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出版者:

作者:Meier, John

出品人:

页数:244

译者:

出版时间:2008-7

价格:$ 48.59

装帧:

isbn号码:9780521719773

丛书系列:

图书标签:

• 离散数学
• 图论
• 群论
• 树
• 组合数学
• 算法
• 数据结构
• 数学
• 计算机科学
• 离散结构

现代密码学原理与实践 作者：[虚构作者名A]，[虚构作者名B] 出版社：[虚构出版社名] 出版年份：[虚构年份] --- 内容简介 本书《现代密码学原理与实践》旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的密码学知识体系。本书聚焦于信息安全基石——密码学的理论基础、核心算法及其在现代计算环境中的实际应用。我们力求在严谨的数学推导和直观的工程实现之间找到最佳平衡点，确保读者不仅理解“如何工作”，更能掌握“为何如此工作”。 全书内容覆盖了从古典密码学的历史演进到最新的量子密码学前沿，结构清晰，逻辑严密。我们避免了与图论、群论（作为纯粹的抽象数学分支）的直接探讨，而是将重点放在这些数学结构在密码学构造中的具体应用和安全性分析上。 第一部分：密码学基础与信息论视角 本部分首先为读者建立坚实的数学和信息论基础，为后续复杂算法的学习铺平道路。 第一章：信息安全概述与需求驱动 本章首先界定信息安全的CIA（保密性、完整性、可用性）三要素，并引入威胁模型和风险评估的基本概念。接着，我们探讨了密码学在现代网络环境，如电子商务、身份认证和数据存储中的核心作用。本章将着重分析“信息熵”在衡量加密强度中的作用，解释完美保密（香农的Claude Shannon）的理论极限，并引入“计算复杂性”作为衡量实际安全性的关键指标。我们将讨论一些著名的安全目标，如不可区分性（IND-CPA, IND-CCA）的定义和意义，为后续的密码体制选择提供理论依据。 第二章：古典密码学的历史回顾与局限性 本章简要回顾了凯撒密码、维吉尼亚密码等古典加密方法的原理。这部分内容旨在帮助读者理解密码学从基于语言学特性到基于数学难题转变的历史必然性。我们将通过实例展示古典密码在数学分析（如频率分析）面前的脆弱性，从而引出现代密码学的核心理念：依赖于计算上不可逆的数学难题。 第三章：伪随机性与随机数生成 随机数是所有密码学构造的生命线。本章深入探讨了伪随机数生成器（PRNG）和真随机数生成器（TRNG）。我们详细分析了线性同构生成器（LFSRs）的结构和缺陷，并重点讲解了基于密码学安全标准（如NIST SP 800-90A/B/C）的确定性随机比特生成器（DRBG）的设计原理。对于真随机性，我们将讨论熵源的采集方法，如硬件噪声采集、系统事件时序分析等，并解释如何使用密码学工具（如哈希函数）来“加固”熵池。 第二部分：对称加密算法的深度解析 对称加密以其高效性，在大量数据加密和密钥管理中占据核心地位。 第四章：数据加密标准（DES）及其演进 本章从历史角度切入，详细解析了DES的结构，包括其Feistel结构的设计理念。我们将精确描述S盒和P盒的构造方式，以及16轮迭代如何构建出复杂性。随后，我们讨论DES面临的密钥长度挑战，并过渡到三倍DES（3DES）的工作模式，解释其安全性的提升机制，以及在当前环境下的性能瓶颈。 第五章：高级加密标准（AES）的原理与优化 AES是当前应用最广泛的分组密码算法。本章将透彻分析其基于有限域（GF($2^8$)）的数学运算——字节替换（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）。我们将展示MixColumns操作如何利用多项式乘法保证扩散性。此外，本章还会探讨AES的不同操作模式（ECB, CBC, CTR, GCM）及其在具体应用场景中的适用性、安全性和并行处理能力。 第六章：流密码的构造与应用 流密码因其低延迟和高吞吐量，在实时通信中不可或缺。本章区别于分组密码，重点研究基于状态机和反馈机制的流密码。我们将分析经典的RC4算法（并讨论其已知漏洞），然后深入研究同步和自同步流密码的构造，特别是基于计数器模式的流密码（如CTR模式，虽然它是分组密码的一种用法，但其流密码特性值得在此讨论）。本章将强调密钥流生成的周期性和反馈函数的复杂性对安全性的影响。 第三部分：非对称加密与数字签名 本部分转向基于数学难题的公钥密码系统，这是现代安全通信的基石。 第七章：基于大整数分解难题（RSA） RSA是第一个也是最重要的公钥算法。