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第1章 绪论1

1.1 信息安全与密码技术1

1.1.1 信息安全简述1

1.1.2 密码技术简述2

1.1.3 信息安全与密码技术的关系2

1.2 密码技术发展简介2

1.2.1 古代密码2

1.2.2 近代密码3

1.2.3 现代密码3

1.3 密码工程学的基本概念4

1.3.1 密码工程学的主要任务4

1.3.2 密码系统的概念4

1.3.3 对密码系统的攻击4

1.3.4 密码系统的安全性5

1.3.5 密码体制的分类6

1.3.6 对称与非对称密码体制的主要特点7

习题18

第2章 密码工程学的基础技术10

2.1 密码工程学的VC基础10

2.1.1 简述10

2.1.2 密码算法的C/C＋＋实现10

2.1.3 C＋＋程序开发过程13

2.1.4 实例14

2.2 密码算法的硬件实现技术17

2.2.1 Verilog HDL17

2.2.2 仿真软件ModelSim24

习题229

第3章 分组密码体制30

3.1 分组密码的设计原则与评估30

3.1.1 分组密码的设计原则30

3.1.2 分组密码评估30

3.2 分组密码的设计方法31

3.2.1 Feistel结构31

3.2.2 SPN结构31

3.2.3 Lai-Massey结构31

3.3 数据加密标准32

3.3.1 DES概述32

3.3.2 DES的设计准则35

3.3.3 DES的加密原理36

3.3.4 DES的加密算法程序实现38

3.4 高级加密标准39

3.4.1 算法的总体设计思想39

3.4.2 算法基本运算39

3.4.3 算法变换42

3.4.4 AES解密43

3.4.5 密钥扩展算法44

3.4.6 算法实例46

3.5 分组密码工作模式46

3.5.1 电子密码本模式46

3.5.2 密码分组链接模式47

3.5.3 密码反馈模式48

3.5.4 输出反馈模式49

3.5.5 其他模式50

习题352

第4章 公钥密码体制53

4.1 概述53

4.1.1 公钥密码体制提出的背景53

4.1.2 公钥密码体制的基本思想54

4.1.3 公钥密码的应用54

4.2 公钥密码的数学基础55

4.2.1 素数和互素数55

4.2.2 模运算55

4.2.3 费马定理和欧拉定理56

4.2.4 素性检验56

4.2.5 欧几里得算法57

4.2.6 中国剩余定理57

4.2.7 离散对数58

4.2.8 平方剩余59

4.2.9 群论59

4.2.10 有限域60

4.3 RSA公钥密码体制60

4.3.1 RSA算法描述60

4.3.2 RSA的实现61

4.3.3 RSA算法的程序实现63

4.3.4 RSA的安全性63

4.3.5 对RSA的攻击64

4.4 ElGamal公钥密码体制65

4.4.1 ElGamal密码体制描述65

4.4.2 ElGamal算法程序实现66

4.5 椭圆曲线密码体制67

4.5.1 概述67

4.5.2 椭圆曲线的概念与运算68

4.5.3 椭圆曲线密码的编程实现70

习题470

第5章 序列密码72

5.1 序列密码的基本概念72

5.1.1 同步序列密码72

5.1.2 自同步序列密码73

5.2 线性反馈移位寄存器73

5.3 基于LFSR的序列密码75

5.3.1 基于LFSR的序列密码密钥流生成器75

5.3.2 基于LFSR的序列密码体制77

5.4 序列密码算法RC480

习题581

第6章 Hash函数与消息鉴别82

6.1 Hash函数的概念82

6.1.1 Hash函数的性质82

6.1.2 Hash函数的应用82

6.2 Hash函数的构造与设计84

6.2.1 安全Hash函数的结构84

6.2.2 Hash函数的设计方法84

6.3 安全散列算法SHA86

6.3.1 SHA-186

6.3.2 其他SHA算法90

6.4 对散列函数的攻击95

6.4.1 生日悖论95

6.4.2 生日攻击96

6.5 消息鉴别97

6.5.1 基于消息加密的鉴别97

6.5.2 基于Hash函数的消息鉴别98

