第二章 密碼學基礎

2.1 密碼學概述

2.1.1 密碼的起源

1. 古代巖畫
2. 古文字的形成
3. 古代隱寫術
4. 古代戰爭密碼（斯巴達密碼棒）
5. 達·芬奇密碼筒

2.1.2古典密碼

1. 代換密碼
   （1）單表代換--凱撒密碼
   字母順序的移位
   （2）多表代換--維吉尼亞密碼
   自動金鑰系統
   字母表方陣
   （3）多字母代換--普萊費爾密碼
   編制密碼錶、整理明文、編寫密文。
2. 置換密碼（換位密碼）
   （1）柵格換位
   （2）矩形換位
3. 弗納姆密碼

2.1.3 機械密碼

1. ENIGMA密碼機
2. 其他機械密碼機
   Type X Mark Ⅲ密碼機、SIGAMA密碼機、PURPLE密碼機

2.1.4現代密碼學

1. 保密通訊系統的數學模型
   

2. 正確區分資訊隱藏和資訊保密
   資訊隱藏：資訊隱匿、資訊隱形，是資訊保安研究領域與密碼技術緊密相關的一大分支。
   資訊加密：利用單鑰或雙鑰密碼演算法把明文變換為密文並通過公開通道送到接收者手中。

3. 密碼系統和通訊系統的對偶性
   通訊系統：對抗系統中存在的干擾，實現有效、可靠的資訊傳輸。

4. Shannon資訊理論是現代密碼的理論基礎
   （1）組合概念：由簡單易於實現的密碼系統進行組合，構造較複雜的、金鑰量較大的密碼系統。Shannon曾給出兩種組合方式，即加權和法和乘積法。
   （2）擴散概念：將每一位明文及金鑰儘可能迅速地散佈到較多位密文數字中去，以便隱蔽明文地統計特性。
   （3）混淆概念：使明文和密文、金鑰和密文之間地統計相關性極小化，使統計分析更為困難。

5. 公鑰密碼學的“教父”

6. 密碼技術分支與Shannon資訊理論

7. 量子金鑰分發與Shannon資訊理論

2.1.5 密碼學面臨的挑戰

1. 雲端計算/儲存對密碼學的新挑戰
   資料持有證明（PDP）
   完全同態加密（FHE）
2. 大資料對密碼學的新挑戰
   · 大資料：需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的資訊資產。具有4V特點：Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（價值）
3. 物聯網對密碼學的新需求
   · 物聯網:使萬物互聯的因特網。
4. 新型計算機對密碼學的新挑戰
   量子計算機
5. 區塊鏈技術對密碼學的新挑戰

2.2 密碼學基礎概念

• 保密學：研究資訊系統安全保密的科學。包含密碼編碼學和密碼分析學。
  

2.2.1 密碼體制的分類

單鑰密碼體制、雙鑰密碼體制

2.2.2 密碼分析

（1）唯密文破譯
（2）已知明文破譯
（3）選擇明文破譯
（4）選擇密文攻擊

1. 窮舉攻擊法
2. 數學攻擊法
3. 物理攻擊

2.2.3 密碼學理論基礎

1. 整數分解
2. 模運算
3. 有限域
4. 歐幾里得演算法
5. 中國剩餘定理
6. 橢圓曲線

2.2.4 國內外密碼演算法概覽

1. 序列密碼
2. 分組密碼
3. 公鑰密碼
4. 國產密碼

2.3 密碼學新發展

2.3.1 身份基公鑰密碼

1. 身份基公鑰密碼
2. 身份基加密
3. 身份基簽名
4. 身份基公鑰密碼的優缺點

2.3.2 屬性基公鑰密碼

1. 屬性基加密
2. 屬性基簽名
3. 屬性基公鑰密碼的相關研究

2.3.3 同態密碼

1. 同態密碼技術的應用
2. 同態密碼技術的優缺點

2.3.4 抗量子密碼

2.3.5 輕量級密碼

1. 輕量密碼的特性
2. 輕量密碼的設計
3. 輕量密碼的效能評估
4. 輕量密碼的研究現狀

2.4 密碼學主要研究方向

2.4.1 密碼理論

1. 密碼基礎理論
2. 對稱密碼設計與分析
3. 公鑰密碼設計與分析
4. 密碼協議設計與分析
5. 新型密碼設計與分析

2.4.2 密碼工程與應用

1. 密碼晶片設計
2. 密碼模組設計
3. 密碼技術應用

2.4.3 密碼安全防護

1. 密碼系統安全防護
2. 抗攻擊安全防護
3. 密碼系統測評

2.4.4 量子計算

1. 量子計算
2. 量子金鑰分配
3. 量子密碼協議

2.4.5 密碼管理

1. 密碼管理理論與方法
2. 密碼管理工程與技術
3. 密碼管理政策與法治
   小結：本章的內容過多，大部分和密碼學歷史有關，由歷史到今後的發展方向。密碼學對於網路空間安全是重要的，網空安全也是基於密碼基礎上的，所以要認真學好。