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出版者:第1版 (2003年1月1日)

作者:安徽交通职业技术学院编

出品人:

页数:211 页

译者:

出版时间:2003-11

价格:28.00

装帧:平装

isbn号码:9787030124111

丛书系列:

图书标签:

• 高等数学
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• 科学计算
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• 大学教材

现代密码学原理与实践 图书简介 本书旨在全面深入地探讨现代密码学的核心理论、关键算法及其在信息安全实践中的应用。内容涵盖从经典密码学到现代对称加密、非对称加密、数字签名、哈希函数等一系列基础和前沿主题。本书特别注重理论推导的严谨性与实际工程实现的对应关系，旨在为读者构建一个坚实、系统的密码学知识体系。 第一部分：密码学基础与数学背景 本部分首先回顾了信息安全的基本概念、威胁模型以及密码学在构建安全系统中的核心地位。我们将从信息论的熵、扩散、混淆等基本原理入手，介绍信息安全的度量标准。 随后，深入探讨支撑现代密码学的数论基础。重点讲解有限域（Galois Field，GF($2^n$)）上的运算规则，这是椭圆曲线密码学（ECC）的理论基石。模运算的性质、欧拉定理、费马小定理以及扩展欧几里得算法在密钥交换和公钥密码中的应用被详细剖析。此外，离散对数问题（DLP）和椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）的计算复杂性被作为公钥密码安全性的主要依据进行阐述。 第二部分：对称加密技术 对称密码体制以其高效性，在数据加密领域占据核心地位。本部分详尽分析了分组密码的工作原理，特别是DES/3DES的结构、轮函数设计及其安全性分析。 核心篇幅聚焦于AES（Rijndael）算法。我们将从字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）这四个步骤入手，详细解析每一轮操作背后的代数结构和扩散特性。同时，探讨AES的不同操作模式（如ECB, CBC, CFB, OFB, CTR），分析每种模式在安全性、并行性和错误传播方面的优缺点，并给出在特定应用场景下的最优选择建议。 对于流密码，本书介绍了RC4的内部状态更新机制，并着重分析了现代同步流密码，如ChaCha20，其基于加法、异或和旋转（Add-Rotate-XOR, ARX）结构的优势和抗侧信道攻击的潜力。 第三部分：公钥密码学与密钥交换 非对称加密是实现安全通信和数字身份验证的基石。本部分系统介绍基于大数分解难题的RSA算法。内容包括密钥生成（欧拉函数计算）、加密和解密过程的数学推导，以及Goldwasser-Micali（GM）和Goldwasser-Micali-Rivest（GMR）等早期的概率加密方案的演进。 随后，深入剖析基于离散对数问题的Diffie-Hellman（DH）密钥交换协议。详细讲解其工作原理、安全性基础（DLP假设），并分析其对中间人攻击（MITM）的脆弱性，进而引出结合数字签名的安全密钥协商机制。 椭圆曲线密码学（ECC）作为当前的主流公钥技术，将获得重点关注。本书清晰地解释了椭圆曲线上的点加法和点乘运算，推导了基于这些运算构造的加密和签名算法（ECDH、ECDSA）。着重对比ECC与RSA在相同安全强度下密钥长度的显著优势。 第四部分：数据完整性与认证机制 保证数据在传输和存储过程中不被篡改是安全通信的另一关键需求。本部分全面解析散列函数（Hash Functions）。 我们首先回顾了MD5和SHA-1的结构缺陷，随后详细阐述SHA-2系列（SHA-256/SHA-512）的Merkle-Damgård结构，包括初始化向量、填充方案和轮函数的设计。针对当前趋势，本书也对SHA-3（Keccak）的基于海绵构造（Sponge Construction）的全新设计理念和内部操作进行了深入浅出的讲解。 针对消息认证，本书详细介绍了HMAC（基于哈希的消息认证码）的构建方法，解释其如何利用密钥和哈希函数提供消息的完整性和真实性认证。 第五部分：数字签名与证书体系 数字签名是实现不可否认性的核心技术。本书详细介绍了RSA签名算法和椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）的完整流程。分析了签名验证过程中对随机数（Nonce）生成的要求，强调了签名过程中的安全性隐患。 此外，本部分将构建现代网络安全基础设施所需的公钥基础设施（PKI）。详细解析X.509证书的标准结构、证书的签发、吊销机制（CRL与OCSP），以及证书在身份验证中的作用。 第六部分：密码协议与前沿研究 本部分将理论知识应用于具体的安全协议设计中。我们分析了TLS/SSL协议（特别是1.2和1.3版本）的握手过程，阐明了其中如何巧妙地融合了密钥交换、对称加密、消息认证码和数字签名技术以确保HTTPS的安全性。 最后，对当前密码学的前沿研究方向进行介绍，包括： 1. 后量子密码学（PQC）：介绍格密码学（Lattice-based Cryptography）的基本思想，如SIS和LWE问题，及其在应对未来量子计算威胁中的潜力。 2. 零知识证明（ZKP）：探讨zk-SNARKs和zk-STARKs的基本原理，及其在隐私保护和区块链技术中的新兴应用。 3. 安全多方计算（MPC）：介绍如何在不泄露各自输入数据的前提下，共同计算一个函数的方法。 本书结构严谨，理论联系实际，不仅适合计算机科学、信息安全等专业本科高年级和研究生的学习，也为希望深入理解和应用现代密码技术的信息安全工程师提供了一份不可或缺的参考手册。全书包含大量数学证明、算法流程图和实际代码实现示例（侧重概念而非特定语言实现细节），帮助读者彻底掌握密码学的“为什么”和“如何做”。

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