数据加密技术(大数据加密)3737573.pptx
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1、密密 码码 学学分组密码运行模式分组密码运行模式-大数大数据加密据加密一、计算机数据计算机数据的特殊性的特殊性1、存在明显的数据模式:、存在明显的数据模式:许许许许多多多多数数数数据据据据都都都都具具具具有有有有某某某某种种种种固固固固有有有有的的的的模模模模式式式式。这这这这主主主主要要要要是是是是由由由由数据冗余数据冗余数据冗余数据冗余和和和和数据结构数据结构数据结构数据结构引起的。引起的。引起的。引起的。各各各各种种种种计计计计算算算算机机机机语语语语言言言言的的的的语语语语句句句句和和和和指指指指令令令令都都都都十十十十分分分分有有有有限限限限,因因因因而而而而在在在在程程程程序序序序
2、中中中中便便便便表表表表现现现现为为为为少少少少量量量量的的的的语语语语句句句句和和和和指指指指令令令令的的的的大量重复大量重复大量重复大量重复。各种语言程序往往具有某种各种语言程序往往具有某种各种语言程序往往具有某种各种语言程序往往具有某种固定格式固定格式固定格式固定格式。数据库的记录也往往具有某种数据库的记录也往往具有某种数据库的记录也往往具有某种数据库的记录也往往具有某种固定结构固定结构固定结构固定结构。操作系统和网络也有同样的问题。操作系统和网络也有同样的问题。操作系统和网络也有同样的问题。操作系统和网络也有同样的问题。一、计算机数据计算机数据的特殊性的特殊性1、存在明显的数据模式:、
3、存在明显的数据模式:根根根根据据据据明明明明文文文文相相相相同同同同、密密密密钥钥钥钥相相相相同同同同,则则则则密密密密文文文文相相相相同同同同的的的的道道道道理理理理,这这这这些些些些固固固固有有有有的的的的数数数数据据据据模模模模式式式式将将将将在在在在密密密密文文文文中中中中表表表表现现现现出出出出来。来。来。来。掩盖明文数据模式的方法:掩盖明文数据模式的方法:掩盖明文数据模式的方法:掩盖明文数据模式的方法:预处理技术预处理技术预处理技术预处理技术(随机掩盖随机掩盖随机掩盖随机掩盖)链接技术链接技术链接技术链接技术如如如如果果果果不不不不能能能能掩掩掩掩盖盖盖盖数数数数据据据据模模模模式
4、式式式,既既既既使使使使采采采采用用用用安安安安全全全全的的的的密密密密码算法也是徒劳的。码算法也是徒劳的。码算法也是徒劳的。码算法也是徒劳的。一、计算机数据计算机数据的特殊性的特殊性数据的特殊性带来的需求:数据的特殊性带来的需求:分组固定而待加密的数据量是不定的。分组固定而待加密的数据量是不定的。分组固定而待加密的数据量是不定的。分组固定而待加密的数据量是不定的。即即即即使使使使有有有有了了了了安安安安全全全全的的的的分分分分组组组组密密密密码码码码算算算算法法法法,也也也也需需需需要要要要采采采采用用用用适适适适当当当当的的的的工工工工作作作作模模模模式式式式来来来来隐隐隐隐蔽蔽蔽蔽明明明
5、明文文文文的的的的统统统统计计计计特特特特性性性性、数数数数据据据据的的的的格格格格式式式式等等等等,以以以以提提提提高高高高整整整整体体体体的的的的安安安安全全全全性性性性,降降降降低低低低删删删删除、重放、插入、和伪造成功的机会。除、重放、插入、和伪造成功的机会。除、重放、插入、和伪造成功的机会。除、重放、插入、和伪造成功的机会。不不不不仅仅仅仅要要要要保保保保持持持持各各各各分分分分组组组组的的的的完完完完整整整整性性性性,还还还还有有有有保保保保持持持持各各各各分分分分组的次序不变。组的次序不变。组的次序不变。组的次序不变。二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 1977年年DE
6、S颁布。颁布。1981年美国针对年美国针对DES的应用制定了四种基本工作模式的应用制定了四种基本工作模式:b电码本模式(电码本模式(ECB)每个明文组独立地以同一密钥加密,单个数据加密。b密文反馈链接模式(密文反馈链接模式(CBC)将前一组密文与当前明文组逐步异或后再进行将前一组密文与当前明文组逐步异或后再进行分组、加密,用途:加密、认证。分组、加密,用途:加密、认证。二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 b密码反馈模式(密码反馈模式(密码反馈模式(密码反馈模式(CFBCFB)每次只处理每次只处理k k位数据,将上一次的密文反馈到输位数据,将上一次的密文反馈到输入端,从加密器的输出取入
