《现代密码学2》课程教学大纲

《现代密码学2》教学大纲一、课程基本信息课程名称现代密码学ModernCryptography课程编码SCC262121030开课院部理学院课程团队现代密码学学分3.0课内学时52讲授40实验0上机12实践0课外学时52适用专业信息与计算科学授课语言中文先修课程高等代数（2-1）、高等代数（2-2）、离散数学、概率论课程简介（限选）现代密码理论是现代信息安全技术的理论基础和核心。它包含两个密切相关的方面，其一是密码编码学，研究如何设计好的密码方案和密码协议；其二是密码分析学，研究攻破一个密码系统的途径，恢复被隐蔽信息的本来面目。本课程的主要目的是让学生学习和了解密码学的一些基本概念。具体来讲，通过本课程的学习，使学生理解古典密码体制、分组密码体制、公钥密码体制、流密码、数字签名和密码协议的基本概念、基本理论以及基本运算，领会密码体制设计与分析的基本思想与方法，了解密码产品的基本工作原理，从而培养学生在实践中解决问题的能力。本课程属于信息与计算科学专业的专业课程，是数学在信息安全中的一个重要应用，是一门理论性和应用性很强的课程。Moderncryptographyisthetheoreticalfoundationandcoreofmoderninformationsecuritytechnology.Itcontainstwocloselyrelatedaspects.Oneisthecodingtheorywhichfocusesondesigninggoodcryptographicschemesandcryptographicprotocols.Theotheriscryptanalysiswhichfocusesonbreakingacryptographicsystemandrestorethetrueinformation.Themaingoalofthiscourseistomakestudentslearnthebasicconceptsofcryptography.Specifically,bylearningthiscourse,studentswillunderstandbasicconcepts,theoriesandoperationsoftheclassicalcryptography,blockcipherandpublickeycryptography,streamcipher,digitalsignature,andcryptograph-icprotocols,comprehendthebasicideaandmethodofdesignandanalysisofcryptographicsystem,understandthebasicprincipleofcryptographicproductsandcultivatethestudents'abilitytosolveproblemsinpractice.Moderncryptographyisaprofessionalcourseforthespecialtiesofinformationandcomputingscience,anditisanimportantapplicationofmathematicsininformationsecurity.Additionally,itisalsoacoursewithstrongtheoryandapplication.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：了解现代密码学的基础理论。是3.23.22M2目标2：初步掌握信息安全领域常用密码算法设计与密码分析技术。是3.23.23M3目标3：提高学生对学科和专业的认知能力，了解学科发展前沿，培养学生自我更新知识的能力。是3.23.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节11.11.1信息安全的模型消息的安全传输模型包括加密模型，认证模型，秘钥管理模型。M11讲授1自学21.21.2密码学基本概念密码编码学，密码分析学，明文空间、密文空间、密码方案和密钥空间。M11讲授1自学31.31.3古典密码体制代换密码、置换密码、古典密码的破译。M1,M2,M31讲授1自学41.41.4密码学的复杂性理论基础问题与算法、算法复杂性、问题按复杂性分类M11讲授1自学51.5实验课几类古典密码的现代实现M1,M2,M32实验2实验报告62.12.1线性反馈移位寄存器LFSRLFSR序列的数学描述、周期、自相关、线性复杂度，生成多项式、采样M1,M2,M31讲授1作业，自学72.22.2m-序列m-序列的定义M1,M2,M31讲授1作业，自学82.32.3非线性反馈移位寄存器非线性组合序列、钟控序列，M序列M1,M2,M31讲授1作业，自学92.42.4经典的流密码加密算法RC4算法，A5算法，祖冲之算法M1,M2,M31讲授3作业，自学102.5实验课几类现代流密码体制的实现M1,M2,M32实验2实验报告113.13.1分组密码的一般模型分组密码概述、Feistel结构、分组密码工作模式及攻击方式M1,M2,M32讲授2作业，自学123.23.2DESDES算法描述、DES安全性、三重DESM1,M2,M32讲授3作业，自学133.33.3IDEAIDEA基本运算、IDEA算法描述、IDEA安全性和效率M1,M2,M31讲授2作业，自学143.43.4AES算法-RijndaelRijndael算法数学基础、设计原理、Rijndael算法描述、Rijndael安全性及效率M1,M2,M31讲授2作业，自学153.53.5中国商用密码分组算法SMS4设计原理、SMS4算法描述、SMS4安全性及效率M1,M2,M31讲授1作业，自学163.63.6分组密码运算模式ECE、CBC、CFB、OFBM1,M2,M31讲授1作业，自学173.7实