备和密码系统，同时对密码模块、密码设备和密码系统的安全性进行测评和风险评估。密码应用领域的知识体系包括云计算安全技术、区块链技术安全和大数据与物联网安全3个子领域，密码技术对这类新型信息技术的发展具有决定性作用。
本书是第一本从密码科学与技术专业的角度出发，系统讲述各密码课程之间关系的教材。本书按照密码科学与技术的技术体系，全面、系统地介绍了密码科学与技术的相关知识，内容包括密码编码学、密码分析学、密码协议、商用密码标准与产品、密码管理系统、密码应用安全性评估等，并通过相关的案例和实践使学生全面了解密码科学与技术的基本知识、建立初步的知识框架，为进一步的学习打下坚实的基础。
本书由曹春杰和韩文报担任主编，周晓谊、李志奇、欧嵬、胡昌慧、叶俊、王隆娟、岳秋玲、徐紫枫、秦小立、马建强、陈平等参加了本书的编写工作。其中，周晓谊和欧嵬负责第1章，岳秋玲和胡昌慧负责第2章，叶俊负责第3章，徐紫枫负责第4章，秦小立负责第5章，马建强负责第6章，李志奇、陈平和王隆娟负责第7章，胡昌慧负责第8章。
本书的编写得到新工科项目新工科背景下密码工程专业人才培养机制探索与实践（项目编号： EABGABQ20202716）和海南大学2021年自编教材资助项目（项目编号： Hdzbjc2101）的大力支持，在此表示衷心的感谢。
由于作者水平所限，书中难免存在疏漏或不妥之处，恳请广大读者不吝赐教。

作者2023年2月

第1章密码概述1
1.1古典密码：一种在战争中萌芽和发展的艺术1
1.1.1古代中国1
1.1.2古代外国3
1.2近代密码学：借助机械打造复杂的密码4
1.2.1一次性便签密码4
1.2.2恩尼格玛密码机5
1.2.3雷杰夫斯基炸弹与图灵炸弹6
1.2.4共产党的革命斗争与密码7
1.3现代密码学：密码逐渐走向商业和大众8
1.3.1密码从艺术转变为科学8
1.3.2序列密码9
1.3.3分组密码9
1.3.4公钥密码10
1.3.5Hash函数11
1.3.6密码在我国的应用12
1.4密码技术支撑下的信息安全13
操作与实践14
思考题15
参考文献15

第2章密码算法16
2.1古典密码16
2.1.1代替密码16
2.1.2置换密码18
2.1.3转轮机密码19
2.2对称密码20
2.2.1序列密码20
2.2.2分组密码21密码科学与技术概论目录2.3公钥密码26
2.3.1公钥密码简介27
2.3.2RSA公钥加密算法27
2.3.3椭圆曲线密码算法28
2.4数字签名29
2.4.1数字签名简介29
2.4.2ElGamal签名算法30
2.5散列函数31
2.5.1散列函数简介31
2.5.2MD5算法31
2.5.3SHA系列算法32
2.6国密算法33
2.6.1SM2算法33
2.6.2SM3算法33
2.6.3SM4算法34
2.6.4SM9算法34
2.6.5ZUC算法34
操作与实践35
思考题36
参考文献37

第3章密码协议38
3.1协议概述38
3.1.1从阿里巴巴的咒语看零知识证明38
3.1.2初探秘密共享40
3.1.3密码协议41
3.2常见协议42
3.2.1认证协议42
3.2.2密钥生成相关协议44
3.2.3Kerberos协议45
3.2.4传输层安全协议47
3.3协议设计原则50
3.3.1协议设计的一般原则50
3.3.2几条更直观的设计准则52
3.4协议安全证明53
操作与实践54
思考题59
参考文献60

第4章密钥管理62
4.1密钥生命周期62
4.1.1密钥生成63
4.1.2密钥存储64
4.1.3密钥导入和导出64
4.1.4密钥分发65
4.1.5密钥使用66
4.1.6密钥备份和恢复66
4.1.7密钥归档66
4.1.8密钥销毁67
4.2密钥管理系统67
4.2.1密钥管理的层次结构67
4.2.2密钥管理的原则69
4.3对称密钥管理70
4.3.1对称密钥分发70
4.3.2对称密钥分发结构71
4.3.3多层次KDC架构73
4.4非对称密钥管理74
4.4.1简单的密钥分发方案74
4.4.2公钥分发75
4.4.3公钥基础设施75
操作与实践80
思考题81
参考文献81

第5章密码分析基础82
5.1密码分析介绍82
5.1.1密码分析的目标83
5.1.2密码分析的攻击者类型83
5.1.3密码分析方法的评价85
5.2密码分析85
5.2.1密码分析方法86
5.2.2古典密码分析87
5.2.3密码算法分析94
5.2.4侧信道攻击96
操作与实践97
思考题97
参考文献98

第6章商用密码产品与应用99
6.1商用密码产品类别99
6.1.1商用密码产品的形态类型99
6.1.2商用密码产品的功能类型100
6.2商用密码产品应用案例104
6.2.1安全芯片104
6.2.2智能密码钥匙105
6.2.3密码机107
6.2.4VPN产品109
操作与实践113
思考题113
参考文献114

第7章密码检测与测评115
7.1商用密码检测认证体系115
7.1.1密码产品认证介绍116
7.1.2密码应用基本要求118
7.2商用密码产品检测119
7.2.1商用密码产品检测框架120
7.2.2密码算法合规性检测121
7.2.3密码模块检测122
7.2.4安全芯片检测124
7.3密码应用安全性评估测评过程指南125
7.3.1测评基本原则125
7.3.2测评过程126
7.4密码测评要求与测评方法127
7.4.1总体要求测评127
7.4.2密码功能测评128
7.4.3密钥管理测评129
7.4.4综合测评131
7.5密码应用安全性评估测评工具131
7.5.1通用测评工具133
7.5.2专用测评工具133
操作与实践134
思考题135
参考文献136第8章密码学新进展137
8.1量子计算机和后量子密码学137
8.2全同态加密140
8.3量子密码141
思考题143
参考文献143

附录A数学基础144

附录B密码相关法律法规与标准152

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