信息安全：CISSP 密码学知识总结

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说明：本文内容是《CISSP Official Study Guide（第7版）》第6章（Cryptography and Symmetric Key Algorithms）和第7章（PKI and Cryptographic Applications）的学习总结。这两章全面介绍了密码学的知识，本文是概要总结，可作为地图参考，对于其中的细节，请查阅相关书籍和资料。

1 密码学基础

1.1 密码学的目标

目标	说明	技术
机密性	保证数据未被泄露	秘密密钥系统、公开密钥系统
完整性	保证数据未被修改	秘密密钥系统、公开密钥系统。 保护消息：数字签名 （第7章）。 保护文件：Hash算法 （第21章）。
身份验证	对用户声明的身份进行验证。 A要确认正在通信的对方是B， 即，B要使A相信他是B。	挑战/响应技术
不可否认	为接收者提供担保， 保证消息确实来自发送者，而不是其他人。 A说消息来自B，B否认不了。 即，A要使B不能否则消息是他发送的。	公开密钥系统：因为只有自己持有私钥。 不能使用秘密密钥系统， 因为B可以说消息是A自己做的。

FIPS Federal Information Processing Standard 联邦信息处理标准
FIPS 140-2 密码模块的安全需求 ：为密码模块定义了硬件和软件需求

1.2 密码学的数学原理

1、One-Way Function单向函数
公钥密码系统都是建立在单向函数的基础上。

2、Nonce 随机数
在加密过程中添加Nonce，从而获得更大强度。
例子：IV（初始化向量） 参见DES

3、零知识证明
零知识证明：在不向第三方揭示事实本身的情况下，向第三方证明你对事实的了解。
密码学：使用公钥加密系统，能提供零知识证明。

4、Split Knowledge 分割知识
分割知识：责任分离
例子：密钥托管（key escrow）。

• 密钥、数字签名、数字证书可以存储在托管数据库中。
• 如果用户密钥丢失，可以从托管数据库中提取密钥。
• “M of N控制”要求：N个人中至少有M个人一起工作，才能完成这项工作。

5、工作函数
工作函数：从成本或时间方面来度量密码系统的强度。

1.3 密码算法（Cipher）

1、One-Time pad 一次性密码本
主要障碍：很难生成、分发和保护冗长的密钥
主要应用：保护极其敏感的通信，实际中只用于短消息。

2、Running Key Cipher 滚动密钥密码
书籍密码，用于生成一次性密码本所需的密钥

3、混淆（Confusion）和扩散（Diffusion）
密码学算法依赖两种基本操作来隐藏明文信息：混淆和扩散
Confusion ：明文与密钥的关系十分复杂，攻击者不能通过通过观察明文和密文的关系来确定密钥。
Diffusion ：明文的改变导致多种变化，这种变化会扩散到整个密文中。
密码算法 ：“替换”引入了混淆，“换位”引入了扩散。

1.4 现代密码学

秘密密钥系统	公开密钥系统
机密性	机密性、完整性、身份验证、不可否认性
带外交换密钥 密钥需要经常更新 剔除用户困难	带内交换公钥 只有用户私钥被破坏时，才需要重建密钥 容易剔除用户
速度快 用于批量数据加密	慢度速 用于少量数据加密（数字签名、数字信封、数字证书）
不可扩展：n(n-1)/2 每两人之间都需要一个密钥	可扩展：2n 每个人需要两个密钥（公钥和私钥）

Hash算法

2 对称密钥加密

2.1 对称加密算法

DES	Data Encryption Standard	数据加密标准
AES	Advanced Encryption Standard	高级加密标准
IDEA	International Data Encryption Algorithm	国际数据加密算法

2.1.1 DES

1977年 美国政府发布 用于政府通信
DES已经不再安全，2001年AES取代了DES

DES：分组长度64位，密钥长度56位（另外有8位用作奇偶校验或随意设置），16轮加密。

算法过程：http://wenku.baidu.com/view/ed21dc80b9d528ea81c7796b.html?re=view