Guide to Elliptic Curve Cryptography pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Darrel Hankerson

出品人:

页数:311

译者:

出版时间:2010-12-5

价格:USD 179.00

装帧:Paperback

isbn号码:9781441929297

丛书系列:

图书标签:

• 密码学
• ECC
• Elliptic Curve Cryptography
• Cryptography
• ECC
• Number Theory
• Mathematics
• Security
• Coding
• Algorithms
• Information Security
• Applied Cryptography

数字安全与信息保护前沿：基于格的密码学导论 本书聚焦于当前信息安全领域最受关注和最具潜力的新兴分支——基于格的密码学（Lattice-Based Cryptography）。 在数字化浪潮席卷全球的今天，我们对于信息保密性的需求达到了前所未有的高度。传统的公钥密码系统，如RSA和椭圆曲线密码（ECC），其安全性严重依赖于大整数分解（Integer Factorization Problem, IFP）或离散对数问题（Discrete Logarithm Problem, DLP）的数学难度。然而，随着量子计算技术的飞速发展，尤其是Shor算法的成熟，这些依赖于传统数学难题的加密体系面临着被彻底破解的巨大风险。因此，构建“抗量子”（Quantum-Resistant）或“后量子”（Post-Quantum）的密码系统，已成为全球密码学界和信息安全行业的共同使命。 《数字安全与信息保护前沿：基于格的密码学导论》 正是为应对这一时代挑战而精心撰写。本书系统、深入地介绍了基于格的密码学理论基础、核心算法设计、性能分析以及在实际应用中的部署考量。它不是对现有经典密码学理论的简单回顾，而是完全聚焦于这一新兴、前沿且被认为最有可能抵抗量子攻击的密码学分支。 第一部分：数学基础与格的结构 (Foundations and Lattice Structures) 本部分为后续的密码学构造打下坚实的数学基础。我们摒弃了对椭圆曲线数学的探讨，转而深入研究构成格密码学基石的代数结构和几何概念。 1. 环理论与多项式环 (Ring Theory and Polynomial Rings): 详细阐述了有限域（Finite Fields）和有限域上的多项式环 $F_q[x]$。重点解析了在格密码学中至关重要的“环带”（Rings with Structure），特别是关于商环 $R = mathbb{Z}[x] / langle x^n pm 1 angle$ 的性质，这是许多高效格密码方案（如NTRU和基于LWE的方案）的基础结构。我们将精确分析多项式乘法的效率提升，例如使用数论变换（NTT）进行快速卷积。 2. 欧几里得格与最短向量问题 (Euclidean Lattices and Shortest Vector Problem, SVP): 本书详细定义了欧几里得格 $Lambda$ 的概念，包括基（Basis）的选择、基的可约性（Reducibility）以及格的行列式（Determinant）。核心内容是深入探讨格困难问题的变体： 最短向量问题 (SVP) 及其近似版本 (ApproxSVP)。 最近向量问题 (Closest Vector Problem, CVP) 及其近似版本 (ApproxCVP)。 这些问题构成了格密码安全性的数学支柱。书中将分析著名的Lattice Reduction算法，如LLL算法（Lenstra-Lenstra-Lovász）和BKZ算法，并对比它们在理论上的破解能力与实际计算复杂度。 3. 学习错误问题的数学建模 (Mathematical Formulation of Learning With Errors, LWE): LWE问题被誉为格密码学的“瑞士军刀”。我们将严谨地从线性方程组的角度定义LWE问题及其环版本（Ring-LWE, RLWE）。