《非对称密码体制》课件

非对称密码体制非对称密码体制又称为公开密钥密码体制是现代密码学中最重要的一种密码技,术它采用一对相关的密钥进行加密和解密极大地提高了密码系统的安全性,课程大纲课程概要主要模块学习目标本课程将深入探讨非对称密码体制的基本非对称密码体制概述通过本课程的学习学生将掌握非对称密码•,原理、密钥生成、加密解密过程、数字签体制的关键技术并能够应用于实际的信息密码学基础知识,•名等核心内容安全保护中公钥密码的原理•算法原理与实现•RSA数字签名及数字证书•其他非对称密码算法•密码学前沿技术•非对称密码体制概述非对称密码体制又称公钥密码体制，是一种利用两个不同的密钥进行加密和解密的密码算法其中公钥用于加密、验签，私钥用于解密和签名这种体制相比对称密码体制具有更高的安全性与灵活性公钥密码体制依赖于数学难题的复杂性即在有限时间内很难解决,这种体制的发展极大地促进了现代密码学的进步广泛应用于电,子商务、网络安全等领域密码学基础知识密码学概念密钥管理密码学是研究信息安全的一门科学包密钥是加密算法的核心必须安全存储,,括保护信息的机密性、完整性和可用和传输密钥管理是密码系统的重要性它涉及数学、计算机科学等多个组成部分学科密码算法密码协议密码算法包括对称加密、非对称加密密码协议定义了信息交换的标准流程,、哈希函数等算法的设计关乎加密确保加密通信的安全性和可靠性常系统的安全性和性能见协议包括、等TLS IPSec公钥密码的原理基于双钥匙1公钥密码体制使用两个不同的密钥公钥和私钥公钥用于加密:,私钥用于解密一方公开一方保密,2公钥公开发布而私钥由用户自己保管这样可以保证安全性,,加解密过程3发送方使用受众人的公钥对信息进行加密接收方再使用自己的,私钥进行解密算法RSA大整数运算1算法依赖于大整数的算术运算对计算机性能要求较高RSA,加密解密分离2公钥用于加密私钥用于解密实现了加密解密的分离,,素数性质利用3算法利用了素数的特性来生成密钥提高了算法的安全性RSA,算法是一种基于公钥加密的非对称密码算法是目前应用最广泛的公钥密码算法之一其安全性建立在大整数因数分解的困难性之上RSA,,通过公钥加密和私钥解密实现了加密与解密的分离算法特点RSA安全性强实现简单12算法的密钥长度可以任意算法的核心思想简单计算RSA RSA,选取可以有效抵抗暴力破解攻过程容易实现,击密钥灵活计算量大34算法可以灵活地设置公钥算法需要进行大数乘法和RSA RSA和私钥适用于多种应用场景指数运算计算量较大,,算法密钥生成RSA选择两个大质数1和，通常位左右p q256计算模数n2n=p*q选择公开指数e3与互素e p-1q-1计算私钥指数d4d*e≡1mod p-1q-1算法密钥生成过程包括四个关键步骤选择两个大质数和计算模数选择公开指数以及计算私钥指数通过这四步就可以得到一对RSA:p q,n,e,d,RSA密钥对用于后续的加密和解密操作,算法加密解密RSA密钥生成加密过程解密过程首先需要生成公钥和私钥公钥用于加密使用公钥对需要加密的明文进行指数运算使用私钥对密文进行指数运算和模运算,私钥用于解密两者通过一种复杂的数和模运算得到密文这个过程非常安全即可得到原始的明文这一过程只有掌握,,,学算法相互关联密文很难破解私钥的人才能完成算法简单实现RSA算法步骤算法代码实现算法应用示例RSA RSA RSA算法包括密钥生成、加密和解密三个使用编程语言如、等可以实现通过简单的测试用例可以演示算法的RSA PythonJava