圖解密碼技術 第3版

目錄
第1部分　密碼　1
第1章　環(huán)游密碼世界　3
1．1　本章學習的內(nèi)容　4
1．2　密碼　4
1．2．1　Alice與Bob　4
1．2．2　發(fā)送者、接收者和竊聽者　4
1．2．3　加密與解密　6
1．2．4　密碼保證了消息的機密性　7
1．2．5　破譯　7
1．3　對稱密碼與公鑰密碼　8
1．3．1　密碼算法　8
1．3．2　密鑰　8
1．3．3　對稱密碼與公鑰密碼　9
1．3．4　混合密碼系統(tǒng)　10
1．4　其他密碼技術　10
1．4．1　單向散列函數(shù)　10
1．4．2　消息認證碼　10
1．4．3　數(shù)字簽名　11
1．4．4　偽隨機數(shù)生成器　11
1．5　密碼學家的工具箱　12
1．6　隱寫術與數(shù)字水印　13
1．7　密碼與信息安全常識　14
1．7．1　不要使用保密的密碼算法　14
1．7．2　使用低強度的密碼比不進行任何加密更危險　15
1．7．3　任何密碼總有一天都會被破解　15
1．7．4　密碼只是信息安全的一部分　16
1．8　本章小結(jié)　16
1．9　小測驗的答案　17
第2章　歷史上的密碼——寫一篇別人看不懂的文章　19
2．1　本章學習的內(nèi)容　20
2．2　愷撒密碼　20
2．2．1　什么是愷撒密碼　21
2．2．2　愷撒密碼的加密　21
2．2．3　愷撒密碼的解密　22
2．2．4　用暴力破解來破譯密碼　23
2．3　簡單替換密碼　24
2．3．1　什么是簡單替換密碼　24
2．3．2　簡單替換密碼的加密　25
2．3．3　簡單替換密碼的解密　26
2．3．4　簡單替換密碼的密鑰空間　26
2．3．5　用頻率分析來破譯密碼　26
2．4　Enigma　31
2．4．1　什么是Enigma　31
2．4．2　用Enigma進行加密通信　31
2．4．3　Enigma的構(gòu)造　32
2．4．4　Enigma的加密　34
2．4．5　每日密碼與通信密碼　36
2．4．6　避免通信錯誤　36
2．4．7　Enigma的解密　36
2．4．8　Enigma的弱點　38
2．4．9　Enigma的破譯　38
2．5　思考　40
2．6　本章小結(jié)　41
2．7　小測驗的答案　42
第3章　對稱密碼（共享密鑰密碼）——用相同的密鑰進行加密和解密　45
3．1　炒雞蛋與對稱密碼　46
3．2　本章學習的內(nèi)容　46
3．3　從文字密碼到比特序列密碼　46
3．3．1　編碼　46
3．3．2　XOR　47
3．4　一次性密碼本——絕對不會被破譯的密碼　50
3．4．1　什么是一次性密碼本　50
3．4．2　一次性密碼本的加密　50
3．4．3　一次性密碼本的解密　51
3．4．4　一次性密碼本是無法破譯的　51
3．4．5　一次性密碼本為什么沒有被使用　52
3．5　DES　53
3．5．1　什么是DES　53
3．5．2　加密和解密　54
3．5．3　DES的結(jié)構(gòu)（Feistel網(wǎng)絡）　54
3．5．4　差分分析與線性分析　60
3．6　三重DES　61
3．6．1　什么是三重DES　61
3．6．2　三重DES的加密　61
3．6．3　三重DES的解密　63
3．6．4　三重DES的現(xiàn)狀　64
3．7　AES的選定過程　65
3．7．1　什么是AES　65
3．7．2　AES的選拔過程　65
3．7．3　AES最終候選算法的確定與AES的最終確定　66
3．8　Rijndael　66
3．8．1　什么是Rijndael　66
3．8．2　Rijndael的加密和解密　67
3．8．3　Rijndael的破譯　71
3．8．4　應該使用哪種對稱密碼呢　71
3．9　本章小結(jié)　72
3．10　小測驗的答案　73
第4章　分組密碼的模式——分組密碼是如何迭代的　75
4．1　本章學習的內(nèi)容　76
