具体描述
操作系统安全，ISBN：9787302087809，作者：卿斯汉等编著
远航者的指南：现代密码学原理与实践 一、前言：穿越信息迷雾的基石 在数字化的浪潮中，信息的安全与可信赖性构成了现代社会运行的基石。从金融交易到个人隐私保护，再到国家关键基础设施的安全，我们对有效、可靠的加密技术的需求从未如此迫切。然而，密码学并非只是一门深奥的数学分支，它是连接理论严谨性与工程实践的桥梁，是保障信息在不安全信道中秘密传输的“魔法”。 本书《远航者的指南：现代密码学原理与实践》旨在为读者，无论是计算机科学专业的学生、系统架构师、安全工程师，还是对信息安全怀有浓厚兴趣的技术爱好者，提供一个全面、深入且极具操作性的现代密码学知识体系。我们力求超越仅仅介绍“如何使用”工具的层面，而是深入探究“为何有效”和“如何构建”的底层逻辑。 二、内容概述：从古典到后量子时代的全面覆盖 本书共分为五大部分，二十章内容，层层递进，系统地构建起读者的密码学认知地图： --- 第一部分：密码学基础与信息论视角 (The Foundations) 本部分着重于建立坚实的数学和理论基础，这是理解后续所有高级算法的前提。 第1章：信息、熵与安全度量： 引入香农（Shannon）的信息论核心概念，如熵、信源编码与信道容量。重点阐述在密码学语境下，如何量化“随机性”和“不可预测性”，为安全性评估设定客观标准。 第2章：数论基础回顾： 深入复习现代密码学中不可或缺的数论工具，包括模运算、欧拉定理、费马小定理、原根的性质，以及最大公约数（GCD）的快速算法。我们侧重于这些概念如何在计算复杂度上支撑公钥密码体系。 第3章：初级加密模型与安全性定义： 介绍古典密码学的局限性（如置换、替代），并过渡到现代密码学的形式化定义。详述安全模型，如完美保密性（One-Time Pad的意义）、计算安全性的概念，以及敌手模型（如已知明文攻击、选择明文攻击）。 --- 第二部分：对称密码学体系 (Symmetric Cryptography) 本部分专注于密钥共享的加密方法，它们通常在性能上占据优势，是大量数据加密的首选。 第4章：分组密码设计原理（SPN与Feistel结构）： 详细解析分组密码的核心结构。深入剖析Feistel网络（如DES的结构）与代换-置换网络（SPN，如AES的结构），对比两者的优缺点及其在效率和安全性上的权衡。 第5章：高级加密标准（AES）的深度解析： 不止于介绍流程，本章将详细分解AES的轮函数、字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）的数学依据和抗差分攻击的原理。 第6章：流密码与同步机制： 介绍流密码的优势及其在实时通信中的应用。重点分析线性反馈移位寄存器（LFSR）的生成多项式、自相关性，以及如何通过更复杂的非线性函数增强其安全性，避免相关攻击。 第7章：分组密码工作模式（Modes of Operation）： 详尽讨论ECB、CBC、CFB、OFB以及现代的GCM（Galois/Counter Mode）。特别强调GCM如何将加密与认证（AEAD）结合起来，并分析其性能与安全性考量。 --- 第三部分：公钥密码学与数字签名 (Asymmetric Cryptography) 本部分是本书的重点之一，探讨如何实现无需预先共享密钥的保密通信和身份验证。 第8章：离散对数问题（DLP）与ElGamal加密： 阐述DLP作为公钥密码基石的地位，并详细介绍基于DLP的ElGamal加密方案的原理、密钥生成、加密与解密过程。 第9章：整数分解问题（IFP）与RSA： 深入剖析RSA算法的数学构造，从欧拉定理到CRT（中国剩余定理）的应用以提高解密效率。重点讨论针对RSA的各种攻击（如因子分解攻击、小指数攻击、广播攻击）。 第10章：椭圆曲线密码学（ECC）的几何与代数： 介绍在有限域上的椭圆曲线的定义、点加法运算的几何解释。详细推导ECC的安全性基础——椭圆曲线离散对数问题（ECDLP），并分析其相对于传统公钥系统的效率优势。 第11章：数字签名算法I：基于整数分解（RSA-PSS）： 详细讲解数字签名的需求（不可否认性、完整性），以及基于RSA的签名方案，特别是PSS（Probabilistic Signature Scheme）的构造和其抗伪造能力。 第12章：数字签名算法II：基于离散对数（DSA/ECDSA）： 聚焦于DSA和广泛应用的ECDSA。分析其随机数（Nonce）选择对签名安全性的关键影响，以及如何安全地生成和管理签名必需的随机数。 --- 第四部分：哈希函数、认证与密钥管理 (Integrity and Trust) 本部分聚焦于数据完整性、身份验证以及密钥如何在生命周期中被安全管理。 第13章：密码学哈希函数原理： 探讨哈希函数的关键属性（抗碰撞性、原像抗性、第二原像抗性）。分析Merkle-Damgård结构（如MD5、SHA-1）的内在缺陷，并深入讲解SHA-2和SHA-3（Keccak）的设计理念和安全增强。 第14章：消息认证码（MAC）与HMAC： 介绍如何使用密钥增强哈希函数以提供数据完整性与真实性验证。重点分析HMAC的构造，解释它如何有效抵抗长度扩展攻击。 第15章：基于身份的加密（IBE）与零知识证明（ZKP）概述： 这是一个前沿探索章节。简要介绍如何将用户身份（如邮箱地址）直接作为公钥，实现无需PKI的加密。同时，对ZKP的基础概念（如交互式证明、非交互式证明的挑战）进行概念性阐述。 第16章：密钥协商与管理： 详细介绍Diffie-Hellman（DH）密钥交换协议的演进，以及现代TLS/SSL握手中密钥协商的实际流程。讨论密钥的生成、存储、分发、轮换和销毁的最佳实践。 --- 第五部分：密码学的未来与工程实践 (Frontiers and Implementation) 本部分关注当前密码学面临的挑战，以及如何在实际系统中高效、安全地部署这些技术。 第17章：侧信道攻击面面观： 探讨实施层面的漏洞。分析时间分析攻击、功耗分析（DPA/SPA）以及电磁泄漏攻击的原理，强调硬件实现中“安全编码”的重要性。 第18章：容错性与随机数生成器： 深入探讨伪随机数生成器（PRNG）和密码学安全伪随机数生成器（CSPRNG）的区别与构造。分析熵源的收集与混合机制，这是所有加密操作的生命线。 第19章：后量子密码学导论： 鉴于量子计算的潜在威胁，本章介绍基于格（Lattice-based）、基于编码（Code-based）和基于哈希的签名等抗量子算法的数学难题和初步的标准化进展。 第20章：实战：TLS/SSL协议安全深度剖析： 将前述所有知识点串联起来，以最流行的安全协议为例，分析其协商过程、证书验证链、握手加密、数据传输中的密码学应用，并讨论最新版本（如TLS 1.3）带来的安全改进。 --- 三、本书特色 本书的独特之处在于其理论的深度与工程实践的广度相结合。每一章节都配有丰富的数学推导和伪代码示例，帮助读者将抽象的理论转化为可执行的逻辑。我们相信，只有理解了算法背后的数学限制和工程上的权衡，才能真正构建出抵御未来威胁的健壮系统。本书将是每一位致力于在复杂数字世界中构建信任和保障机密的工程师的必备参考书。
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