RSA主要步骤通过合理的算法实现可以实现安算法的简单实现关键在于理解算法加密解密过程验证算法的正确性和可靠性RSA,全高效的加密解密过程原理并正确编码执行加解密逻辑数字签名概念身份验证数据完整性数字签名能够确认消息的发送者数字签名能够保证消息在传输过身份防止身份冒充程中未被篡改,不可否认性数字签名提供了消息发送者的不可否认性防止发送者否认发送行为,数字签名过程发送方计算摘要发送方使用算法对要发送的消息计算出一个数字摘要Hash发送方加密摘要发送方使用自己的私钥对数字摘要进行加密生成数字签名,发送数据和签名发送方将原始消息和数字签名一起发送给接收方接收方验证签名接收方使用发送方的公钥对数字签名进行验证确认消息的完整性和来源,数字签名算法RSA消息散列1使用单向哈希函数生成消息散列值私钥加密2使用私钥对消息散列值进行数字签名公钥验证3接收方使用公钥验证签名，确认消息完整性数字签名算法利用密钥对技术实现数字签名首先使用单向哈希函数对消息进行摘要然后使用私钥对消息摘要进行加密生成数RSARSA,,字签名接收方使用公钥解密数字签名并与消息摘要进行比对验证消息的完整性和真实性,,数字证书概念什么是数字证书数字证书是一种电子凭证用于确认用户身份和公钥信息以确保信息传输的安全和可靠,,数字证书的作用数字证书可用于身份验证、信息加密、电子签名等保障了网络交易的安全性,数字证书的结构数字证书通常包含用户信息、公钥、颁发机构信息、有效期等关键信息数字证书结构版本号序列号12标识证书遵循的版本，证书发行者分配的唯一证书编X.509通常为版号v3颁发者信息有效期34证书颁发者的名称、地址、组证书的生效和失效时间，确保织等信息其在有效期内使用数字证书管理颁发1数字证书由可信的认证机构颁发确保了证书持有者的身份和公,钥的真实性储存2数字证书通常存储在安全的电子设备或服务器中以确保其不被,篡改和泄露吊销3当证书持有者离职或证书信息发生变更时认证机构需要及时吊,销该证书数字证书应用案例数字证书在保护互联网上的信息交换和电子交易中扮演着关键角色常见的应用案例包括电子政务、电子商务、金融交易、企业内部通信等数字证书确保了信息的机密性、完整性和不可否认性提高了网络交易的安全性,例如在电子商务中买家和卖家可以通过数字证书验证对方的身份确保交易过,,,程的安全性在电子政务中数字证书可用于政府服务的身份认证和权限管理,在金融交易中数字证书可确保交易指令的真实性和防止交易过程被篡改,椭圆曲线密码算法基于的加密ECC1采用椭圆曲线作为加密基础相比更高效,RSA密钥更短更安全2密钥可更短但安全性更高ECC适用于资源受限场景3在计算能力受限的设备上具有优势椭圆曲线密码算法是一种基于椭圆曲线数学理论的非对称加密算法它相比算法具有密钥更Elliptic CurveCryptography,ECC RSA短、计算更高效、安全性更强等优势特别适合应用于计算资源受限的设备和环境,椭圆曲线密码特点高安全性低计算复杂度抗量子攻击密钥空间广阔椭圆曲线密码算法具有较高的椭圆曲线密码算法相比传统非与传统非对称算法不同椭圆椭圆曲线密码算法的密钥空间,安全性在相同的密钥长度下对称算法具有更低的计算复曲线密码算法对量子计算机攻远大于传统非对称算法可以,,,提供比传统算法更强的抗杂度和密钥长度适合于资源击具有更强的抗性被认为是提供更灵活的密钥长度选择RSA,,攻击能力受限的设备和场景未来主导密码学发展的方向之一椭圆曲线密码加密选择椭圆曲线参数1首先需要选择合适的椭圆曲线参数如曲线方程、基点和有限域,等这些参数决定了加密过程的安全性,生成公钥和私钥2根据椭圆曲线参数通过随机数生成算法生成用户的公钥和私钥,公钥是一个椭圆曲线上的点私钥是一个整数,加密明文消息3使用接收方的公钥对明文消息进行加密