4．2　分組密碼的模式　77
4．2．1　分組密碼與流密碼　77
4．2．2　什么是模式　77
4．2．3　明文分組與密文分組　78
4．2．4　主動攻擊者Mallory　78
4．3　ECB模式　79
4．3．1　什么是ECB模式　79
4．3．2　ECB模式的特點　80
4．3．3　對ECB模式的攻擊　80
4．4　CBC模式　82
4．4．1　什么是CBC模式　82
4．4．2　初始化向量　83
4．4．3　CBC模式的特點　84
4．4．4　對CBC模式的攻擊　84
4．4．5　填充提示攻擊　86
4．4．6　對初始化向量（IV）進行攻擊　86
4．4．7　CBC 模式的應用實例　86
4．5　CFB模式　88
4．5．1　什么是CFB模式　88
4．5．2　初始化向量　89
4．5．3　CFB模式與流密碼　89
4．5．4　CFB模式的解密　90
4．5．5　對CFB模式的攻擊　90
4．6　OFB模式　91
4．6．1　什么是OFB模式　91
4．6．2　初始化向量　92
4．6．3　CFB模式與OFB模式的對比　92
4．7　CTR模式　93
4．7．1　計數(shù)器的生成方法　95
4．7．2　OFB模式與CTR模式的對比　95
4．7．3　CTR模式的特點　95
4．7．4　錯誤與機密性　96
4．8　應該使用哪種模式呢　96
4．9　本章小結(jié)　97
4．10　小測驗的答案　98
第5章　公鑰密碼——用公鑰加密，用私鑰解密　101
5．1　投幣寄物柜的使用方法　102
5．2　本章學習的內(nèi)容　102
5．3　密鑰配送問題　102
5．3．1　什么是密鑰配送問題　102
5．3．2　通過事先共享密鑰來解決　104
5．3．3　通過密鑰分配中心來解決　105
5．3．4　通過Diffie-Hellman密鑰交換來解決密鑰配送問題　106
5．3．5　通過公鑰密碼來解決密鑰配送問題　106
5．4　公鑰密碼　107
5．4．1　什么是公鑰密碼　107
5．4．2　公鑰密碼的歷史　108
5．4．3　公鑰通信的流程　108
5．4．4　各種術語　110
5．4．5　公鑰密碼無法解決的問題　110
5．5　時鐘運算　110
5．5．1　加法　111
5．5．2　減法　113
5．5．3　乘法　114
5．5．4　除法　114
5．5．5　乘方　118
5．5．6　對數(shù)　118
5．5．7　從時鐘指針到RSA　119
5．6　RSA　120
5．6．1　什么是RSA　120
5．6．2　RSA加密　120
5．6．3　RSA解密　121
5．6．4　生成密鑰對　122
5．6．5　具體實踐一下吧　125
5．7　對RSA的攻擊　128
5．7．1　通過密文來求得明文　128
5．7．2　通過暴力破解來找出D　128
5．7．3　通過E和N求出D　129
5．7．4　中間人攻擊　130
5．7．5　選擇密文攻擊　132
5．8　其他公鑰密碼　133
5．8．1　ElGamal方式　133
5．8．2　Rabin方式　133
5．8．3　橢圓曲線密碼　133
5．9　關于公鑰密碼的Q&A　133
5．9．1　公鑰密碼的機密性　134
5．9．2　公鑰密碼與對稱密碼的密鑰長度　134
5．9．3　對稱密碼的未來　135
5．9．4　RSA與質(zhì)數(shù)　135
5．9．5　RSA與質(zhì)因數(shù)分解　136
5．9．6　RSA的長度　136
5．10　本章小結(jié)　138
5．11　小測驗的答案　139
第6章　混合密碼系統(tǒng)——用對稱密碼提高速度，用公鑰密碼保護會話密鑰　141
6．1　混合動力汽車　142
6．2　本章學習的內(nèi)容　142
6．3　混合密碼系統(tǒng)　142
6．3．1　對稱密碼與公鑰密碼　142
6．3．2　混合密碼系統(tǒng)　143
6．3．3　加密　144
