嚴肅的密碼學：實用現代加密術

《嚴肅的密碼學：實用現代加密術》，作者是【瑞士】Jean-Philippe Aumasson。

這本面向實踐的現代密碼學指南原理性內容紮實，將密碼學中的核心數學概念各個擊破。

基本介紹

• 中文名：嚴肅的密碼學：實用現代加密術
• 作者：【瑞士】Jean-Philippe Aumasson
• 譯者：陳華瑾 等
• 出版社：電子工業出版社
• 出版時間：2021年6月 
• 頁數：284 頁
• 定價：99 元
• 開本：16 開
• ISBN：9787121410864

內容簡介

本書是著名密碼算法BLAKE2、SipHash和NORX的創造者、當代套用密碼學大師Jean-Philippe Aumasson的最新力作的中文譯本。正如其名，本書並非淺嘗輒止的領域概述，而是全面深入地討論了密碼工程的理論、技術以及最新進展。本書面向密碼學研究及從業人員，從本書中您不僅能學到密碼算法的工作原理，還將學習如何在實際的系統中使用它們。

圖書目錄

第1章 加密 1

基礎知識 1

古典密碼 2

凱撒密碼 2

維吉尼亞密碼 3

密碼是如何工作的 4

置換 4

操作模式 5

為什麼古典密碼不安全 6

一次一密加密過程 7

為什麼一次一密安全 8

加密安全性 9

攻擊模型 9

安全目標 11

安全概念 12

非對稱加密 14

加密之外的密碼學 14

認證加密 15

格式保持加密 15

全同態加密 16

可搜尋加密 16

可調加密 16

意外如何發生 17

弱密碼 17

錯誤模型 18

拓展閱讀 18

第2章 隨機性 19

隨機與非隨機 19

作為機率分布的隨機性 20

熵：不確定性的度量指標 21

隨機數發生器和偽隨機數發生器 22

PRNG如何工作 23

安全問題 23

PRNG Fortuna 24

統計測試不重要 26

現實世界中的PRNG 27

在基於UNIX的系統中生成隨機比特 27

基於硬體的PRNG：英特爾微處理器中的RDRAND 32

意外如何發生 33

熵源不理想 33

啟動時熵不足 34

非加密PRNG 35

對強隨機性的採樣漏洞 35

拓展閱讀 36

第3章 密碼學中的安全性 37

不可能的定義 37

理論上安全：信息安全性 38

實際安全：計算安全性 38

量化安全性 40

以比特度量安全性 40

全攻擊成本 41

選擇和評估安全強度 42

安全實現 43

可證明安全性 43

啟發式安全性 46

密鑰生成 46

生成對稱密鑰 47

生成非對稱密鑰 47

保護密鑰 48

意外如何發生 49

不正確的安全性證明 49

支持遺留系統的短密鑰 49

拓展閱讀 50

第4章 分組密碼 51

什麼是分組密碼 51

安全目標 52

分組大小 52

碼本攻擊 53

如何構造分組密碼 53

分組密碼的輪數 53

滑動攻擊和子密鑰 54

替換-置換網路 54

Feistel結構 55

高級加密標準（AES） 56

AES核心 56

使用AES 59

實現AES 60

基於查詢表實現 60

原生指令集 61

AES安全嗎 62

工作方式 63

電碼本模式（ECB） 63

密碼分組連結（CBC）模式 65

如何在CBC模式中加密訊息 67

計數（CTR）模式 68

意外如何發生 70

中間相遇攻擊 70

Padding Oracle攻擊 71

拓展閱讀 73

第5章 序列密碼 75

序列密碼的工作原理 76

基於狀態轉移的和基於計數器的序列密碼 76

面向硬體的序列密碼 77

反饋移位暫存器 78

Grain-128a算法 84

A5/1算法 85

面向軟體的序列密碼 88

RC4 89

Salsa20 93

意外如何發生 98

nonce的重複使用 98

破解RC4 98

硬體燒制時的弱密碼 100

拓展閱讀 101

第6章 哈希函式 103

哈希函式的安全性 104

不可預測性 104

原像攻擊抗性 105

抗碰撞性 107

查找碰撞 107

構造哈希函式 109

基於壓縮的哈希函式：Merkle–Damgård結構 109

基於置換的哈希函式：海綿函式 112

哈希函式SHA系列 113

SHA-1 113

SHA-2 116

SHA-3競賽 117

Keccak（SHA-3） 118

BLAKE2哈希函式 120

意外如何發生 122

長度擴展攻擊 122

欺騙存儲證明協定 122

拓展閱讀 123

第7章 帶密鑰的哈希 125

訊息認證碼 125

安全通信中的訊息認證碼 126

偽造和選擇訊息攻擊 126

重放攻擊 126

偽隨機函式 127

PRF的安全性 127

為什麼PRF比MAC更安全 127

從不帶密鑰的哈希構建帶密鑰的哈希 128

加秘密前綴的構造方法 128

帶秘密後綴的構造方法 129

HMAC的構造方法 129

針對基於哈希的MAC的一般攻擊 130

由分組密碼構造的帶密鑰哈希：CMAC 131

破解CBC-MAC 132

修改CBC-MAC 132

專用設計 133

Poly1305 134

SipHash 136

意外如何發生 138

針對MAC認證的計時攻擊 138

當海綿結構泄露 140

拓展閱讀 141

第8章 認證加密 143

使用MAC的認證加密 143

同時完成加密和MAC 144

先MAC再加密 145

先加密再MAC 145