验课分组密码算法实现M1,M2,M32实验2实验报告183.8习题课第1-3章习题课M1,M2,M32讲授2自学194.14.1公钥密码系统基本概念公钥、私钥、陷门、认证、密钥分发；公钥密码系统M1,M2,M32讲授2作业，自学204.24.2RSA公钥密码系统RSA算法描述；对RSA的攻击；RSA系统的参数选取M1,M2,M32讲授2作业，自学214.34.3其它公钥密码系统ElGamal密码系统，ElGamal密码系统的安全性；椭圆曲线密码系统M1,M2,M31讲授2作业，自学224.44.4可证明安全公钥密码系统可证明安全性；公钥密码系统的安全性M1,M2,M31讲授2作业，自学234.5实验课公钥密码实现M1,M2,M32实验2实验报告245.15.1Hash函数概述Hash函数定义、Hash函数的安全性、Hash函数的迭代构造法M1,M2,M31讲授1作业，自学255.25.2Hash函数MD5MD5算法描述、MD5的安全性M1,M2,M31讲授1作业，自学265.35.3安全Hash算法SHA-1SHA-1算法描述、SHA-1和MD5的比较、SHA-1的修订版M1,M2,M32讲授2作业,，自学275.45.4基于分组密码与离散对数的Hash函数利用分组密码构造Hash函数、基于离散对数问题构造Hash函数M1,M2,M31讲授2作业，自学285.55.5消息认证消息认证码、HMAC算法M1,M2,M31讲授1作业，学学295.6实验课Hash函数实现M1,M2,M32实验2实验报告305.7习题课习题课M1,M2,M32讲授2作业，自学316.16.1数字签名概述数字签名体制M1,M2,M31讲授1自学326.26.2RSA数字签名体制RSA算法描述，RSA数字签名的安全性M1,M2,M31讲授1作业，自学336.36.3ElGamal数字签名体制ElGamal算法描述、ElGamal数字签名的安全性、ElGamal签名体制的变形M1,M2,M32讲授2作业，自学346.46.4其他数字签名体制Schnorr数字签名、Fiat-Shamir数字签名、一次性数字签名、不可否认数字签名、盲签名.M1,M2,M31讲授1作业，自学356.56.5数字签名标准美国数字签名标准、俄罗斯数字签名标准M1,M2,M31讲授1作业，自学366.6习题课习题讲解M1,M2,M32讲授2自学376.7实验课数字签名实现M1,M2,M32实验2实验报告四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1考勤与课堂表现1.通过刷卡点名、随机点名等方式进行考勤；2.通过随机检查学生上课的精神状态及回答问题的积极性和准确性等考察课堂表现；3.采用等级制，分为A,B,C，D四个等级。10%2平时作业1.每周布置3-4道题目，平均每次课1道题以上。2.成绩采用等级制，分为A,B,C，D四个等级，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3.考核学生对现代密码学的基本知识的掌握程度，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，作业题型主要有分析和计算题。20%3实验课1.本课程12学时的上机实验课，主要考察学生对密码学中的经典算法的掌握情况，使学生能进行一定的应用拓展思考，并给出利用实际问题的解决案例。2.成绩采用等级制，分为A,B,C,D四个等级，根据学生对算法的流程的掌握程度，总体理解深度，对知识的具体应用环境的理解深度给出评分标准。3.考核学生对现代密码学这门课程的整体理解程度，学生对密码学的具体应用的理解和实践能力。25%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考查学生对近世代数基本知识的掌握程度，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有选择题、填空题、计算题、应用题，分析题等。45%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1考勤与课堂表现70%A-无迟到早退现象，上课精神饱满，回答问题积极。B-偶有迟到早退现象，上课精神状态尚可。C-经常迟到或早退，上课不积极。D-经常迟到或早退，上课不积极，并旷课次数超过6次。2M1平时作业10%A-作业完成准确，按时上交，独立完成B-作业基本正确，按时上交，独立完成C-作业完成错误，不按时上交，或者有抄袭现象D-作业完成错误，不按时上交或有抄袭现象，并不交作业次数超过3次。3M1实验课20%A-无拷贝现象，对算法的实现正确无误，且算法的理解准确无误，并对课程的应用背景有一定了解和认识。B-无拷贝现象，能正确实现每个算法，但理解不深，表现为代码现实时繁琐不简洁。C-有少量拷贝现象，对一部分算法实现费劲。D-有拷贝现象，不知道密码算法的流程。4M2平时作业30%A-作业完成准确，按时上交，独立完成B-作业基本正确，按时上交，独立完成C-作业完成错误，不按时上交，或者有抄袭现象D-作业完成错误，不按时上交或有抄袭现象，并不交作业次数超过3次。5M2实验课30%A-无拷贝现象，对算法的实现正确无误，且算法的理解准确无误，并对课程的应用背景有一定了解和认识。B-无拷贝现象，能正确实现每个算法，但理解不深，表现为代码现实时繁琐不简洁。C-有少量拷贝现象，对一部分算法实现费劲。D-有拷贝现象，不知道密码算法的流程。6M2期末考试40%见试卷评分标准7M3平时作业30%A-作业完成准确，按时上交，独立完成B-作业基本正确，按时上交，独立完成C-作业完成错误，不按时上交，或者有抄袭现象D-作业完成错误，不按时上交或有抄袭现象，并不交作业次数超过3次。8M3实验课30%A-无拷贝现象，对算法的实现正确无误，且算法的理解准确无误，并对课程的应用背景有一定了解和认识。B-无拷贝现象，能正确实现