? 密碼學組成分支分為編碼學和密碼分析學。密碼編碼學主要研究對信息進行編碼，實現信息的隱蔽。密碼分析學主要研究加密消息的破譯或消息的偽造。二者相互獨立，又相互依存，在矛盾與鬥爭中發展，對立統壹。
? 密碼學的發展歷史大致可劃分為三個階段：
機密性
僅有發送方和指定的接收方能夠理解傳輸的報文內容。竊聽者可以截取到加密了的報文，但不能還原出原來的信息，即不能得到報文內容。
鑒別
發送方和接收方都應該能證實通信過程所涉及的另壹方， 通信的另壹方確實具有他們所聲稱的身份。即第三者不能冒充跟妳通信的對方，能對對方的身份進行鑒別。
報文完整性
即使發送方和接收方可以互相鑒別對方，但他們還需要確保其通信的內容在傳輸過程中未被改變。
不可否認性
如果人們收到通信對方的報文後，還要證實報文確實來自所宣稱的發送方，發送方也不能在發送報文以後否認自己發送過報文。
? 密碼體制是壹個使通信雙方能進行秘密通信的協議。密碼體制由五要素組成，P（Plaintext明文集合），C（Ciphertext密文集合），K（Key密鑰集合），E（Encryption加密算法），D（Decryption解密算法），且滿足如下特性：?
<script type="math/tex; mode=display" id="MathJax-Element-1"> p ∈ P </script>
<script type="math/tex; mode=display" id="MathJax-Element-2"> c ∈ C </script>
<script type="math/tex; mode=display" id="MathJax-Element-3"> k1 ∈ K， k2 ∈ K </script>
<script type="math/tex; mode=display" id="MathJax-Element-6"> E_{k1}(p) = c，D_{k2}(c) = p </script>
? 無論是用手工或機械完成的古典密碼體制，還是采用計算機軟件方式或電子電路的硬件方式完成的現代密碼體制，其加解密基本原理都是壹致的。都是基於對明文信息的替代或置換，或者是通過兩者的結合運用完成的。
? 替代（substitution cipher）：有系統地將壹組字母換成其他字母或符號;
? 例如‘help me’變成‘ifmq nf’（每個字母用下壹個字母取代）。
? 置換（Transposition cipher）：不改變字母，將字母順序重新排列；
? 例如‘help me’變成‘ehpl em’（兩兩調換位置）。
? 密碼分析者通常利用以下幾種方法對密碼體制進行攻擊：
? 已知明文分析法：?
知道壹部分明文和其對應的密文，分析發現秘鑰。
? 選定明文分析法：?
設法讓對手加密自己選定的壹段明文，並獲得對應的密文，在此基礎上分析發現密鑰。
? 差別比較分析法:?
設法讓對方加密壹組差別細微的明文，通過比較他們加密後的結果來分析秘鑰。
? 無條件安全：?
無論破譯者的計算能力有多強，無論截獲多少密文，都無法破譯明文。
? 計算上安全：
? 破譯的代價超出信息本身的價值，破譯所需的時間超出信息的有效期。
? 任何密碼系統的應用都需要在安全性和運行效率之間做出平衡，密碼算法只要達到計算安全要求就具備了實用條件，並不需要實現理論上的絕對安全。1945年美國數學家克勞德·E·香農在其發布的《密碼學的數學原理》中，嚴謹地證明了壹次性密碼本或者稱為“弗納姆密碼”（Vernam）具有無條件安全性。但這種絕對安全的加密方式在實際操作中需要消耗大量資源，不具備大規模使用的可行性。事實上，當前得到廣泛應用的密碼系統都只具有計算安全性。
? 壹個好的密碼體制應該滿足以下兩個條件：
在已知明文和密鑰的情況下，根據加密算法計算密文是容易的；在已知密文和解密密鑰的情況下，計算明文是容易的。
在不知道解密密鑰的情況下，無法從密文計算出明文，或者從密文計算出明文的代價超出了信息本身的價值。
常見的密碼算法包括:
? 對稱密碼體制也稱單鑰或私鑰密碼體制，其加密密鑰和解密密鑰相同，或實質上等同， 即從壹個易於推出另壹個。
? 優點：保密性高，加密速度快，適合加密大量數據，易於通過硬件實現；?