本章将详细讲解欧拉定理和费马小定理在RSA中的应用，精确描述密钥生成、加密和解密的数学步骤。我们将分析其安全性依赖的数学难题——大整数分解的复杂度。同时，本章会讨论填充方案（如PKCS1 v1.5和OAEP）的重要性，解释不恰当的填充如何导致严重的攻击（如Bleichenbacher攻击），以及如何正确使用模指数运算。 第八章：基于离散对数难题（Diffie-Hellman与ElGamal） 本章探讨离散对数问题（DLP）及其在密钥交换和公钥加密中的应用。我们将详述Diffie-Hellman密钥交换协议的原理，以及其“前向安全性”的含义。接着，我们将介绍基于DLP的ElGamal加密方案，并对比其性能和特性与RSA的差异。我们还将简要提及椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）在下一章中的引介。 第九章：椭圆曲线密码学（ECC） ECC是当前移动设备和TLS/SSL协议的首选。本章不依赖于复杂的代数几何背景，而是聚焦于椭圆曲线上的点加法运算是如何构造出一个比传统DLP更“硬”的数学难题的。我们将详细解释椭圆曲线公钥加密（ECIES）和椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）的完整流程，并分析为什么在相同的安全强度下，ECC的密钥长度远小于RSA。 第十章：数字签名与认证机制 本章专门探讨如何确保信息的真实性和不可否认性。除了ECDSA和RSA签名方案，我们还将介绍基于哈希的签名方案（如Lamport签名、Merkle树签名），它们在后量子时代的应用前景。本章将深入讨论数字证书的结构（X.509标准），以及公钥基础设施（PKI）是如何在全球范围内建立信任链的。 第四部分：密码学杂项与前沿进展 本部分涵盖了密码学在完整性校验、身份验证中的关键工具，以及对未来安全环境的展望。 第十一章：密码学哈希函数与消息摘要 哈希函数是数字世界中的“指纹”。本章细致分析了MD5和SHA-1的结构缺陷，重点介绍SHA-2家族（SHA-256, SHA-512）的设计原理，包括Merkle-Damgård结构和内部压缩函数的工作方式。我们将解释碰撞抵抗性、原像抵抗性和第二原像抵抗性的含义，并介绍更现代的抗碰撞哈希设计，如SHA-3（Keccak）。 第十二章：消息认证码（MAC）与密钥派生函数（KDF） 本章关注如何用密钥来保证消息的完整性。我们将讲解基于哈希的消息认证码（HMAC）的构造原理，解释它如何有效抵御长度扩展攻击。随后，我们将深入探讨密钥派生函数（KDFs），如PBKDF2和Argon2，阐述它们如何通过增加计算成本（内存硬度和时间消耗）来有效抵抗暴力破解密码存储。 第十三章：零知识证明（ZKP）概述 零知识证明是现代密码学中关于隐私保护的突破性技术。本章以直观的例子引入ZKP的基本概念——完整性、可靠性和零知识性。我们将区分交互式和非交互式证明系统，并简要介绍其在区块链和身份验证中的实际应用，例如zk-SNARKs和zk-STARKs的工作思想（不涉及复杂的代数几何构造，侧重于概念理解）。 第十四章：后量子密码学与未来挑战 随着量子计算的理论发展，传统的公钥密码体制面临被Shor算法攻破的风险。本章将展望抗量子密码学的研究方向。我们将分类介绍格密码（Lattice-based cryptography）、编码密码（Code-based cryptography）和基于哈希的签名方案（Hash-based signatures）等主要的候选算法。本章将分析NIST标准化进程，帮助读者了解如何为未来可能的量子威胁做准备。 --- 本书特色 1. 工程驱动的数学应用： 每一项数学概念的引入都紧密联系其在密码算法中的具体功能和安全作用，避免纯粹的数学抽象堆砌。 2. 安全性分析先行： 在介绍任何算法后，均会紧随其安全模型分析，讨论已知的攻击向量和防御措施。 3. 前沿性与实用性兼顾： 内容紧跟最新的密码学标准（如NIST SP 800系列），同时探讨了如ZKP和后量子密码学等新兴领域。 4. 详尽的构造细节： 对AES、RSA和ECC等核心算法，本书提供了足够的操作细节，使用户能够独立复现或审计这些实现。 本书适合于计算机科学专业学生、信息安全从业人员、网络工程师以及任何希望深入理解信息加密与认证技术核心机制的读者。阅读本书需要具备离散数学和基础抽象代数知识。

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