具体描述
书中各章均包括三部分内容：重要概念与定理的析疑与总结，例题选讲，练习题及解答。
在编写本书时，我们有以下一些考虑。
在“重要概念与定理的析疑与总结”中，强调“难点析疑”与“规律总结”，针对学生学习中的难点与疑点，进行分析、讲解，引导学生正确辨别、理解，使之对重要概念、方法以及疑难问题，理解得更深更透。对规律性的内容加以总结，使读者掌握的知识更有条理性，更加巩固。 在“例题选讲”中，我们分门别类通过典型例题分析解答，然后加以“小结”，以使读者能举一反三，触类旁通，对运算技巧掌握得更熟练，对基本概念理解得更准确。
各章练习题均分(A)，(B)两部分，(A)组包括计算题、应用题和证明题等，(B)组包括填空题和选择题(只有一个选项是正确的)。这些练习题都是精心编制的，读者通过做这些练习题，可以巩固加深对基本概念与原理的理解，及熟练掌握计算方法。这些练习题具有“考试题” 的特点，读者通过做练习题，可以检查自己对所学内容掌握的程度。
现代密码学原理与实践 第一章 密码学的历史沿革与基础概念 本章将系统梳理密码学自古代密码到现代公钥密码体系的发展脉络。我们将从替换密码、置换密码等古典密码学的基本原理入手，探讨其在信息安全领域中的初步应用与局限性。随后，重点转向信息论基础在密码学中的作用，特别是香农（Shannon）关于保密通信的奠基性工作，引入信息熵、扩散、混淆等核心概念。在此基础上，我们将详细阐述对称加密与非对称加密的基本模型、安全性定义（如不可区分性、计算安全性）以及信息论安全与计算安全之间的差异。本章旨在为读者建立一个坚实的理论基础，理解密码学作为一门交叉学科的本质。 第二章 分组密码的设计与分析 分组密码是现代密码学的核心组成部分之一，本章将深入剖析当前主流的分组密码算法及其设计哲学。我们将详细介绍Feistel网络结构与SPN（代换-置换网络）结构的原理与优劣对比。在此基础上，对DES（数据加密标准）进行结构分析，并着重讲解其继承者——AES（高级加密标准）的轮函数设计、S盒（Substitution Box）的构造原理及其抗差分攻击和线性攻击的能力。此外，本章还将涵盖其他重要的分组密码体制，如多重加密（2DES, 3DES）的安全性讨论，以及针对新一代密码算法如SM4的结构特点进行分析，探讨其在特定应用场景下的性能表现。 第三章 流密码的理论基础与应用 与分组密码相对，流密码以其高效性和低延迟特性，在实时通信领域占据重要地位。本章首先界定流密码的概念，并区分同步和自同步流密码的类型。核心内容将聚焦于线性反馈移位寄存器（LFSR）的数学原理，包括其特征多项式、周期计算及其在线性密码分析中的脆弱性。随后，我们将转向非线性反馈序列的构造方法，如交错生成器、组合生成器，并讨论如何通过增加非线性度来抵抗各种代数攻击。本章还将介绍当前广泛应用的流密码算法，如ChaCha20，分析其设计如何平衡速度与安全性。 第四章 密码算法的安全性评估与攻击方法 了解密码算法的设计原理后，本章将重点探讨如何从理论和实践角度对这些算法进行安全性评估。我们将系统介绍差分密码分析（Differential Cryptanalysis）和线性密码分析（Linear Cryptanalysis）的基本步骤和数学工具，并展示如何利用这些方法来估计密码的密钥空间缩减。此外，本章还会涵盖侧信道攻击（Side-Channel Attacks）的原理，包括功耗分析（SPA/DPA）、电磁辐射分析（EMA）等，并探讨针对这些攻击的对策，如掩码技术（Masking）和随机化技术。对中间相遇攻击（Meet-in-the-Middle Attack）等其他经典攻击方法的剖析，将帮助读者全面认识密码系统的薄弱环节。 第五章 公钥密码系统：数学基础与核心算法 公钥密码系统（非对称密码）是安全通信的基石。本章将从数论基础出发，详细介绍离散对数问题（DLP）、因子分解问题（CDLP）的数学难题，并阐述它们在公钥密码构建中的核心作用。我们将深入解析RSA算法的密钥生成、加密和签名过程，并讨论其安全性依赖的数学基础。接着，本章将全面介绍基于椭圆曲线的密码系统（ECC），包括椭圆曲线群的定义、点加法的几何解释，以及椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）的难度。我们将对比RSA和ECC在相同安全级别下的性能差异。 第六章 密码学中的哈希函数与消息认证 哈希函数是数据完整性和身份验证的关键工具。本章将从信息压缩和单向性的角度定义安全哈希函数的要求，包括抗原像攻击、抗第二原像攻击和抗碰撞性。我们将分析MD5和SHA-1算法的结构及其已发现的安全缺陷，并重点介绍SHA-2族和SHA-3（Keccak）的设计思想和优势。在消息认证方面，本章将阐述消息认证码（MAC）的概念，详细介绍基于哈希的消息认证码（HMAC）的构造原理，以及认证加密（Authenticated Encryption，如AES-GCM）如何同时提供机密性和完整性的保护。 第七章 数字签名与证书体系 数字签名技术是保障信息真实性和不可否认性的核心技术。本章将详细阐述数字签名的数学模型、安全属性（如存在性不可伪造、个人不可否认性）。我们将深入剖析RSA数字签名和基于椭圆曲线的数字签名算法（ECDSA）的生成与验证过程。此外，本章将转向公钥基础设施（PKI）的建设，详细介绍证书的结构（X.509标准）、信任链的建立、证书颁发机构（CA）的角色和职责，以及证书的吊销机制（CRL和OCSP）。 第八章 现代密码协议设计：密钥交换与安全信道 安全协议是实现网络通信保密性的关键。本章将探讨如何在不安全的信道上安全地协商会话密钥。我们将详细分析Diffie-Hellman（DH）密钥交换算法的原理及其在公钥交换中的应用，并讨论其面临的中间人攻击（Man-in-the-Middle Attack）以及如何通过数字签名或证书体系来解决这一问题。随后，本章将聚焦于TLS/SSL协议的演进，分析握手过程中的密钥协商、身份验证和数据加密流程，重点解析TLS 1.3相比早期版本的安全性改进和效率提升。 第九章 零知识证明与后量子密码学展望 本章将引入密码学的前沿研究领域。首先，我们将介绍零知识证明（Zero-Knowledge Proof）的基本概念和三大特性（完备性、可靠性、零知识性），并简要概述交互式和非交互式零知识证明（如zk-SNARKs）的应用潜力。其次，鉴于量子计算对现有公钥密码体系的潜在威胁，本章将重点介绍后量子密码学（PQC）的研究方向，包括基于格（Lattice-based）、基于编码（Code-based）、基于多变量（MQ-based）以及基于同源（Isogeny-based）的密码算法，分析其抗量子攻击的理论基础和工程实现挑战。 第十章 密码学在实际系统中的部署与挑战 本章旨在将理论知识与工程实践相结合。我们将讨论密码学算法在不同应用场景下的性能优化问题，如硬件加速（如FIPS 140-2标准）、高效的密码库实现（如OpenSSL, BoringSSL）以及固件级安全存储。同时，本章还将探讨密码学在联邦学习、区块链技术中的具体应用案例，并分析在实际部署中可能遇到的工程难题，如密钥管理、安全更新策略、以及在资源受限设备（如物联网设备）上的密码实现约束。
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