缺點：秘鑰必須通過安全可靠的途徑傳輸，秘鑰的分發是保證安全的關鍵因素；
常見對稱密碼算法：DES (密鑰長度=56位)、3DES( 三個不同的密鑰，每個長度56位)、AES(密鑰長度128/192/256可選)、IDEA(密鑰長度128位)、RC5(密鑰長度可變)。? 根據加密方式的不同，對稱密碼又可以分為分組密碼和序列密碼。
? 將明文分為固定長度的組，用同壹秘鑰和算法對每壹塊加密，輸出也是固定長度的密文，解密過程也壹樣。
? 又稱為流密碼，每次加密壹位或壹字節的明文，通過偽隨機數發生器產生性能優良的偽隨機序列（密鑰流），用該序列加密明文消息序列，得到密文序列，解密過程也壹樣。
? 非對稱密碼體制又稱雙鑰或公鑰密碼體制，其加密密鑰和解密密鑰不同，從壹個很難推出另壹個。其中的加密密鑰可以公開，稱為公開密鑰，簡稱公鑰；解密密鑰必須保密，稱為私有密鑰，簡稱私鑰。
? 優點：密鑰交換可通過公開信道進行，無需保密。既可用於加密也可用於簽名。?
缺點：加密速度不如對稱密碼，不適合大量數據加密，加密操作難以通過硬件實現。
? 非對稱密碼體制不但賦予了通信的保密性，還提供了消息的認證性，無需實現交換秘鑰就可通過不安全信道安全地傳遞信息，簡化了密鑰管理的工作量，適應了通信網的需要，為保密學技術應用於商業領域開辟了廣闊的前景。
? 常見的非對稱密碼算法：RSA(基於大整數質因子分解難題)、ECC(基於橢圓曲線離散對數難題)。
對非對稱密碼的誤解?
非對稱密碼比對稱密碼更安全？?
任何壹種算法的安全都依賴於秘鑰的長度、破譯密碼的工作量，從抗分析的角度看，沒有哪壹方更優越；
? 非對稱密碼使對稱密碼成為過時技術？?
公鑰算法很慢，壹般用於密鑰管理和數字簽名，對稱密碼將長期存在，實際工程中采用對稱密碼與非對稱密碼相結合。
哈希函數將任意長的消息映射為壹個固定長度的散列值，也稱消息摘要。消息摘要可以作為認證符，完成消息認證。?哈希是單向函數，從消息摘要來推理原消息是極為困難的。哈希函數的安全性是由發生碰撞的概率決定的。如果攻擊者能輕易構造出兩個不同的消息具有相同的消息摘要，那麽這樣的哈希函數是不可靠的。
? 常見的哈希函數有：MD5，SHA1，HMAC。
? 數字簽名是公鑰密碼的典型應用，可以提供和現實中親筆簽名相似的效果，在技術上和法律上都有保證。是網絡環境中提供消息完整性，確認身份，保證消息來源（抗抵賴性）的重要技術。
? 數字簽名與驗證過程：
? 發送方用哈希函數從報文文本中生成壹個128位的散列值（或報文摘要），發送方用自己的私鑰對這個散列值進行加密來形成自己的數字簽名。然後，這個數字簽名將作為報文的附件和報文壹起發送給接收方。接收方收到報文後，用同樣的哈希函數從原始報文中計算出散列值（或報文摘要），接著再用發送方的公鑰來對報文附加的數字簽名進行解密得出另壹個散列值，如果兩個散列值相同，那麽接收方就能確認該數字簽名是發送方的。通過數字簽名能夠實現消息的完整性和不可抵賴性。?