7、端,从加密器的输出取k k位,与当前的位,与当前的k k位明位明文逐位异或,产生相应密文;用途:一般传送文逐位异或,产生相应密文;用途:一般传送数据的流加密,认证数据的流加密,认证b输出反馈模式(输出反馈模式(输出反馈模式(输出反馈模式(OFBOFB)类似于类似于CFBCFB,以加密器输出的,以加密器输出的k k位随机数字直接反馈到位随机数字直接反馈到加密器的输入,用途:对有扰信道传送的数据流进行加加密器的输入,用途:对有扰信道传送的数据流进行加密(如卫星数传)密(如卫星数传)二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 2000年美国在征集年美国在征集AES的同时又公开的同时又公开征集征集A
8、ES的工作模式。共征集到的工作模式。共征集到 15个候个候选工作模式。选工作模式。b新的工作模式标准还在评审中。新的工作模式标准还在评审中。b这些新的工作模式将为这些新的工作模式将为AES的应用作出贡的应用作出贡献。献。二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 1、电码本模式(电码本模式(ECB)b直接利用分组密码对明文的各分组进行加密。直接利用分组密码对明文的各分组进行加密。直接利用分组密码对明文的各分组进行加密。直接利用分组密码对明文的各分组进行加密。b设设 明文明文MM=(MM1 1,MM2 2,MMn n),密钥为密钥为K K,密文密文C C (C C1 1,C C2 2,C Cn
9、 n ),),其中其中 C Ci i E E(MMi i,K K),i=1,2,n,i=1,2,n b b电码本方式是分组密码的基本工作模式。电码本方式是分组密码的基本工作模式。电码本方式是分组密码的基本工作模式。电码本方式是分组密码的基本工作模式。b b缺点:可能出现短块,这时需要特殊处理。缺点:可能出现短块,这时需要特殊处理。缺点:可能出现短块,这时需要特殊处理。缺点:可能出现短块,这时需要特殊处理。b b缺点:缺点:缺点:缺点:暴露明文的数据模式。暴露明文的数据模式。暴露明文的数据模式。暴露明文的数据模式。b b应用:应用:应用:应用:适合加密密钥等短数据适合加密密钥等短数据适合加密密钥
10、等短数据适合加密密钥等短数据二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 2、密文反馈链接模式(密文反馈链接模式(CBC)明明明明密密密密文文文文链链链链接接接接方方方方式式式式(Plaintext Plaintext and and CiphertextCiphertext BlockBlock ChainingChaining)b设设 明文明文 M=M=(MM1 1,MM2 2,MMn n),密钥为密钥为K K,密文密文密文密文 C=(C C=(C1 1,C C2 2,C Cn n),),其中其中其中其中 E E(MMi i Z Z ,K K),),i=1i=1 E E(MMi i MMi
11、-1i-1 C Ci-1i-1,K K),i=2,ni=2,n Z Z为初始化向量。为初始化向量。C Ci i=二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 2、密文反馈链接模式(密文反馈链接模式(CBC)明密文链接方式明密文链接方式明密文链接方式明密文链接方式b即即使使MMi i MMj j,但但因因一一般般都都有有MMi-1i-1 C Ci-1i-1 MMj-1j-1 C Cj-1 j-1,从从而而使使C Ci i CCj j,从从从从而而而而掩掩掩掩盖盖盖盖了了了了明明明明文文文文中中中中的的的的数数数数据模式。据模式。据模式。据模式。b加加密密时时,当当MMi i 或或C Ci i 中
12、中发发生生一一位位错错误误时时,自自此此以以后后的的密密文文全全都都发发生生错错误误。这这这这种种种种现现现现象象象象称称称称为为为为错错错错误误误误传传传传播无界。播无界。播无界。播无界。b解密时也是错误传播无界。解密时也是错误传播无界。解密时也是错误传播无界。解密时也是错误传播无界。二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 2、密文反馈链接模式(密文反馈链接模式(CBC)明密文链接方式明密文链接方式明密文链接方式明密文链接方式b错错错错误误误误传传传传播播播播无无无无界界界界的的的的缺缺缺缺点点点点:当当当当磁磁磁磁盘盘盘盘发发发发生生生生一一一一点点点点损损损损坏坏坏坏时时时时将导致
13、整个文件无法解密。将导致整个文件无法解密。将导致整个文件无法解密。将导致整个文件无法解密。b错错错错误误误误传传传传播播播播无无无无界界界界的的的的优优优优点点点点:可可可可用用用用于于于于数数数数据据据据完完完完整整整整性性性性、真真真真实性认证。实性认证。实性认证。实性认证。二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 M1EC1M1DM2EC2DMnECnDMnM2加密加密解密解密K KK KK KK KK KK KZ ZZ Z二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 2、密文反馈链接模式(密文反馈链接模式(CBC)b明明明明密密密密文文文文链链链链接接接接方方方方式式式式具具具具有
