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本书系统地介绍了密码编码学与网络安全的基本原理和应用技术。全书分六部分:背景知识部分介绍信息与网络安全概念、数论基础;对称密码部分讨论传统加密技术、分组密码和数据加密标准、有限域、高级加密标准、分组加密工作模式、随机位生成和流密码;非对称密码部分讨论公钥密码学与RSA、其他公钥密码体制;密码学数据完整性算法部分讨论密码学哈希函数、消息认证码、数字签名、轻量级密码和后量子密码;互信部分讨论密钥管理和分发、用户认证;网络和因特网安全部分讨论传输层安全、无线网络安全、电子邮件安全、IP安全、网络端点安全、云计算、物联网安全。附录A讨论线性代数的基本概念,附录B讨论保密性和安全性度量,附录C介绍数据加密标准,附录D介绍简化AES,附录E介绍生日攻击的数学基础。本书可作为高校计算机、网络空间安全、信息安全、软件工程等专业高年级本科生和研究生的教材,也可供计算机、通信、电子工程等领域的科研人员参考。 封面 书名 版权 前言 目录 第一部分 背景知识 第1章 信息与网络安全概念 学习目标 1.1 网络空间安全、信息安全与网络安全 1.1.1 安全目标 1.1.2 信息安全的挑战 1.2 OSI安全架构 1.3 安全攻击 1.3.1 被动攻击 1.3.2 主动攻击 1.4 安全服务 1.4.1 认证 1.4.2 访问控制 1.4.3 数据保密性 1.4.4 数据完整性 1.4.5 不可否认性 1.4.6 可用性服务 1.5 安全机制 1.6 密码学 1.6.1 无密钥算法 1.6.2 单密钥算法 1.6.3 双密钥算法 1.7 网络安全 1.7.1 通信安全 1.7.2 设备安全 1.8 信任与可信度 1.8.1 信任模型 1.8.2 信任模型和信息安全 1.8.3 建立信任关系 1.9 标准 1.10 关键术语、思考题和习题 第2章 数论基础 学习目标 2.1 整除性和带余除法 2.1.1 整除性 2.1.2 带余除法 2.2 欧几里得算法 2.2.1 最大公因子 2.2.2 求最大公因子 2.3 模运算 2.3.1 模 2.3.2 同余的性质 2.3.3 模算术运算 2.3.4 模运算的性质 2.3.5 欧几里得算法回顾 2.3.6 扩展欧几里得算法 2.4 素数 2.5 费马定理和欧拉定理 2.5.1 费马定理 2.5.2 欧拉函数 2.5.3 欧拉定理 2.6 素性测试 2.6.1 Miller-Rabin算法 2.6.2 一个确定性的素性判定算法 2.6.3 素数分布 2.7 中国剩余定理 2.8 离散对数 2.8.1 模n的整数幂 2.8.2 模算术对数 2.8.3 离散对数的计算 2.9 关键术语、思考题和习题 附录2A mod的含义 2A.1 二元运算符mod 2A.2 同余关系mod 第二部分 对称密码 第3章 传统加密技术 学习目标 3.1 对称密码模型 3.1.1 密码编码学 3.1.2 密码分析学和穷举攻击 3.2 代替技术 3.2.1 Caesar密码 3.2.2 单表代替密码 3.2.3 Playfair密码 3.2.4 Hill密码 3.2.5 多表代替加密 3.2.6 一次一密 3.3 置换技术 3.4 关键术语、思考题和习题 第4章 分组密码和数据加密标准 学习目标 4.1 传统分组密码结构 4.1.1 流密码与分组密码 4.1.2 Feistel密码结构的设计动机 4.1.3 Feistel密码 4.2 数据加密标准 4.2.1 DES加密 4.2.2 DES解密 4.3 DES的一个例子 4.3.1 结果 4.3.2 雪崩效应 4.4 DES的强度 4.4.1 56位密钥的使用 4.4.2 DES算法的性质 4.4.3 计时攻击 4.5 分组密码的设计原理 