密碼學教程pdf

① 現代密碼學教程內容簡介

《現代密碼學教程》是一本深入淺出的密碼學入門教材，分為11章和1個附錄，內容結構清晰。首先，第1至3章是基礎知識篇，涵蓋了密碼學的基本概念、常用體制、核心思想以及相關的理論知識，為後續學習奠定基礎。

第4至7章深入探討密碼學的基本技術，包括對稱密碼（如分組密碼和序列密碼）、Hash函數以及公鑰密碼技術，這些是密碼學實踐中的關鍵環節。

接著，第8至10章聚焦於密碼學的實際應用，如數字簽名技術、密鑰管理和密碼協議，幫助讀者理解密碼學在信息安全中的實際作用。

最後，第11章展望了現代密碼學的未來發展方向，為讀者展示了該領域的前沿動態和潛在機遇。這本書以其重點突出、易於理解的特性，適合信息科學專業的本科生和研究生作為專業基礎教材，也適合教師、科研人員和工程技術人員作為參考書籍，豐富例證和多樣習題有助於深入學習和牢固掌握密碼學知識。

(1)密碼學教程pdf擴展閱讀

《現代密碼學教程》，坐著谷利澤、楊義先，北京郵電大學出版社2009年08月出版，信息安全專業的專業基礎課教材，是一本介紹現代密碼學基礎知識、基本技術以及應用的書籍。

② 密碼學系列之:bcrypt加密演算法詳解

簡介

今天要給大家介紹的一種加密演算法叫做bcrypt,bcrypt是由NielsProvos和DavidMazières設計的密碼哈希函數，他是基於Blowfish密碼而來的，並於1999年在USENIX上提出。

除了加鹽來抵禦rainbowtable攻擊之外，bcrypt的一個非常重要的特徵就是自適應性，可以保證加密的速度在一個特定的范圍內，即使計算機的運算能力非常高，可以通過增加迭代次數的方式，使得加密速度變慢，從而可以抵禦暴力搜索攻擊。

bcrypt函數是OpenBSD和其他系統包括一些Linux發行版（如SUSELinux）的默認密碼哈希演算法。

bcrypt的工作原理

我們先回顧一下Blowfish的加密原理。blowfish首先需要生成用於加密使用的K數組和S-box,blowfish在生成最終的K數組和S-box需要耗費一定的時間，每個新的密鑰都需要進行大概4KB文本的預處理，和其他分組密碼演算法相比，這個會很慢。但是一旦生成完畢，或者說密鑰不變的情況下，blowfish還是很快速的一種分組加密方法。

那麼慢有沒有好處呢？

當然有，因為對於一個正常應用來說，是不會經常更換密鑰的。所以預處理只會生成一次。在後面使用的時候就會很快了。

而對於惡意攻擊者來說，每次嘗試新的密鑰都需要進行漫長的預處理，所以對攻擊者來說要破解blowfish演算法是非常不劃算的。所以blowfish是可以抵禦字典攻擊的。

Provos和Mazières利用了這一點，並將其進一步發展。他們為Blowfish開發了一種新的密鑰設置演算法，將由此產生的密碼稱為"Eksblowfish"（"expensivekeyscheleBlowfish"）。這是對Blowfish的改進演算法，在bcrypt的初始密鑰設置中，salt和password都被用來設置子密鑰。然後經過一輪輪的標准Blowfish演算法，通過交替使用salt和password作為key，每一輪都依賴上一輪子密鑰的狀態。雖然從理論上來說，bcrypt演算法的強度並不比blowfish更好，但是因為在bcrpyt中重置key的輪數是可以配置的，所以可以通過增加輪數來更好的抵禦暴力攻擊。

bcrypt演算法實現

簡單點說bcrypt演算法就是對字元串OrpheanBeholderScryDoubt進行64次blowfish加密得到的結果。有朋友會問了，bcrypt不是用來對密碼進行加密的嗎？怎麼加密的是一個字元串？

別急，bcrpyt是將密碼作為對該字元串加密的因子，同樣也得到了加密的效果。我們看下bcrypt的基本演算法實現：

FunctionbcryptInput:cost:Number(4..31)log2(Iterations).e.g.12==>212=4,096iterationssalt:arrayofBytes(16bytes)randomsaltpassword:arrayofBytes(1..72bytes)UTF-8encodedpasswordOutput:hash:arrayofBytes(24bytes)////P:arrayof18subkeys(UInt32[18])//S:Foursubstitutionboxes(S-boxes),S0...S3.EachS-boxis1,024bytes(UInt32[256])P,S<-EksBlowfishSetup(cost,salt,password)//Repeatedlyencryptthetext"OrpheanBeholderScryDoubt"64timesctext<-"OrpheanBeholderScryDoubt"//24bytes==>three64-bitblocksrepeat(64)ctext<-EncryptECB(P,S,ctext)////24-(cost,salt,ctext)

