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出版者:

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出品人:

页数:228

译者:

出版时间:2010-5

价格:28.00元

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isbn号码:9787533746360

丛书系列:

图书标签:

• 网络安全
• 应用安全
• 渗透测试
• 漏洞分析
• 安全实践
• 信息安全
• 网络攻防
• 安全工具
• 安全运维
• 实战演练

《现代密码学原理与实践》 一、本书概述与定位 本书旨在为计算机科学、信息安全、通信工程等相关专业学生及一线研发人员，提供一本全面、深入且兼具实践指导性的现代密码学教材与参考手册。本书摒弃了传统教材中晦涩难懂的纯数学推导，转而采用“原理讲解—算法剖析—应用实例—安全评估”的结构化叙事方式，力求在保证理论严谨性的同时，显著提升读者的工程理解能力和实际操作水平。 核心目标： 帮助读者构建坚实的密码学理论基础，掌握当前主流加密算法的内部机制，并能独立设计、分析和实现安全协议。 二、内容结构与深度解析 本书共分为七大部分，涵盖了密码学从基础理论到前沿应用的全景图谱。 第一部分：密码学基础与数论回顾 (Foundation and Number Theory Review) 本部分是后续所有高级主题的基石。我们不会进行冗余的数学知识灌输，而是精确聚焦于密码学必需的核心数论概念。 有限域与环： 深入讲解伽罗瓦域 $ ext{GF}(2^m)$ 和素数域 $ ext{GF}(p)$ 的构造、运算规则及其在椭圆曲线密码学（ECC）中的关键作用。 模运算的高级技巧： 重点解析模幂运算的快速算法（如蒙哥马利算法），这是对称加密和公钥加密性能优化的核心。 离散对数问题（DLP）与因子分解问题（SFP）： 详细阐述这两个经典难题的数学本质，并初步引入求解难度与密码系统强度的关系。 第二部分：对称加密算法的深度剖析 (Symmetric Ciphers Deep Dive) 本部分专注于当前广泛应用的块密码和流密码。 高级加密标准（AES）： 并非简单罗列轮函数，而是细致分解字节替代（SubBytes）、行移位（ShiftRows）、列混合（MixColumns）和轮密钥加（AddRoundKey）这四大操作的代数结构。讨论密钥扩展算法（Key Schedule）的安全性考量。 工作模式（Modes of Operation）： 详尽比较 ECB, CBC, CFB, OFB, CTR 模式的安全性差异、并行处理能力和对初始化向量（IV）的依赖性。特别强调 GCM（Galois/Counter Mode）作为现代认证加密（AEAD）首选的原理。 流密码与伪随机数生成器（PRNG）： 分析 ChaCha20 的内部状态更新机制，并探讨基于计数器的流密码设计哲学，以及密码学安全伪随机数生成器（CSPRNG）如 Fortuna 架构的实现要点。 第三部分：公钥密码学的革命 (The Public-Key Revolution) 本部分是本书的核心难点和重点，旨在揭示公钥密码系统的数学魔力。 RSA 算法的完整生命周期： 从密钥生成（大素数选择、$phi(N)$的计算）、加密、解密到签名，每一步都附有具体的安全参数建议。深入探讨共谋攻击（Coppersmith's Attack）及其防御措施。 Diffie-Hellman 密钥交换（DH/ECDH）： 详细对比经典DH的参数选择风险和椭圆曲线密码学（ECC）在有限域上的高效性。 椭圆曲线密码学（ECC）： 侧重于实现层面，讲解如何选择合适的曲线（如 NIST P 系列和 Curve25519），以及高效的点乘算法（如 NAF 稀疏化表示）。 第四部分：数字签名与认证机制 (Digital Signatures and Authentication) 本部分关注数据完整性与身份验证。 数字签名算法（DSA/ECDSA）： 详细介绍如何利用私钥生成签名、公钥验证签名的过程。特别关注签名随机数 $k$ 的选择对于 ECDSA 安全性的决定性影响。 基于哈希的消息认证码（HMAC）： 阐述 HMAC 如何通过嵌套哈希函数结构抵御长度扩展攻击，以及其在 API 认证中的应用。 后量子密码学简介（PQC Preview）： 初步介绍基于格（Lattice-based）和基于编码（Code-based）的签名方案（如 Dilithium 和 Falcon 的基本思想），为读者展望未来安全挑战。 第五部分：哈希函数与完整性校验 (Hash Functions and Integrity) 本部分深入探讨哈希函数的“雪崩效应”与抗碰撞特性。 MD5/SHA-1 的衰亡与 SHA-2/SHA-3 的兴起： 分析 SHA-2（如 SHA-256）的 Merkle-Damgård 结构，并重点讲解 SHA-3（Keccak）采用的海绵结构（Sponge Construction）在结构安全性上的优越性。 碰撞抵抗性分析： 解释生日攻击（Birthday Attack）的原理，以及如何据此推导出安全哈希函数的输出长度需求。 第六部分：密码协议的构建与分析 (Cryptographic Protocol Engineering) 理论算法必须嵌入到协议中才能发挥作用。本部分关注协议设计。 密钥管理与分发： 讨论 Kerberos 协议的核心认证流程，以及 X.509 证书的结构和信任链的建立。 安全套接层/传输层安全协议（TLS 1.3）： 全面解析 TLS 1.3 的握手流程，特别是其如何利用 DHE/ECDHE 握手实现前向保密性（Forward Secrecy）。对比 TLS 1.2 中存在的签名与加密分离问题。 零知识证明基础（Zero-Knowledge Proofs）： 介绍交互式与非交互式零知识证明（ZK-SNARKs/ZK-STARKs）的直观概念和应用前景，无需复杂的代数拓扑证明。 第七部分：侧信道攻击与实现安全 (Side-Channel Attacks and Implementation Security) 现代密码学的实践挑战往往不在于数学难题本身，而在于硬件和软件实现。 功耗分析攻击（SPA/DPA）： 解释攻击者如何通过测量设备功耗差异来恢复密钥比特。 定时攻击（Timing Attacks）： 分析在不同操作耗时差异中泄露信息的原理，并指导读者采用“恒定时间（Constant-Time）”编程范式来防御此类攻击。 防护技术： 介绍掩码技术（Masking）和随机化技术在对抗侧信道攻击中的具体工程实现。 三、本书特色与优势 1. 工程导向的伪代码： 书中所有核心算法（如 AES 轮函数、ECDSA 签名过程）均附带清晰的、接近实际编程语言（如 C/Python 风格）的伪代码，便于读者直接转化为应用代码。 2. 安全案例剖析： 选取了多个现实世界中已知的密码学安全事件（如 Heartbleed，Padding Oracle Attack），结合本书内容，剖析其漏洞的根源及其防御之道。 3. 实验模块建议： 每章末尾都提供了“实践挑战”环节，引导读者使用如 OpenSSL 库或 Python Cryptography 库进行实际的加解密操作和安全性验证，巩固理论知识。 本书旨在成为一本真正意义上的“工具箱”，而非仅仅停留在理论探讨的学术专著。它将引导读者从一个密码学的“消费者”成长为能够设计和审计安全系统的“构建者”。

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