4.5.1 迭代轮数 4.5.2 函数F的设计 4.5.3 密钥扩展算法 4.6 关键术语、思考题和习题 第5章 有限域 学习目标 5.1 群 5.1.1 群的性质 5.1.2 交换群 5.1.3 循环群 5.2 环 5.3 域 5.4 有限域GF(p) 5.4.1 阶为p的有限域 5.4.2 在有限域GF(p)中求乘法逆元 5.4.3 小结 5.5 多项式运算 5.5.1 普通多项式运算 5.5.2 系数在Zp中的多项式运算 5.5.3 求最大公因式 5.5.4 小结 5.6 有限域GF(2n) 5.6.1 动机 5.6.2 多项式模运算 5.6.3 求乘法逆元 5.6.4 计算上的考虑 5.6.5 使用生成元 5.6.6 小结 5.7 关键术语、思考题和习题 第6章 高级加密标准 学习目标 6.1 有限域算术 6.2 AES的结构 6.2.1 基本结构 6.2.2 详细结构 6.3 AES的变换函数 6.3.1 字节代替变换 6.3.2 行移位变换 6.3.3 列混淆变换 6.3.4 轮密钥加变换 6.4 AES的密钥扩展 6.4.1 密钥扩展算法 6.4.2 基本原理 6.5 一个AES的例子 6.5.1 结果 6.5.2 雪崩效应 6.6 AES的实现 6.6.1 等价的逆算法 6.6.2 实现方面 6.7 关键术语、思考题和习题 附录6A 系数在GF(28)中的多项式 附录6A.1 列混淆变换 附录6A.2 乘以x 第7章 分组加密工作模式 学习目标 7.1 多重加密和三重DES 7.1.1 双重DES 7.1.2 使用两个密钥的三重DES 7.1.3 使用三个密钥的三重DES 7.2 电码本模式 7.3 密文分组链接模式 7.4 密码反馈模式 7.5 输出反馈模式 7.6 计数器模式 7.7 面向分组存储设备XTS-AES模式 7.7.1 可调整分组密码 7.7.2 存储加密要求 7.7.3 单个分组的运算 7.7.4 扇区上的运算 7.8 保留格式加密 7.8.1 研究动机 7.8.2 FPE设计的难点 7.8.3 保留格式加密的Feistel结构 7.8.4 保留格式加密的NIST方法 7.9 关键术语、思考题和习题 第8章 随机位生成和流密码 学习目标 8.1 伪随机数生成的原理 8.1.1 随机数的用途 8.1.2 TRNG、PRNG和PRF 8.1.3 PRNG的要求 8.1.4 算法设计 8.2 伪随机数生成器 8.2.1 线性同余生成器 8.2.2 BBS生成器 8.3 使用分组密码生成伪随机数 8.3.1 使用分组加密工作模式的PRNG 8.3.2 NIST CTR_DRBG 8.4 流密码 8.5 RC4 8.5.1 初始化S 8.5.2 流生成 8.5.3 RC4的强度 8.6 使用反馈移位寄存器的流密码 8.6.1 线性反馈移位寄存器 8.6.2 非线性反馈移位寄存器 8.6.3 Grain-128a 8.7 真随机数生成器 8.7.1 熵源 8.7.2 PRNG和TRNG的比较 8.7.3 调节 8.7.4 健康测试 8.7.5 英特尔数字随机数生成器 8.8 关键术语、思考题和习题 第三部分 非对称密码 第9章 公钥密码学与RSA 学习目标 9.1 公钥密码体制的原理 9.1.1 公钥密码体制 9.1.2 公钥密码体制的应用 9.1.3 公钥密码的要求 9.1.4 公钥密码分析 9.2 RSA算法 9.2.1 RSA算法描述 9.2.2 计算问题 9.2.3 RSA的安全性 9.3 关键术语、思考题和习题 第10章 其他公钥密码体制 学习目标 10.1 Diffie-Hellman密钥交换 10.1.1 算法 10.1.2 密钥交换协议 10.1.3 中间人攻击 10.2 ElGamal密码体制 10.3 椭圆曲线算术 10.3.1 交换群 10.3.2 