6．3．4　解密　146
6．3．5　混合密碼系統(tǒng)的具體例子　147
6．4　怎樣才是高強度的混合密碼系統(tǒng)　147
6．4．1　偽隨機數(shù)生成器　147
6．4．2　對稱密碼　148
6．4．3　公鑰密碼　148
6．4．4　密鑰長度的平衡　148
6．5　密碼技術的組合　148
6．6　本章小結(jié)　149
6．7　小測驗的答案　150
第2部分　認證　151
第7章　單向散列函數(shù)——獲取消息的“指紋”　153
7．1　本章學習的內(nèi)容　154
7．2　什么是單向散列函數(shù)　154
7．2．1　這個文件是不是真的呢　154
7．2．2　什么是單向散列函數(shù)　157
7．2．3　單向散列函數(shù)的性質(zhì)　159
7．2．4　關于術語　162
7．3　單向散列函數(shù)的實際應用　163
7．3．1　檢測軟件是否被篡改　163
7．3．2　基于口令的加密　165
7．3．3　消息認證碼　165
7．3．4　數(shù)字簽名　165
7．3．5　偽隨機數(shù)生成器　165
7．3．6　一次性口令　165
7．4　單向散列函數(shù)的具體例子　166
7．4．1　MD4、MD5　166
7．4．2　SHA-1、SHA-256、SHA-384、SHA-512　166
7．4．3　RIPEMD-160　167
7．4．4　SHA-3　167
7．5　SHA-3的選拔過程　168
7．5．1　什么是SHA-3　168
7．5．2　SHA-3的選拔過程　168
7．5．3　SHA-3最終候選名單的確定與SHA-3的最終確定　168
7．6　Keccak　169
7．6．1　什么是Keccak　169
7．6．2　海綿結(jié)構(gòu)　170
7．6．3　雙工結(jié)構(gòu)　171
7．6．4　Keccak的內(nèi)部狀態(tài)　172
7．6．5　函數(shù)Keccak-f?[b]　174
7．6．6　對Keccak的攻擊　177
7．6．7　對縮水版Keccak的攻擊競賽　177
7．7　應該使用哪種單向散列函數(shù)呢　178
7．8　對單向散列函數(shù)的攻擊　178
7．8．1　暴力破解（攻擊故事1）　178
7．8．2　生日攻擊（攻擊故事2）　180
7．9　單向散列函數(shù)無法解決的問題　182
7．10　本章小結(jié)　183
7．11　小測驗的答案　184
第8章　消息認證碼——消息被正確傳送了嗎　187
8．1　本章學習的內(nèi)容　188
8．2　消息認證碼　188
8．2．1　匯款請求是正確的嗎　188
8．2．2　什么是消息認證碼　189
8．2．3　消息認證碼的使用步驟　190
8．2．4　消息認證碼的密鑰配送問題　190
8．3　消息認證碼的應用實例　191
8．3．1　SWIFT　191
8．3．2　IPsec　191
8．3．3　SSL/TLS　192
8．4　消息認證碼的實現(xiàn)方法　192
8．4．1　使用單向散列函數(shù)實現(xiàn)　192
8．4．2　使用分組密碼實現(xiàn)　192
8．4．3　其他實現(xiàn)方法　192
8．5　認證加密　192
8．6　HMAC的詳細介紹　193
8．6．1　什么是HMAC　193
8．6．2　HMAC的步驟　194
8．7　對消息認證碼的攻擊　196
8．7．1　重放攻擊　196
8．7．2　密鑰推測攻擊　198
8．8　消息認證碼無法解決的問題　199
8．8．1　對第三方證明　199
8．8．2　防止否認　199
8．9　本章小結(jié)　200
8．10　小測驗的答案　200
第9章　數(shù)字簽名——消息到底是誰寫的　203
9．1　羊媽媽的認證　204
9．2　本章學習的內(nèi)容　204
9．3　數(shù)字簽名　204