6.5.3 HMAC100

习题6101

第7章 数字签名技术103

7.1 数字签名概述103

7.1.1 数字签名的特性103

7.1.2 数字签名的要求104

7.1.3 数字签名的执行方式105

7.1.4 数字签名的分类105

7.2 基于公钥密码体制的典型数字签名方案105

7.2.1 RSA数字签名方案及编程实现105

7.2.2 ElGamal数字签名方案108

7.2.3 数字签名标准及编程实现110

7.2.4 基于椭圆曲线密码的数字签名算法111

7.3 特殊数字签名方案113

7.3.1 收方不可否认数字签名113

7.3.2 盲签名114

7.3.3 门限签名115

习题7116

第8章 轻量级分组密码117

8.1 轻量级密码算法简介117

8.1.1 轻量级分组密码算法的产生117

8.1.2 轻量级分组密码算法的发展历程117

8.1.3 轻量级分组密码算法的设计原则与评估117

8.2 典型轻量级密码算法的优化实现方法119

8.2.1 PRESENT密码算法121

8.2.2 Piccolo密码算法128

8.3 新轻量级分组密码算法Magpie138

8.3.1 Magpie技术背景138

8.3.2 Magpie算法描述138

习题8146

第9章 密码算法的FPGA实现147

9.1 AES密码算法的Verilog HDL实现147

9.1.1 字节 替换模块147

9.1.2 列混合模块148

9.1.3 密钥扩展模块149

9.1.4 AES算法的主模块150

9.1.5 S盒变换模块与tab模块151

9.2 AES密码算法的FPGA实现152

9.2.1 AES的主要优化152

9.2.2 实验分析153

9.2.3 AES算法的FPGA实现154

9.2.4 AES算法优化效果分析161

9.3 DES密码算法的Verilog HDL实现161

9.3.1 初始置换IP及逆初始置换IP-1模块162

9.3.2 轮函数F模块163

9.3.3 密钥扩展模块设计164

9.3.4 主模块165

9.4 DES密码算法的FPGA实现165

9.4.1 实验分析165

9.4.2 DES优化实现165

9.4.3 DES算法的EDK操作流程166

9.4.4 优化效果分析166

习题9167

第10章 密码芯片的主要攻击与防御技术168

10.1 简述168

10.2 差分攻击与防御技术169

10.2.1 差分攻击原理169

10.2.2 DES差分分析172

10.2.3 差分攻击防御技术174

10.2.4 差分密码的分析推广175

10.3 代数攻击176

10.3.1 解方程法176

10.3.2 MQ问题转化为SAT问题的求解179

10.3.3 对AES单轮代数的攻击180

10.4 故障攻击与防御技术182

10.4.1 故障攻击模型研究182

10.4.2 故障攻击技术183

10.4.3 故障攻击防御技术188

10.5 功耗攻击与防御技术188

10.5.1 功耗攻击模型研究188

10.5.2 功耗攻击技术189

10.5.3 功耗攻击防御技术192

10.5.4 实验方法192

10.5.5 分析与讨论193

10.6 一种SMS4加密算法的差分功耗攻击194

10.6.1 SMS4加密算法简介194

10.6.2 SMS4加密算法的功耗攻击模型195

10.6.3 SMS4加密算法的差分功耗攻击点196

10.6.4 SMS4加密算法的差分功耗攻击实验197

10.6.5 SMS4差分功耗攻击仿真平台设计197

10.7 一种防御高阶功耗攻击的SMS4掩码方法198

10.7.1 抗高阶功耗攻击SMS4算法198

10.7.2 抗高阶功耗攻击随机掩码 SMS4算法198

10.7.3 伪随机固定值掩码SMS4算法200

10.7.4 实验结果与分析202

习题10202

附录A密码工程学实验204

A1实验一DES程序实现204

A2实验二AES程序实现208

A3实验三RSA程序实现214

A4实验四ECC程序实现217

A5实验五PRESENT程序实现219

A6实验六Piccolo程序实现223

附录B主要习题参考答案231

参考文献239