实数域上的椭圆曲线 10.3.3 Zp上的椭圆曲线 10.3.4 GF(2m)上的椭圆曲线 10.4 椭圆曲线密码学 10.4.1 用椭圆曲线密码实现Diffie-Hellman密钥交换 10.4.2 椭圆曲线加密/解密 10.4.3 椭圆曲线密码的安全性 10.5 关键术语、思考题和习题 第四部分 密码学数据完整性算法 第11章 密码学哈希函数 学习目标 11.1 密码学哈希函数的应用 11.1.1 消息认证 11.1.2 数字签名 11.1.3 其他应用 11.2 两个简单的哈希函数 11.3 要求与安全性 11.3.1 密码学哈希函数的安全要求 11.3.2 穷举攻击 11.3.3 密码分析 11.4 安全哈希算法 11.4.1 SHA-512逻辑 11.4.2 SHA-512轮函数 11.4.3 示例 11.5 SHA-3 11.5.1 海绵结构 11.5.2 SHA-3迭代函数f 11.6 关键术语、思考题和习题 第12章 消息认证码 学习目标 12.1 消息认证要求 12.2 消息认证函数 12.2.1 消息加密 12.2.2 消息认证码 12.3 消息认证码的要求 12.4 MAC的安全性 12.4.1 穷举攻击 12.4.2 密码分析 12.5 基于哈希函数的MAC:HMAC 12.5.1 HMAC设计目标 12.5.2 HMAC算法 12.5.3 HMAC的安全性 12.6 基于分组密码的MAC:DAA和CMAC 12.6.1 数据认证算法 12.6.2 基于密码的消息认证码(CMAC) 12.7 认证加密:CCM和GCM 12.7.1 使用分组密码链接-消息认证码的计数器 12.7.2 Galois/计数器模式 12.8 密钥封装 12.8.1 应用背景 12.8.2 密钥封装算法 12.8.3 密钥解封 12.9 使用哈希函数和MAC的伪随机数生成器 12.9.1 基于哈希函数的PRNG 12.9.2 基于MAC函数的PRNG 12.10 关键术语、思考题和习题 第13章 数字签名 学习目标 13.1 数字签名概述 13.1.1 性质 13.1.2 攻击和伪造 13.1.3 数字签名要求 13.1.4 直接数字签名 13.2 ElGamal数字签名方案 13.3 Schnorr数字签名方案 13.4 NIST数字签名算法 13.4.1 DSA方法 13.4.2 数字签名算法 13.5 椭圆曲线数字签名算法 13.5.1 全局域参数 13.5.2 密钥生成 13.5.3 数字签名的生成与认证 13.6 RSA-PSS数字签名算法 13.6.1 掩蔽生成函数 13.6.2 签名操作 13.6.3 签名验证 13.7 关键术语、思考题和习题 第14章 轻量级密码和后量子密码 学习目标 14.1 轻量级密码的概念 14.1.1 嵌入式系统 14.1.2 资源受限设备 14.1.3 轻量级密码的限制类别 14.1.4 备种应用的安全考虑 14.1.5 设计折中 14.1.6 安全要求 14.2 轻量级密码算法 14.2.1 带有关联数据的认证加密 14.2.2 哈希函数 14.2.3 消息认证码 14.2.4 非对称密码算法 14.3 后量子密码的概念 14.3.1 量子计算 14.3.2 Shor因子分解算法 14.3.3 Grover算法 14.3.4 密码生命期 14.3.5 量子计算环境下的安全性 14.4 后量子密码算法 14.4.1 格密码算法 14.4.2 编码密码算法 14.4.3 多变量多项式密码算法 14.4.4 哈希签名算法 14.5 关键术语和思考题 第五部分 互信 第15章 密钥管理和分发 学习目标 15.1 使用对称加密的对称密钥分发 15.1.1 密钥分发方案 15.1.2 第三方密钥分发方案 15.1.3 密钥层次 15.2 