9．3．1　Alice的借條　204
9．3．2　從消息認證碼到數(shù)字簽名　205
9．3．3　簽名的生成和驗證　206
9．3．4　公鑰密碼與數(shù)字簽名　207
9．4　數(shù)字簽名的方法　209
9．4．1　直接對消息簽名的方法　209
9．4．2　對消息的散列值簽名的方法　211
9．5　對數(shù)字簽名的疑問　214
9．5．1　密文為什么能作為簽名使用　214
9．5．2　數(shù)字簽名不能保證機密性嗎　214
9．5．3　這種簽名可以隨意復制嗎　215
9．5．4　消息內(nèi)容會不會被任意修改　215
9．5．5　簽名會不會被重復使用　216
9．5．6　刪除簽名也無法“作廢合同”嗎　216
9．5．7　如何防止否認　217
9．5．8　數(shù)字簽名真的能夠代替簽名嗎　217
9．6　數(shù)字簽名的應用實例　218
9．6．1　安全信息公告　218
9．6．2　軟件下載　219
9．6．3　公鑰證書　220
9．6．4　SSL/TLS　220
9．7　通過RSA實現(xiàn)數(shù)字簽名　220
9．7．1　用RSA生成簽名　220
9．7．2　用RSA驗證簽名　221
9．7．3　具體實踐一下吧　221
9．8　其他的數(shù)字簽名　222
9．8．1　ElGamal方式　222
9．8．2　DSA　223
9．8．3　ECDSA　223
9．8．4　Rabin方式　223
9．9　對數(shù)字簽名的攻擊　223
9．9．1　中間人攻擊　223
9．9．2　對單向散列函數(shù)的攻擊　224
9．9．3　利用數(shù)字簽名攻擊公鑰密碼　224
9．9．4　潛在偽造　225
9．9．5　其他攻擊　226
9．10　各種密碼技術的對比　226
9．10．1　消息認證碼與數(shù)字簽名　226
9．10．2　混合密碼系統(tǒng)與對散列值簽名　227
9．11　數(shù)字簽名無法解決的問題　227
9．12　本章小結(jié)　227
9．13　小測驗的答案　228
第10章　證書——為公鑰加上數(shù)字簽名　229
10．1　本章學習的內(nèi)容　230
10．2　證書　230
10．2．1　什么是證書　230
10．2．2　證書的應用場景　230
10．3　實際生成一張證書　233
10．3．1　賽門鐵克的Digital ID免費試用服務　233
10．3．2　生成證書　233
10．3．3　顯示證書　234
10．3．4　證書標準規(guī)范　236
10．4　公鑰基礎設施（PKI）　237
10．4．1　什么是公鑰基礎設施　237
10．4．2　PKI的組成要素　238
10．4．3　認證機構(gòu)的工作　240
10．4．4　證書的層級結(jié)構(gòu)　241
10．4．5　各種各樣的PKI　242
10．5　對證書的攻擊　243
10．5．1　在公鑰注冊之前進行攻擊　244
10．5．2　注冊相似人名進行攻擊　245
10．5．3　竊取認證機構(gòu)的私鑰進行攻擊　245
10．5．4　攻擊者偽裝成認證機構(gòu)進行攻擊　246
10．5．5　鉆CRL的空子進行攻擊(1)　246
10．5．6　鉆CRL的空子進行攻擊(2)　247
10．5．7　Superfish　248
10．6　關于證書的Q&A　249
10．6．1　為什么需要證書　249
10．6．2　通過自己的方法進行認證是不是更安全　250
10．6．3　為什么要相信認證機構(gòu)　251
10．7　本章小結(jié)　252
10．8　小測驗的答案　253
第3部分　密鑰、隨機數(shù)與應用技術　255
第11章　密鑰——秘密的精華　257
11．1　本章學習的內(nèi)容　258
11．2　什么是密鑰　258
11．2．1　密鑰就是一個巨大的數(shù)字　258
11．2．2　密鑰與明文是等價的　260