重点分析了LWE问题的难度是如何通过与SVP/CVP的归约（Reduction）来保证的，解释了为什么引入“噪声”或“误差项”能够有效抵抗传统代数攻击方法。 第二部分：核心抗量子密码体制 (Core Post-Quantum Cryptographic Schemes) 本部分完全聚焦于当前处于NIST后量子密码标准化竞赛前沿的基于格的公钥加密和数字签名方案。 1. 基于LWE/RLWE的公钥加密 (LWE/RLWE-based Public Key Encryption): 详细介绍基于LWE/RLWE的加密方案的构造步骤，包括密钥生成、加密过程和解密过程的数学细节。我们将深入探讨参数选择对安全性和效率的影响，特别是如何平衡密文尺寸、密钥尺寸与抗攻击能力。内容将覆盖标准LWE方案和更高效的RLWE方案的实现细节。 2. 格基签名方案 (Lattice Basis Signature Schemes): 重点解析基于格签名的两个主要流派： Ajtai-Dwork型方案（理论基础）：阐述其早期的构造思路和面临的挑战。 基于格的模糊签名 (Fuzzy Signature) 与 GGH/NTRU的衍生方案：重点分析如何利用格的结构实现高效且安全的数字签名，特别是如何处理签名过程中引入的随机性（“撒盐”）。 Dilithium (Kyber的签名对应方案) 的底层原理：分析其基于Module-LWE/RLWE的结构，以及如何通过Fiat-Shamir启发式方法将零知识证明转化为有效的数字签名方案。 3. 同态加密与格 (Lattices in Homomorphic Encryption): 尽管格密码学在公钥加密和签名方面最为突出，但其在全同态加密（FHE）领域也扮演了核心角色。本书将概述如何利用格结构（特别是带有环结构的Rings）实现高效率的FHE方案（如BFV, CKKS方案的底层数学）。重点讲解“Bootstrapping”（引导）过程所需的关键技术，即如何在一个加密空间内对密文进行“重加密”以刷新噪声，维持计算深度。 第三部分：安全分析与性能工程 (Security Analysis and Performance Engineering) 本部分超越理论，探讨格密码学在实际部署中必须面对的工程挑战和严格的安全评估。 1. 侧信道攻击与格密码学 (Side-Channel Attacks on Lattices): 由于格密码方案（尤其是涉及大量模数运算和向量操作的方案）的实现往往涉及密钥相关的中间值，它们极易受到功耗分析（Power Analysis）和电磁辐射分析（EMA）等侧信道攻击的威胁。本书将详细分析常见的侧信道泄露点，并重点介绍抗侧信道攻击的防御技术，如掩码（Masking）、随机化（Randomization）和时序保护的实现策略。 2. 噪声管理与参数优化 (Noise Management and Parameter Optimization): 在基于格的系统中，密钥、密文和计算过程中引入的噪声是安全性的关键。本书将建立详细的噪声增长模型，分析不同操作（加法、乘法）如何累积误差。指导读者如何根据预期的安全等级（如Level 1, 3, 5）精确计算出所需的模数大小 $q$、维度 $n$ 以及误差分布 $chi$ 的标准差 $sigma$，以确保在抵抗SVP/CVP攻击的同时，保证解密成功率（Correctness Probability）。 3. 硬件加速与优化 (Hardware Acceleration and Optimization): 本书探讨了格密码运算对计算资源的要求，并提出了高效的优化策略。特别关注： NTT优化：在各种架构（如CPU, GPU, FPGA）上实现高效的数论变换以加速多项式乘法。 向量化指令：如何利用SIMD（如AVX, NEON）指令集对多维向量运算进行并行处理，以显著提升加密和签名吞吐量。 总结： 《数字安全与信息保护前沿：基于格的密码学导论》是一本面向密码学研究人员、安全工程师和高级计算机科学学生的专业著作。它全面覆盖了格密码学从基础数学到前沿应用的全部脉络，完全侧重于构建和分析量子安全的基础设施，而不涉及任何关于经典公钥体系或特定椭圆曲线构造的细节。本书旨在培养读者独立设计、分析和部署下一代抗量子密码系统的能力。