14、有有有加加加加解解解解密密密密错错错错误误误误传传传传播播播播无无无无界界界界的的的的特特特特性性性性,而而而而磁磁磁磁盘盘盘盘文文文文件件件件加加加加密密密密和和和和通通通通信信信信加加加加密密密密通通通通常常常常希希希希望望望望解解解解密密密密错误传播有界,这时可采用密文链接方式。错误传播有界,这时可采用密文链接方式。错误传播有界,这时可采用密文链接方式。错误传播有界,这时可采用密文链接方式。密文链接方式(密文链接方式(密文链接方式(密文链接方式(Ciphertext Ciphertext BlockBlock ChainingChaining)b设设 明文明文 M=M=(MM1 1,MM
15、2 2,MMn n),密钥为密钥为K K,密文密文 C=(C C=(C1 1,C C2 2,C Cn n),),其中其中其中其中 E E(MMi i Z Z ,K K),),i=1i=1 E E(MMi i C Ci-1i-1,K K),i=2,ni=2,n C Ci i=二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 M1EC1M1DM2EC2DMnECnDMnM2加密加密解密解密K KK KK KK KK KK KZ ZZ Z二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 2 2、密文反馈链接模式(密文反馈链接模式(密文反馈链接模式(密文反馈链接模式(CBCCBC)密文链接方式密文链接方式密文
16、链接方式密文链接方式 b b加密:错误传播无界加密:错误传播无界加密:错误传播无界加密:错误传播无界b b解密时:错误传播有界解密时:错误传播有界解密时:错误传播有界解密时:错误传播有界 D D(C Ci i ,K K)Z Z ,i=1i=1 D D(C Ci i ,K K)C Ci-1 i-1,i=2,ni=2,nbbC Ci-1 i-1 发发生生了了错错误误,则则只只影影响响MMi-1 i-1 和和MMi i 发发生生错错误误,其余不错,因此错误传播有界。其余不错,因此错误传播有界。b缺缺缺缺点点点点也也也也是是是是要要要要求求求求数数数数据据据据的的的的长长长长度度度度是是是是密密密密码
17、码码码分分分分组组组组长长长长度度度度的的的的整整整整数倍,否则最后一个数据块将是短块。数倍,否则最后一个数据块将是短块。数倍,否则最后一个数据块将是短块。数倍,否则最后一个数据块将是短块。MMi i=二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 3、输出反馈模式输出反馈模式(OFB)b将一个分组密码转换为一个密钥序列产生器。将一个分组密码转换为一个密钥序列产生器。将一个分组密码转换为一个密钥序列产生器。将一个分组密码转换为一个密钥序列产生器。从而可以实现用分组密码按流密码的方式进行从而可以实现用分组密码按流密码的方式进行从而可以实现用分组密码按流密码的方式进行从而可以实现用分组密码按流密码的
18、方式进行加解密。加解密。加解密。加解密。b 64移位寄存器 K位 E K位明文明文K K位位密文密文K K位位种子种子R R0 0K K二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 3、输出反馈模式输出反馈模式(OFB)b如果分组密码是安全的,则产生的密钥序列也如果分组密码是安全的,则产生的密钥序列也如果分组密码是安全的,则产生的密钥序列也如果分组密码是安全的,则产生的密钥序列也是安全的。是安全的。是安全的。是安全的。b加解密都没有错误传播。加解密都没有错误传播。加解密都没有错误传播。加解密都没有错误传播。b适于加密冗余度较大的数据,如语音和图象数适于加密冗余度较大的数据,如语音和图象数适于加
19、密冗余度较大的数据,如语音和图象数适于加密冗余度较大的数据,如语音和图象数据。据。据。据。b为了提高速度可输出最右边的为了提高速度可输出最右边的为了提高速度可输出最右边的为了提高速度可输出最右边的 8 8位。位。位。位。b但因无错误传播而对密文的篡改难以检测。但因无错误传播而对密文的篡改难以检测。但因无错误传播而对密文的篡改难以检测。但因无错误传播而对密文的篡改难以检测。二、分组密码二、分组密码的工作模式的工作模式 4、密码反馈模式密码反馈模式 CFB(Cipher FeedbackCipher Feedback)bCFBCFB模式也是用分组密码产生密钥序列。模式也是用分组密码产生密钥序列。模
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