11．2．3　密碼算法與密鑰　260
11．3　各種不同的密鑰　260
11．3．1　對稱密碼的密鑰與公鑰密碼的密鑰　260
11．3．2　消息認證碼的密鑰與數(shù)字簽名的密鑰　261
11．3．3　用于確保機密性的密鑰與用于認證的密鑰　262
11．3．4　會話密鑰與主密鑰　263
11．3．5　用于加密內(nèi)容的密鑰與用于加密密鑰的密鑰　264
11．4　密鑰的管理　264
11．4．1　生成密鑰　264
11．4．2　配送密鑰　265
11．4．3　更新密鑰　265
11．4．4　保存密鑰　266
11．4．5　作廢密鑰　267
11．5　Diffie-Hellman密鑰交換　268
11．5．1　什么是Diffie-Hellman密鑰交換　268
11．5．2　Diffie-Hellman密鑰交換的步驟　268
11．5．3　Eve能計算出密鑰嗎　270
11．5．4　生成元的意義　271
11．5．5　具體實踐一下　272
11．5．6　橢圓曲線Diffie-Hellman密鑰交換　273
11．6　基于口令的密碼（PBE）　274
11．6．1　什么是基于口令的密碼　274
11．6．2　PBE加密　275
11．6．3　PBE解密　276
11．6．4　鹽的作用　277
11．6．5　口令的作用　279
11．6．6　通過拉伸來改良PBE　279
11．7　如何生成安全的口令　279
11．7．1　使用只有自己才能知道的信息　280
11．7．2　將多個不同的口令分開使用　280
11．7．3　有效利用筆記　281
11．7．4　理解口令的局限性　281
11．7．5　使用口令生成和管理工具　282
11．8　本章小結(jié)　282
11．9　小測驗的答案　283
第12章　隨機數(shù)——不可預測性的源泉　285
12．1　騾子的鎖匠鋪　286
12．2　本章學習的內(nèi)容　286
12．3　使用隨機數(shù)的密碼技術　286
12．4　隨機數(shù)的性質(zhì)　287
12．4．1　對隨機數(shù)的性質(zhì)進行分類　287
12．4．2　隨機性　288
12．4．3　不可預測性　289
12．4．4　不可重現(xiàn)性　289
12．5　偽隨機數(shù)生成器　291
12．6　具體的偽隨機數(shù)生成器　292
12．6．1　雜亂的方法　293
12．6．2　線性同余法　293
12．6．3　單向散列函數(shù)法　296
12．6．4　密碼法　298
12．6．5　ANSI X9．17　300
12．6．6　其他算法　302
12．7　對偽隨機數(shù)生成器的攻擊　303
12．7．1　對種子進行攻擊　303
12．7．2　對隨機數(shù)池進行攻擊　303
12．8　本章小結(jié)　304
12．9　小測驗的答案　304
第13章　PGP——密碼技術的完美組合　307
13．1　本章學習的內(nèi)容　308
13．2　PGP簡介　308
13．2．1　什么是PGP　308
13．2．2　關于OpenPGP　309
13．2．3　關于GNU Privacy Guard　309
13．2．4　PGP的功能　310
13．3　生成密鑰對　311
13．4　加密與解密　314
13．4．1　加密　314
13．4．2　解密　316
13．5　生成和驗證數(shù)字簽名　319
13．5．1　生成數(shù)字簽名　319
13．5．2　驗證數(shù)字簽名　321
13．6　生成數(shù)字簽名并加密以及解密并驗證數(shù)字簽名　324
13．6．1　生成數(shù)字簽名并加密　324
13．6．2　解密并驗證數(shù)字簽名　324
13．7　信任網(wǎng)　328
13．7．1　公鑰合法性　328
13．7．2　場景1：通過自己的數(shù)字簽名進行確認　328
