应用密码学基础(微课视频版) 教案 李晓峰 第1-4单元：引言- 公钥密码

PAGE6—PAGE14—《应用密码学基础》教案一、教学内容（一）课程学习的具体内容第一单元：引言【学习目标】1.了解基本安全威胁。2.了解基本安全模型。3.掌握几种古典密码。4.了解密码学基本概念。【学习内容】了解信息的定义、信息传输示例讲解、编码、信息安全模型、科克霍夫原则、安全定义、密码学研究内容。【教学提示】可以先从“信息安全”导入，导入两个基本概念：信息如何度量？“安全”如何定义？从而引入课程中学习内容。另外从系统安全目标的概念介绍一下常见的安全模型，突出这些安全模型都是针对不同安全目标提出的。【作业布置】课后习题。【教学资源】R.V.L.Hartley,"Transmissionofinformation,"inTheBellSystemTechnicalJournal,vol.7,no.3,pp.535-563,July1928,doi:10.1002/j.1538-7305.1928.tb01236.x./uisu/InfSecClaT/Role-based+access+control/Information+security/第二单元：古典密码【学习目标】对密码学数学基础的内容进行回顾，了解简单替换密码、凯撒、移位、乘法等基本加密算法及其数学表示。【学习内容】古典密码介绍，串讲一下密码学数学基础的内容（可以找一本信息安全数学基础教材），如：整除、同余、乘法逆元、线性同余方程、群的基本概念等内容。【教学提示】串讲密码学数学基础时，注重基本概念介绍即可。讲解古典密码时，讲解以下典型的古典密码的已知明文攻击。【作业布置】课后习题。凯撒加密编程练习。汉字加密编程练习。【教学资源】ShannonCE.Communicationtheoryofsecrecysystems[J/OL].TheBellSystemTechnicalJournal,1949,28(4):656-715.DOI:10.1002/j.1538-7305.1949.tb00928.x.贾春福.信息安全数学基础[M].中国:机械工业出版社,2017.李晓峰.网络空间安全数学基础讲义[M].中国:开源书，http://buuer_xxtxiaofeng.gitee.io/lxf/CSSMathFound.html,2019.第三单元：流密码【学习目标】1.了解流密码的设计重点。2.LCG和LFSR的密钥生成及基本理论结论。【学习内容】流密码的基本概念、同步流密码、有限状态自动机、密钥流产生器、线性反馈移位寄存器、线性移位寄存器的一元多项式表示、m序列的伪随机性、m序列密码的破译、非线性序列【教学提示】【作业布置】【教学资源】阅读课本和相关参考文献，并编程实现简答的算法。第三单元：分组密码体制【学习目标】1.掌握分组密码体制的基本概念。2.掌握DES。3.掌握差分密码分析。4.了解IDEA、AES等。【学习内容】3.1分组密码概述3.1.1代换3.1.2扩散和混淆3.1.3Feistel密码结构3.2数据加密标准3.2.1DES描述3.2.2二重DES3.2.3两个密钥的三重DES3.2.43个密钥的三重DES3.3差分密码分析与线性密码分析3.3.1差分密码分析3.3.2线性密码分析3.4分组密码的运行模式3.4.1电码本模式3.4.2密码分组链接模式3.4.3密码反馈模式3.4.4输出反馈模式3.5IDEA3.5.1设计原理3.5.2加密过程3.6AES算法——Rijndael3.6.1Rijndael的数学基础和设计思想3.6.2算法说明3.7中国商用密码算法SM43.8祖冲之密码3.8.1算法中的符号及含义3.8.2祖冲之密码的算法结构3.8.3祖冲之密码的运行3.8.4基于祖冲之密码的机密性算法【学习重点】1.分组密码概念。2.DES。3.差分分析。【学习难点】3DES。AES.线性分析。【教学方法与学习活动】1.通过对基本知识的讲授，阐明基本原理，养成良好科学思维方式。2.通过案例分析，突出古典密码原理，学会编程利用。3.通过小组合作学习，树立团队合作意识，发展合作精神。4.通过课堂汇报和课堂辩论，强化自学能力，锻炼表达能力。5.通过自主学习，能够辨识重点知识，获取自我学习的能力。【课外学习】：不少于6学时阅读课本和相关参考文献，并编程实现简答的算法。第四单元：公钥密码【学习目标】1.理解公钥密码体制的基本概念。2.掌握RSA算法。3.理解RSA攻击方法。4.了解背包密码体制和椭圆曲线密码体制。【学习内容】4.1密码学中一些常用的数学知识834.1.1群、环、域834.1.2素数和互素数854.1.3模运算864.1.4模指数运算884.1.5费尔马定理、欧拉定理、卡米歇尔定理894.1.6素性检验924.1.7欧几里得算法954.1.8中国剩余定理984.1.9离散对数1014.1.10平方剩余1024.1.11循环群1054.1.12循环群的选取1064.1.13双线性映射1074.1.14计算复杂性1084.2公钥密码体制的基本概念1094.2.1公钥密码体制的原理1104.2.2公钥密码算法应满足的要求1114.2.3对公钥密码体制的攻击1124.3RSA算法1134.3.1算法描述1134.3.2RSA算法中的计算问题1154.3.3一种改进的RSA实现方法1164.3.4RSA的安全性1164.3.5对RSA的攻击1184.4背包密码体制1194.5Rabin密码体制1214.6NTRU公钥密码系统1234.7椭圆曲线密码体制1244.7.1椭圆曲线1244.7.2有限域上的椭圆曲线1254.7.3椭圆曲线上的点数1274.7.4明文消息到椭圆曲线上的嵌入1274.7.5椭圆曲线上的密码1284.8SM2椭圆曲线公钥密码加密算法130【学习重点】1.理解公钥密码体制的基本概念。2.掌握RSA算法。3.理解RSA攻击方法。4.了解背包密码体制和椭圆曲线密码体制。【学习难点】1.背包密码体制和椭圆曲线密码体制。【教学方法与学习活动】1.通过对基本知识的讲授，阐明基本原理，养成良好科学思维方式。2.通过案例分