应用密码学第二版课后题答案（应用加密学第二版课后题解答）

应用加密学第二版课后题解答

第一部分：对称加密算法

1. DES算法

DES算法采用了Feistel结构，主要分为初始化和16轮迭代。初始化包括了初始置换IP和逆初始置换IP-1，其中IP对输入数据进行置换，而IP-1则将输出结果转换为输出结果。16轮迭代采用不同的密钥进行，其中每轮都由两个子过程组成：F和S盒。其中F过程将一个32位数据通过密钥扩展函数进行扩展，然后通过S盒映射将48位结果转换为32位，然后通过置换函数P对结果进行置换。S盒的映射是DES算法的关键，它将48位输入按照6位一组进行分组，然后通过密钥进行映射，最终输出4位结果。最后16轮迭代结束后，将左右两个32位数据合并，并通过逆初始置换IP-1得到最终输出结果。DES算法的安全性由于密钥长度只有56位，因此现在已经不被推荐使用。

2. AES算法

AES算法采用了替代-置换网络结构，主要包括初始化、轮函数和密钥扩展三部分。初始化同样包括了初始置换操作，逆置换操作则在最后一轮完成。AES算法的轮函数由四个子过程组成：字节替代变换、行移位、列混淆和轮密钥加。其中字节替代变换使用S盒映射，将每个输入的8位数据映射为另一个8位数据。行移位是基于行的运算，将每个字节向左移动一个固定的数目。列混淆是基于列的运算，将每个输入的4个字节按照矩阵计算方式进行混淆。轮密钥加是将轮密钥加入到结果中。密钥扩展使用密钥扩展算法来生成每轮的轮密钥。AES算法支持三种密钥长度：128位、192位和256位，其中128位密钥是最常用的。

第二部分：非对称加密算法

1. RSA算法

RSA算法是一种基于数论的公钥加密算法。它的安全性基于两个大素数之间的乘积难以被分解，因此RSA算法的关键在于如何选择两个大素数和如何生成公钥和私钥。RSA算法的加解密过程可以分为三个步骤：密钥生成、加密和解密。密钥生成包括了选择两个大素数p和q，计算n=p*q，选取一个值e满足12. Elgamal算法 Elgamal算法也是一种基于数论的公钥加密算法。Elgamal算法的关键在于如何选择大素数p和底数g，如何生成公钥和私钥，以及如何进行加解密。Elgamal算法的密钥生成包括了选取一个大素数p和底数g，选择一个私钥x，计算y=g^x mod p，最终得到公钥（p,g,y）和私钥x。加密过程是将明文m加密为一对密文（a,b），其中a=g^k mod p，b=m*y^k mod p，k为一个随机数。解密过程则是将密文（a,b）使用私钥x进行解密，即将m=b*a^-x mod p。Elgamal算法的安全性基于离散对数难题，与RSA算法不同的是Elgamal算法的加密和解密速度较慢，因此在实际应用中较少使用。

第三部分：密码学协议

1. SSL/TLS协议

SSL（Secure Sockets Layer）和TLS（Transport Layer Security）是一种基于网络传输层的加密协议。它主要由握手、分组加密和消息认证三部分组成。其中握手协议包括了客户端和服务器之间的协商，包括使用SDO密钥进行加密和认证信息的验证。握手协议还包括了证书交换和密钥协商，用于确保通信双方的身份和生成会话密钥。分组加密协议则用于对数据进行加密和解密，以保证数据在传输过程中的机密性。消息认证则用于保证通信的完整性和防止伪造。SSL/TLS协议是互联网上流行的安全协议之一，它通过安全套接字层提供了一种安全的通信方式。

2. IPSec协议

IPSec（IP Security）协议是一种在IP网络层提供安全服务的协议。它主要包括了AH（Authentication Header）和ESP（Encapsulating Security Payload）两种协议。AH协议主要用于对IP数据包的认证，使用SHA-1算法对IP数据包进行哈希，以确保数据包的完整性和防止篡改。ESP协议主要用于对IP数据包的加密，使用DES、3DES或AES算法对IP数据包进行加密，以确保数据包的机密性和防止信息泄露。IPSec协议可以通过路由器、防火墙等设备来实现，确保了网络中数据的安全和机密性。