使用非对称加密的对称密钥分发 15.2.1 简单的密钥分发方案 15.2.2 确保保密性和认证的密钥分发方案 15.3 公钥分发 15.3.1 公钥的公开发布 15.3.2 公开可访问的目录 15.3.3 公钥授权 15.3.4 公钥证书 15.4 X.50 9证书 15.4.1 证书 15.4.2 X.50 9版本3 15.5 公钥基础设施 15.6 关键术语、思考题和习题 第16章 用户认证 学习目标 16.1 远程用户认证原理 16.1.1 NIST电子身份认证模型 16.1.2 认证方式 16.1.3 多因素认证 16.1.4 双向认证 16.2 使用对称加密的远程用户认证 16.2.1 双向认证 16.3 Kerberos 16.3.1 Kerberos的动机 16.3.2 Kerberos版本4 16.3.3 Kerberos版本5 16.4 使用非对称加密的远程用户认证 16.4.1 双向认证 16.4.2 单向认证 16.5 联合身份管理 16.5.1 身份管理 16.5.2 身份联合 16.6 关键术语、思考题和习题 第六部分 网络和因特网安全 第17章 传输层安全 学习目标 17.1 Web安全性考虑 17.1.1 Web安全威胁 17.1.2 网络流量安全方法 17.2 传输层安全 17.2.1 TLS架构 17.2.2 TLS记录协议 17.2.3 修改密码规范协议 17.2.4 警报协议 17.2.5 握手协议 17.2.6 密码计算 17.2.7 SSL/TLS攻击 17.2.8 TLS v1.3 17.3 HTTPS 17.3.1 连接初始化 17.3.2 连接关闭 17.4 SSH 17.4.1 传输层协议 17.4.2 用户认证协议 17.4.3 连接协议 17.5 思考题和习题 第18章 无线网络安全 学习目标 18.1 无线安全 18.1.1 无线网络威胁 18.1.2 无线安全措施 18.2 移动设备安全 18.2.1 安全威胁 18.2.2 移动设备安全策略 18.3 IEEE 802.11 无线局域网概述 18.3.1 Wi-Fi联盟 18.3.2 IEEE 802协议架构 18.3.3 IEEE 802.11 网络构成和架构模型 18.3.4 IEEE 802.11 服务 18.4 IEEE 802.11 i无线局域网安全 18.4.1 IEEE 802.11 i服务 18.4.2 IEEE 802.11 i操作阶段 18.4.3 发现阶段 18.4.4 认证阶段 18.4.5 密钥管理阶段 18.4.6 安全数据传输阶段 18.4.7 IEEE 802.11 i伪随机函数 18.5 关键术语、思考题和习题 第19章 电子邮件安全 学习目标 19.1 因特网邮件架构 19.1.1 电子邮件组件 19.1.2 邮件协议 19.2 邮件格式 19.2.1 RFC 5322 19.2.2 MIME 19.3 电子邮件威胁与综合安全 19.4 S/MIME 19.4.1 操作描述 19.4.2 S/MIME消息内容类型 19.4.3 S/MIME消息 19.4.4 S/MIME证书处理过程 19.4.5 安全性增强服务 19.5 DNSSEC 19.5.1 域名系统 19.5.2 DNS安全扩展 19.6 基于DNS的命名实体认证 19.6.1 TLSA记录 19.6.2 为SMTP使用DANE 19.6.3 为S/MIME使用DNSSEC 19.7 发送方策略框架 19.7.1 发送端的SPF 19.7.2 接收端的SPF 19.8 DKIM 19.8.1 电子邮件威胁 19.8.2 DKIM策略 19.8.3 DKIM功能流程 19.9 基于域的消息认证、报告和一致性 19.9.1 标识符匹配 19.9.2 发送端的DMARC 19.9.3 接收端的DMARC 