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我是一名有着一定密码学基础的研究者，一直致力于寻找能够深入理解现代加密算法实现细节的参考资料。《Guide to Elliptic Curve Cryptography》在我看来，就是这样一本不可多得的宝藏。书中对数学原理的阐述极其严谨且深入，它详细讲解了有限域上的椭圆曲线定义，以及与之相关的群论基础。作者并没有回避复杂的数学证明，而是将它们清晰地呈现出来，并辅以必要的解释，这对于希望真正掌握ECC核心机理的读者来说至关重要。我尤其欣赏书中对不同椭圆曲线参数选择的讨论，这直接关系到密码系统的安全性和性能，作者通过分析各种参数集的优劣，为我们提供了宝贵的实践指导。此外，书中还对一些重要的ECC协议，如ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）和ECDH（椭圆曲线Diffie-Hellman密钥交换）进行了详细的剖析。它不仅解释了算法的流程，还深入探讨了其安全属性和潜在的攻击向量。通过阅读这些章节，我能够更清晰地理解这些协议是如何工作的，以及它们如何在实际应用中保障通信的安全。这本书的深度和广度，无疑为我在ECC领域的研究提供了坚实的基础和新的视角。

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作为一名软件开发者，我一直在寻找能够帮助我将ECC技术集成到实际产品中的实用指南。《Guide to Elliptic Curve Cryptography》在这方面做得非常出色。它不仅仅停留在理论层面，而是提供了大量关于ECC在软件实现中的考量。书中讨论了如何在不同的编程语言和环境中实现ECC算法，并对性能优化、内存管理等方面提出了切实可行的建议。例如，它深入分析了如何在软件层面处理大数运算，以及如何高效地实现椭圆曲线上的点运算，这些都是开发者在实际应用中会面临的关键问题。书中还提供了对各种ECC库的介绍和比较，这对于开发者选择合适的工具来加速开发过程非常有帮助。此外，作者还探讨了ECC在各种实际应用场景中的落地案例，比如TLS/SSL协议、区块链技术等，这让我能够更直观地理解ECC是如何在现代信息系统中发挥作用的。这本书的实践导向让我能够将书本知识快速转化为实际的开发能力，并对如何构建安全可靠的加密系统有了更全面的认识。

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作为一名对密码学领域充满好奇的初学者，我一直被各种复杂的加密技术所吸引，而椭圆曲线密码学（ECC）更是其中一个令我既感到神秘又充满向往的部分。我手中的这本《Guide to Elliptic Curve Cryptography》正如一本引人入胜的向导，在我踏入这个领域时，给予了我莫大的帮助。首先，这本书在概念的引入上非常到位，它并没有上来就抛出复杂的数学公式，而是从椭圆曲线这个几何概念入手，循序渐进地解释了其在密码学中的应用基础。作者巧妙地将抽象的代数概念与直观的几何图形结合，使得像“点加法”、“标量乘法”这些核心运算，在我眼中不再是难以理解的黑匣子。我可以清晰地看到，这些看似简单的几何操作，是如何构建起强大的加密算法的基石。书中还花了相当篇幅来阐述ECC的优势，比如在相同安全强度下，ECC所需的密钥长度远小于传统的RSA等公钥密码系统，这意味着更高的效率和更低的计算资源消耗。这一点对于如今数据爆炸、设备性能受限的移动互联网时代尤为重要，让我对ECC的应用前景有了更深刻的认识。总而言之，这本书为我打开了一扇通往椭圆曲线密码学世界的大门，让我能够以一种相对轻松且富有成效的方式，开始这段探索之旅。

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对于像我这样在信息安全领域工作的专业人士而言，理解ECC的安全性以及其相对于其他密码学方法的优势至关重要。《Guide to Elliptic Curve Cryptography》为我提供了一个极具价值的视角。书中对ECC的安全性分析非常详尽，它不仅阐述了ECC抵抗已知攻击（如离散对数问题）的原理，还深入探讨了针对ECC可能存在的侧信道攻击以及如何防御。作者通过细致的分析，让我对ECC的数学难题及其在破解上的难度有了更深刻的理解。它清晰地阐明了为什么在相同安全级别下，ECC的密钥长度可以显著缩短，从而带来更高的效率和更低的存储、计算成本。书中还对比了ECC与RSA等传统公钥密码系统的安全性与效率，让我能够更准确地评估在不同场景下哪种加密方案更为合适。对于那些需要设计或评估加密方案的从业者来说，这本书提供了一个非常专业的参考。它帮助我更清晰地认识到ECC在现代密码学体系中的重要地位，以及其在保障数据安全和隐私方面的不可替代作用。

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当我第一次翻开《Guide to Elliptic Curve Cryptography》时，我曾担心它会是一本枯燥乏味的学术著作，充斥着我难以理解的数学语言。然而，事实证明我的担忧是多余的。这本书最让我惊喜的是它对复杂概念的清晰阐述和生动比喻。作者似乎深谙读者的心理，能够将那些看似抽象的数学原理，通过通俗易懂的方式呈现出来。书中经常使用一些类比和例子，帮助我理解例如“群”、“域”这些抽象概念，以及它们如何在椭圆曲线上进行操作。我特别喜欢书中在解释“标量乘法”时所做的类比，它将原本复杂的计算过程变得直观易懂。此外，书中还穿插了一些历史背景和应用故事，让我在学习技术的同时，也能感受到密码学发展的脉络和魅力。这种寓教于乐的方式，让我在阅读过程中保持了高度的兴趣和专注。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，用耐心和智慧引导我一步步探索ECC的奥秘。对于任何希望以轻松愉快的方式学习ECC的人来说，这本书绝对是一个绝佳的选择。

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