? 在網絡安全中，密鑰的地位舉足輕重
。如何安全可靠、迅速高效地分配密鑰、管理密鑰壹直是密碼學領域中的重要問題。
? 密鑰生成可以通過在線或離線的交互協商方式實現，如密碼協議等 。密鑰長度應該足夠長。壹般來說，密鑰長度越大，對應的密鑰空間就越大，攻擊者使用窮舉猜測密碼的難度就越大。選擇密鑰時，應該避免選擇弱密鑰，大部分密鑰生成算法采用隨機過程或偽隨機過程生成密鑰。
? 采用對稱加密算法進行保密通信，需要***享同壹密鑰。通常是系統中的壹個成員先選擇壹個秘密密鑰，然後將它傳送另壹個成員或別的成員。X9.17標準描述了兩種密鑰：密鑰加密密鑰和數據密鑰。密鑰加密密鑰加密其它需要分發的密鑰；而數據密鑰只對信息流進行加密。密鑰加密密鑰壹般通過手工分發。為增強保密性，也可以將密鑰分成許多不同的部分然後用不同的信道發送出去。
? 密鑰附著壹些檢錯和糾錯位來傳輸，當密鑰在傳輸中發生錯誤時，能很容易地被檢查出來，並且如果需要，密鑰可被重傳。接收端也可以驗證接收的密鑰是否正確。發送方用密鑰加密壹個常量，然後把密文的前2-4字節與密鑰壹起發送。在接收端，做同樣的工作，如果接收端解密後的常數能與發端常數匹配，則傳輸無錯。
? 當密鑰需要頻繁的改變時，頻繁進行新的密鑰分發的確是困難的事，壹種更容易的解決辦法是從舊的密鑰中產生新的密鑰，有時稱為密鑰更新。可以使用單向函數進行更新密鑰。如果雙方***享同壹密鑰，並用同壹個單向函數進行操作，就會得到相同的結果。
? 密鑰可以存儲在腦子、磁條卡、智能卡中。也可以把密鑰平分成兩部分，壹半存入終端壹半存入ROM密鑰。還可采用類似於密鑰加密密鑰的方法對難以記憶的密鑰進行加密保存。
? 密鑰的備份可以采用密鑰托管、秘密分割、秘密***享等方式。
? 密鑰托管：
? 密鑰托管要求所有用戶將自己的密鑰交給密鑰托管中心，由密鑰托管中心備份保管密鑰（如鎖在某個地方的保險櫃裏或用主密鑰對它們進行加密保存），壹旦用戶的密鑰丟失（如用戶遺忘了密鑰或用戶意外死亡），按照壹定的規章制度，可從密鑰托管中心索取該用戶的密鑰。另壹個備份方案是用智能卡作為臨時密鑰托管。如Alice把密鑰存入智能卡，當Alice不在時就把它交給Bob，Bob可以利用該卡進行Alice的工作，當Alice回來後，Bob交還該卡，由於密鑰存放在卡中，所以Bob不知道密鑰是什麽。
? 秘密分割：
? 秘密分割把秘密分割成許多碎片，每壹片本身並不代表什麽，但把這些碎片放到壹塊，秘密就會重現出來。
? 秘密***享：
? 將密鑰K分成n塊，每部分叫做它的“影子”，知道任意m個或更多的塊就能夠計算出密鑰K，知道任意m-1個或更少的塊都不能夠計算出密鑰K。秘密***享解決了兩個問題：壹是若密鑰偶然或有意地被暴露，整個系統就易受攻擊；二是若密鑰丟失或損壞，系統中的所有信息就不能用了。
? 加密密鑰不能無限期使用，有以下有幾個原因：密鑰使用時間越長，它泄露的機會就越大；如果密鑰已泄露，那麽密鑰使用越久，損失就越大；密鑰使用越久，人們花費精力破譯它的誘惑力就越大——甚至采用窮舉攻擊法。
? 不同密鑰應有不同有效期。數據密鑰的有效期主要依賴數據的價值和給定時間裏加密數據的數量。價值與數據傳送率越大所用的密鑰更換越頻繁。如密鑰加密密鑰無需頻繁更換，因為它們只是偶爾地用作密鑰交換，密鑰加密密鑰要麽被記憶下來，要麽保存在壹個安全地點，丟失該密鑰意味著丟失所有的文件加密密鑰。