19.9.4 DMARC报告 19.10 关键术语、思考题和习题 第20章 IP安全 学习目标 20.1 IP安全概述 20.1.1 IPsec的应用 20.1.2 IPsec文档 20.1.3 IPsec服务 20.2 IP安全策略 20.2.1 安全关联 20.2.2 安全关联数据库 20.2.3 安全性策略数据库 20.2.4 IP流量处理 20.3 封装安全净荷 20.3.1 ESP格式 20.3.2 加密和认证算法 20.3.3 填充 20.3.4 反重放服务 20.3.5 传输和隧道模式 20.4 组合安全关联 20.4.1 认证和保密性 20.4.2 安全关联的基本组合 20.5 因特网密钥交换 20.5.1 密钥确定协议 20.5.2 头部和净荷格式 20.6 关键术语、思考题和习题 第21章 网络端点安全 学习目标 21.1 防火墙 21.1.1 防火墙的特征 21.1.2 防火墙的类型 21.1.3 DMZ网络 21.2 入侵检测系统 21.2.1 基本原理 21.2.2 入侵检测方法 21.2.3 基于主机的入侵检测技术 21.2.4 基于网络的入侵检测系统 21.3 恶意软件 21.3.1 恶意软件的类型 21.3.2 恶意软件防御 21.4 分布式拒绝服务攻击 21.4.1 DDoS攻击描述 21.4.2 构建攻击网络 21.4.3 DDoS防御策略 21.5 关键术语、思考题和习题 第22章 云计算 学习目标 22.1 云计算 22.1.1 云计算元素 22.1.2 云服务模型 22.1.3 云部署模型 22.1.4 云计算参考架构 22.2 云安全的概念 22.3 云安全风险与对策 22.3.1 STRIDE威胁模型 22.3.2 数据泄露 22.3.3 弱身份、凭证和访问管理 22.3.4 不安全的API 22.3.5 系统漏洞 22.3.6 账号劫持 22.3.7 恶意的内部人员 22.3.8 高级持续威胁 22.3.9 数据丢失 22.3.10 尽职调查不足 22.3.11 滥用及恶意使用云服务 22.3.12 拒绝服务 22.3.13 共享技术中的漏洞 22.4 云安全即服务 22.5 开源云安全模块 22.6 关键术语和习题 第23章 物联网安全 学习目标 23.1 物联网 23.1.1 物联网上的“物” 23.1.2 演化 23.1.3 物联网设备的组件 23.1.4 物联网与云环境 23.2 物联网安全的概念与目标 23.2.1 物联网生态系统的独特特征 23.2.2 物联网安全目标 23.2.3 防篡改和篡改检测 23.2.4 网关安全 23.2.5 物联网安全环境 23.3 一个开源物联网安全模块 23.3.1 加密算法 23.3.2 操作模式 23.3.3 偏移码本模式 23.4 关键术语和思考题 附录A 线性代数的基本概念 A.1 向量和矩阵运算 A.1.1 算术 A.1.2 行列式 A.1.3 逆矩阵 A.2 Zn上的线性代数运算 附录B 保密性和安全性度量 B.1 条件概率 B.2 完善保密 B.3 信息和熵 B.3.1 信息 B.3.2 熵 B.3.3 熵函数的性质 B.3.4 条件熵 B.4 熵和保密性 B.5 最小熵 附录C 数据加密标准 C.1 初始置换 C.2 每轮变换的细节 C.3 DES解密 附录D 简化AES D.1 概述 D.2 S-AES加密与解密 D.2.1 密钥加 D.2.2 半字节代替 D.2.3 行移位 D.2.4 列混淆 D.3 密钥扩展 D.4 S盒 D.5 S-AES的结构 附件D.1 GF(24)上的算术 附件D.2 列混淆函数 附录E 生日攻击的数学基础 E.1 相关问题 E.2 生日悖论 E.3 有用的不等式 E.4 元素重复的一般情形 E.5 两个集合间的元素重复 参考文献 封底