生成密文加密算法利,用椭圆曲线点加法和标量乘法运算完成椭圆曲线签名算法生成密钥对首先选择合适的椭圆曲线和参数然后生成私钥和公钥私钥是,一个随机数公钥是通过私钥计算得出的点,签名过程使用私钥对待签名信息进行运算得到签名值这个签名,r,s值可以被公钥验证签名验证接收方使用发送方的公钥对签名值进行验证如果验证通过说,明签名是有效的信息未被篡改,其他非对称算法密钥交换椭圆曲线密码算法Diffie-Hellman基于椭圆曲线数学的一种高效和通过公开交换信息来建立安全的安全的非对称密码算法加密通信无需预先共享秘密密钥基于身份的加密基于属性的加密使用公开身份信息作为公钥无根据用户的属性动态生成访问权需证书管理基础设施限提高了灵活性,非对称密码算法比较30K10ms算法密钥长度加密解密时间1M5适用数据量算法复杂度主流非对称密码算法包括、椭圆曲线密码学等它们在密钥长度、加RSA ECC解密效率、适用场景等方面存在差异例如需要更长的密钥来保证安全性RSA,但可以使用更短的密钥实现相同的安全强度选择合适的算法需要权衡各ECC种因素非对称密码算法应用数字签名网络安全电子商务非对称加密技术广泛应用于数字签名确保非对称密码算法是网络安全的基础广泛应非对称密码技术确保了电子商务交易的安全,,文档或信息的完整性和真实性防止抵赖用于建立安全通信通道、身份认证、加密文性实现了用户身份认证、交易隐私保护、,,签名人的私钥对文件进行加密验证人使用件传输等场景确保网络环境的机密性、完不可抵赖等功能提高了消费者的信任度,,,公钥进行验证整性和可用性非对称密码算法发展趋势量子计算技术后量子密码学新兴密码技术密码学发展趋势量子计算技术的发展将使当前后量子密码学正在研究新的密区块链、同态加密等新兴密码未来非对称密码算法将向更加的非对称密码算法面临巨大挑码算法以应对量子计算机对现技术正在不断发展有望为非对高效、安全和便捷的方向发展,,,战需要研发新型抗量子算法有非对称算法的威胁称算法带来创新突破满足社会各领域的需求,密码学前沿技术量子密码学量子密码学利用量子力学原理实现完美保密的通信可抗量子计算,机攻击是未来保密通信的主要方向,后量子密码学后量子密码学研究抗量子计算机攻击的传统密码算法如格密码、,编码密码等保障密码系统在量子计算机时代的安全性,量子密码学量子不确定性量子隧穿效应量子力学描述了自然界中粒子的量子粒子能够穿透障碍层的量子量子态不确定性，这为量子密码隧穿效应是量子密码学实现安全学提供了独特的基础通信的关键原理量子纠缠量子纠缠态是量子密码学中的核心概念，可实现绝对安全的量子密钥分发后量子密码学新兴加密技术抵御量子攻击前沿技术发展后量子密码学是一类新兴的加这些算法利用数学难题如格后量子密码学正在快速发展,,密技术旨在抵御量子计算机问题和编码理论来构建安全已经有多种算法得到标准化,,,对现有密码系统的威胁的加密方案即使面对量子计未来将在信息安全领域发挥重,算机也能保持安全性要作用密码学发展展望量子密码学利用量子力学原理实现的全新加密技术具有绝对安全性未来可能取代传统密码学,网络安全随着互联网快速发展密码学在网络安全中的应用越来越广泛和重要提升密码技术是,信息安全的关键人工智能人工智能技术与密码学的融合将产生新的突破为安全领域带来新的解决方案,课程总结这门课程对非对称密码密码体制进行了全面和深入的探讨我们学习了公钥密码的原理、算法的原理和实现、数字签名和数字证书的概念及其应用并深入RSA,了解了椭圆曲线密码算法等其他非对称算法最后我们还展望了密码学的发展趋势包括量子密码学和后量子密码学相信通过本课程的学习您已掌握了非对称,,密码体制的核心知识。