13．7．3　場景2：通過自己完全信任的人的數(shù)字簽名進行確認　329
13．7．4　場景3：通過自己有限信任的多個人的數(shù)字簽名進行確認　330
13．7．5　公鑰合法性與所有者信任是不同的　331
13．7．6　所有者信任級別是因人而異的　331
13．8　本章小結(jié)　333
13．9　小測驗的答案　333
第14章　SSL/TLS——為了更安全的通信　335
14．1　本章學習的內(nèi)容　336
14．2　什么是SSL/TLS　336
14．2．1　Alice在Bob書店買書　336
14．2．2　客戶端與服務器　337
14．2．3　用SSL/TLS承載HTTP　338
14．2．4　SSL/TLS的工作　339
14．2．5　SSL/TLS也可以保護其他的協(xié)議　340
14．2．6　密碼套件　340
14．2．7　SSL與TLS的區(qū)別　341
14．3　使用SSL/TLS進行通信　341
14．3．1　層次化的協(xié)議　341
14．3．2　1 TLS記錄協(xié)議　343
14．3．3　2-1 握手協(xié)議　344
14．3．4　2-2 密碼規(guī)格變更協(xié)議　350
14．3．5　2-3 警告協(xié)議　351
14．3．6　2-4 應用數(shù)據(jù)協(xié)議　351
14．3．7　主密碼　351
14．3．8　TLS中使用的密碼技術小結(jié)　353
14．4　對SSL/TLS的攻擊　353
14．4．1　對各個密碼技術的攻擊　353
14．4．2　OpenSSL的心臟出血漏洞　353
14．4．3　SSL 3．0的漏洞與POODLE攻擊　354
14．4．4　FREAK攻擊與密碼產(chǎn)品出口管制　354
14．4．5　對偽隨機數(shù)生成器的攻擊　355
14．4．6　利用證書的時間差進行攻擊　355
14．5　SSL/TLS用戶的注意事項　356
14．5．1　不要誤解證書的含義　356
14．5．2　密碼通信之前的數(shù)據(jù)是不受保護的　356
14．5．3　密碼通信之后的數(shù)據(jù)是不受保護的　356
14．6　本章小結(jié)　357
14．7　小測驗的答案　357
第15章　密碼技術與現(xiàn)實社會——我們生活在不完美的安全中　359
15．1　本章學習的內(nèi)容　360
15．2　密碼技術小結(jié)　360
15．2．1　密碼學家的工具箱　360
15．2．2　密碼與認證　362
15．2．3　密碼技術的框架化　362
15．2．4　密碼技術與壓縮技術　362
15．3　虛擬貨幣——比特幣　365
15．3．1　什么是比特幣　365
15．3．2　P2P網(wǎng)絡　366
15．3．3　地址　366
15．3．4　錢包　367
15．3．5　區(qū)塊鏈　367
15．3．6　區(qū)塊的添加　368
15．3．7　交易　369
15．3．8　挖礦　369
15．3．9　確認　370
15．3．10　匿名性　371
15．3．11　信任的意義　371
15．3．12　比特幣小結(jié)　372
15．4　追尋完美的密碼技術　372
15．4．1　量子密碼　373
15．4．2　量子計算機　374
15．4．3　哪一種技術會率先進入實用領域　374
15．5　只有完美的密碼，沒有完美的人　375
15．5．1　理論是完美的，現(xiàn)實是殘酷的　375
15．5．2　防御必須天衣無縫，攻擊只需突破一點　375
15．5．3　攻擊實例1：經(jīng)過PGP加密的電子郵件　376
15．5．4　攻擊實例2：用SSL/TLS加密的信用卡號　377
15．6　本章小結(jié)　379
附錄　橢圓曲線密碼
密碼技術綜合測驗　381
附錄A　橢圓曲線密碼　382
附錄B　密碼技術綜合測驗　392
參考文獻　401