認證加密 146

使用關聯數據的認證加密 146

使用nonce來避免可預測性 147

怎樣才是一個好的認證加密算法 147

AES-GCM：認證加密算法標準 149

GCM的內部結構: CTR和GHASH 149

GCM的安全性 151

GCM的效率 152

OCB: 比GCM更快的認證加密算法 152

OCB的內部結構 153

OCB的安全性 154

OCB的效率 154

SIV是最安全的認證算法嗎 154

基於置換的AEAD 155

意外如何發生 156

AES-GCM和弱哈希密鑰 157

AES-GCM和短標籤 159

拓展閱讀 159

第9章 困難問題 161

計算困難性 161

測量運行時間 162

多項式時間vs超多項式時間 164

複雜度的分類 166

非確定多項式時間 166

NP完全問題 167

P問題vs NP問題 168

因數分解問題 169

實踐中的分解大數算法 170

分解算法是NP完全的嗎 171

離散對數問題 172

群是什麼 172

困難之處 173

意外如何發生 174

容易分解的情況 174

小規模的困難問題並不困難 175

拓展閱讀 176

第10章 RSA 179

RSA背後的數學概念 180

RSA陷門置換 181

RSA的密鑰生成和安全性 181

RSA加密 183

利用教科書式RSA加密的擴展性進行攻擊 183

加強版RSA加密：OAEP 184

RSA簽名 186

針對教科書式RSA簽名的攻擊 186

PSS簽名標準 187

全域哈希簽名 188

RSA的實現 189

快速求冪算法：平方乘 190

用於更快公鑰操作的小指數 192

中國剩餘定理 193

意外如何發生 194

針對RSA-CRT的Bellcore攻擊 194

共享秘密指數或共享模數 195

拓展閱讀 197

第11章 Diffie-Hellman 199

Diffie-Hellman函式 200

Diffie-Hellman問題 201

計算Diffie-Hellman問題 201

決策Diffie-Hellman問題 202

更多的Diffie-Hellman問題 202

密鑰協商協定 203

非DH密鑰協商協定示例 203

密鑰協商協定的攻擊模型 204

效能 205

Diffie-Hellman協定 206

匿名Diffie-Hellman協定 206

含身份驗證的Diffie-Hellman協定 207

Menezes–Qu–Vanstone（MQV）協定 210

意外如何發生 211

不哈希共享秘密 211

TLS中Diffie–Hellman的歷史遺留問題 212

不安全的群參數 212

拓展閱讀 213

第12章 橢圓曲線 215

什麼是橢圓曲線 216

整數上的橢圓曲線 217

加法點和乘法點 219

橢圓曲線群 222

ECDLP問題 222

橢圓曲線上的Diffie–Hellman密鑰協商 223

橢圓曲線上的簽名 224

橢圓曲線上的加密 226

曲線的選擇 227

NIST曲線 227

曲線25519 228

其他曲線 228

意外如何發生 229

隨機性差的ECDSA 229

用另一條曲線破解ECDH 229

拓展閱讀 230

第13章 TLS 231

目標套用和要求 232

TLS協定套件 232

TLS和SSL協定家族的簡單歷史 232

TLS簡介 233

證書和證書頒發機構 233

記錄協定 236

TLS握手協定 237

TLS 1.3的密碼算法 239

TLS 1.3對TLS 1.2的改進 240

降級保護 240

單次往返握手 241

會話恢復 241

TLS安全性的優勢 241

認證 242

前向保密性 242

意外如何發生 242

不安全的證書頒發機構 243

不安全的伺服器 243

不安全的客戶端 243

實現中的缺陷 244

拓展閱讀 244

第14章 量子和後量子時代的密碼學 247

量子計算機的工作原理 247

量子比特 248

量子門 251

量子加速 253

指數加速和Simon問題 253

Shor算法的威脅 254

Shor算法解決因數分解問題 255

Shor算法和離散對數問題 255

Grover算法 255

為什麼製造量子計算機如此困難 257

後量子密碼算法 258

基於編碼的密碼 258

基於格的密碼 259

基於多變數的密碼 259

基於哈希的密碼 261

意外如何發生 262

不明晰的安全水平 262

快進：如果太晚會發生什麼 263

實現問題 263

拓展閱讀 264

作者簡介

Jean-Philippe Aumasson是總部位於瑞士的國際網路安全公司Kudelski Security的首席研究工程師，他在密碼學和密碼分析領域發表文章40餘篇。他設計了廣為人知的哈希函式BLAKE2和SipHash，也是Black Hat、DEF CON、Troopers和Infiltrate等信息安全會議上的常客。

譯者簡介

陳華瑾，信息工程大學網路空間安全學院副教授，2013年獲得密碼學博士學位。長期從事密碼學教學與科研工作，研究方向是對稱密碼設計與分析。

俞少華，公安部第三研究所信息網路安全公安部重點實驗室網路安全專家，2007年碩士畢業於浙江大學數學系，一直從事網路安全工作，在網路攻擊與防禦、網路安全事件取證溯源和密碼學領域有著深入研究。