? 公開密鑰密碼應用中的私鑰的有效期是根據應用的不同而變化的。用作數字簽名和身份識別的私鑰必須持續數年（甚至終身），用作拋擲硬幣協議的私鑰在協議完成之後就應該立即銷毀。即使期望密鑰的安全性持續終身，兩年更換壹次密鑰也是要考慮的。舊密鑰仍需保密，以防用戶需要驗證從前的簽名。但是新密鑰將用作新文件簽名，以減少密碼分析者所能攻擊的簽名文件數目。
? 如果密鑰必須替換，舊鑰就必須銷毀，密鑰必須物理地銷毀。
? PKI是壹個利用公鑰加密技術為密鑰和證書的管理，所設計的組件、功能子系統、操作規程等的集合，它的主要任務是管理密鑰和證書，為網絡用戶建立安全通信信任機制。
? 數字證書是壹個包含用戶身份信息、公鑰信息、證書認證中心(CA)數字簽名的文件。
? 作用：數字證書是各類終端實體和最終用戶在網上進行信息交流及商業活動的身份證明，在電子交易的各個緩解，交易的各方都需要驗證對方數字證書的有效性，從而解決相互間的信任問題。
? CA全稱Certificate Authentication，是具備權威性的數字證書申請及簽發機構。
? CA作為PKI的核心部分，主要由註冊服務器組、證書申請受理和審核機構、認證中心服務器三者組成。
? 註冊服務器：通過 Web Server 建立的站點，可為客戶提供24×7 不間斷的服務。客戶在網上提出證書申請和填寫相應的證書申請表。
? 證書申請受理和審核機構：負責證書的申請和審核。
認證中心服務器：是數字證書生成、發放的運行實體，同時提供發放證書的管理、證書廢止列表（CRL）的生成和處理等服務。
? 通過CA可以實現以下功能：
? 1. 接收驗證最終用戶數字證書的申請；?
2. 確定是否接受最終用戶數字證書的申請和審批；?
3. 向申請者頒發、拒絕頒發數字證書；?
4. 接收、處理最終用戶數字證書的更新；?
5. 接受最終用戶數字證書的查詢、撤銷；?
6. 產生和發布CRL（證書廢止列表）；?
7. 數字證書的歸檔；?
8. 密鑰歸檔；?
9. 歷史數據歸檔；
五、量子密碼
5.1 量子計算
? 由於量子計算技術取得了出人意料的快速發展，大量僅能抵禦經典計算機暴力破解的密碼算法面臨被提前淘汰的困境 。
? 非對稱密碼系統有效解決了對稱密碼面臨的安全密鑰交換問題，因而廣泛應用於公鑰基礎設施、數字簽名、聯合授權、公***信道密鑰交換、安全電子郵件、虛擬專用網以及安全套接層等大量網絡通信活動之中。不幸的是，隨著量子計算的發展，包括RSA密碼、ECC密碼以及DH密鑰交換技術等非對稱密碼算法已經從理論上被證明徹底喪失了安全性。相對於對稱密碼系統還可以采取升級措施應對量子威脅，非對稱密碼系統必須采取全新方法進行重建 。
5.2 量子密碼
? 量子密碼是以量子力學和密碼學為基礎，利用量子物理學中的原理實現密碼體制的壹種新型密碼體制，與當前大多使用的經典密碼體制不壹樣的是，量子密碼利用信息載體的物理屬性實現。目前量子密碼用於承載信息的載體包括光子、壓縮態光信號、相幹態光信號等。
? 由於量子密碼體制的理論基礎是量子物理定理，而物理定理是物理學家經過多年的研究與論證得出的結論，有可靠的理論依據，且不論在何時都是不會改變的，因此，理論上，依賴於這些物理定理的量子密碼也是不可攻破的，量子密碼體制是壹種無條件安全的密碼體制。
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