上述函數bcrypt有3個輸入和1個輸出。

在輸入部分，cost表示的是輪循的次數，這個我們可以自己指定，輪循次數多加密就慢。

salt是加密用鹽，用來混淆密碼使用。

password就是我們要加密的密碼了。

最後的輸出是加密後的結果hash。

有了3個輸入，我們會調用EksBlowfishSetup函數去初始化18個subkeys和4個1K大小的S-boxes，從而達到最終的P和S。

然後使用P和S對"OrpheanBeholderScryDoubt"進行64次blowfish運算，最終得到結果。

接下來看下EksBlowfishSetup方法的演算法實現：

FunctionEksBlowfishSetupInput:password:arrayofBytes(1..72bytes)UTF-8encodedpasswordsalt:arrayofBytes(16bytes)randomsaltcost:Number(4..31)log2(Iterations).e.g.12==>212=4,096iterationsOutput:P:arrayofUInt32arrayof18per-roundsubkeysS1..S4:;eachSBoxis256UInt32(i.e.1024KB)//InitializeP(Subkeys),andS(Substitutionboxes)withthehexdigitsofpiP,S<-InitialState()//,S<-ExpandKey(P,S,salt,password)//Thisisthe"Expensive"partofthe"ExpensiveKeySetup".//.repeat(2cost)P,S<-ExpandKey(P,S,0,password)P,S<-ExpandKey(P,S,0,salt)returnP,S

代碼很簡單，EksBlowfishSetup接收上面我們的3個參數，返回最終的包含18個子key的P和4個1k大小的Sbox。

首先初始化，得到最初的P和S。

然後調用ExpandKey，傳入salt和password，生成第一輪的P和S。

然後循環2的cost方次，輪流使用password和salt作為參數去生成P和S，最後返回。

最後看一下ExpandKey的實現：

FunctionExpandKeyInput:password:arrayofBytes(1..72bytes)UTF-8encodedpasswordsalt:Byte[16]randomsaltP:..S4:UInt32[1024]Four1KBSBoxesOutput:P:arrayofUInt32Arrayof18per-roundsubkeysS1..S4:UInt32[1024]Four1KBSBoxes//<-1to18doPn<-Pnxorpassword[32(n-1)..32n-1]//treatthepasswordascyclic//Treatthe128-bitsaltastwo64-bithalves(theBlowfishblocksize).saltHalf[0]<-salt[0..63]//Lower64-bitsofsaltsaltHalf[1]<-salt[64..127]//Upper64-bitsofsalt//Initializean8-byte(64-bit)bufferwithallzeros.block<-0//MixinternalstateintoP-boxesforn<-1to9do//xor64-bitblockwitha64-bitsalthalfblock<-blockxorsaltHalf[(n-1)mod2]//[0],andsaltHalf[1]//<-Encrypt(P,S,block)P2n<-block[0..31]//lower32-bitsofblockP2n+1<-block[32..63]//upper32-bitsblock//-boxesofstatefori<-1to4doforn<-0to127doblock<-Encrypt(state,blockxorsalt[64(n-1)..64n-1])//asaboveSi[2n]<-block[0..31]//lower32-bitsSi[2n+1]<-block[32..63]//upper32-bitsreturnstate

ExpandKey主要用來生成P和S，演算法的生成比較復雜，大家感興趣的可以詳細研究一下。

bcrypthash的結構

我們可以使用bcrypt來加密密碼，最終以bcrypthash的形式保存到系統中，一個bcrypthash的格式如下：

$2b$[cost]$[22charactersalt][31characterhash]

比如：

$2a$10$\__//\____________________/\_____________________________/AlgCostSaltHash

上面例子中，$2a$表示的hash演算法的唯一標志。這里表示的是bcrypt演算法。

10表示的是代價因子，這里是2的10次方，也就是1024輪。

N9qo8uLOickgx2ZMRZoMye是16個位元組（128bits）的salt經過base64編碼得到的22長度的字元。

最後的是24個位元組（192bits）的hash，經過bash64的編碼得到的31長度的字元。

hash的歷史

這種hash格式是遵循的是OpenBSD密碼文件中存儲密碼時使用的MolarCryptFormat格式。最開始的時候格式定義是下面的：

$1$:MD5-basedcrypt('md5crypt')

$2$:Blowfish-basedcrypt('bcrypt')

$sha1$:SHA-1-basedcrypt('sha1crypt')

$5$:SHA-256-basedcrypt('sha256crypt')

$6$:SHA-512-basedcrypt('sha512crypt')

但是最初的規范沒有定義如何處理非ASCII字元，也沒有定義如何處理null終止符。修訂後的規范規定，在hash字元串時：

String必須是UTF-8編碼

必須包含null終止符

因為包含了這些改動，所以bcrypt的版本號被修改成了$2a$。

但是在2011年6月，因為PHP對bcypt的實現crypt_blowfish中的一個bug，他們建議系統管理員更新他們現有的密碼資料庫，用$2x$代替$2a$，以表明這些哈希值是壞的（需要使用舊的演算法）。他們還建議讓crypt_blowfish對新演算法生成的哈希值使用頭$2y$。當然這個改動只限於PHP的crypt_blowfish。

然後在2014年2月，在OpenBSD的bcrypt實現中也發現了一個bug，他們將字元串的長度存儲在無符號char中（即8位Byte）。如果密碼的長度超過255個字元，就會溢出來。

因為bcrypt是為OpenBSD創建的。所以當他們的庫中出現了一個bug時,他們決定將版本號升級到$2b$。

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