"本书具有以下3个特色。 第一个特色是： 本书重点讲述中国商用密码算法（SM2、SM3、SM4、ZUC）、我国的密码法和我国的商用密码标准，同时坚持中国商用密码与国际著名密码相结合，反映国际密码先进技术，介绍美国的AES、SHA3、RSA和ElGamal密码。 第二个特色是： 本书重点讲述中国密码、中国政府重视信息安全、华为技术创新、我国在革命战争时期的密码奇功等内容，有利于提高青年读者热爱祖国、报效祖国、忠于祖国的思想情操。 第三个特色是： 面向普通高等学校的教学，从理论和实践相结合的角度讲述密码学的基本理论、基本技术和基本应用，符合《高等学校信息安全专业指导性专业规范》（第2版）的要求。内容简明扼要，通俗易懂，生动有趣。 本书适合用作网络空间安全学科各专业密码学课程的教材，也适合用作计算机科学与技术、信息与通信工程、电子信息等学科的相关专业的教材，还适合用作电子和信息领域科技人员的技术参考书。 "
人类社会在经历了机械化、电气化之后，进入一个崭新的信息化时代。
在信息化时代，电子信息产业成为世界第一大产业。信息就像水、电、石油一样，与所有行业和所有人都相关，成为一种基础资源。信息和信息技术改变了人们的生活和工作方式。离开计算机、网络、电视和手机等电子信息设备，人们将无法正常生活和工作。因此可以说，在信息时代，人们生存在物理世界、人类社会和网络空间组成的三元世界中。
当前的形势是： 一方面，信息技术与产业空前繁荣；另一方面，危害信息安全的事件不断发生。敌对势力的破坏、网络战、信息战、黑客攻击、病毒入侵、利用计算机犯罪、网络上不良内容泛滥、隐私泄露等事件，对信息安全构成了极大威胁，信息安全的形势是严峻的。
对于我国来说，信息安全形势的严峻性不仅在于上面这些威胁，还在于我国在信息核心技术方面的差距。由于我国在核心信息技术方面与国外发达国家相比存在差距，我国不得不在关键芯片，高档仪器，操作系统、数据库等基础软件和EDA等关键应用软件方面大量使用国外产品。近年来，美国对部分中国科技企业实施了出口管制措施，这就使我国的信息安全和国家安全形势更加复杂严峻。
信息安全事关国家安全，事关社会稳定，事关经济发展，必须采取措施确保我国的信息安全。
我国政府高度重视信息安全和国家安全，为确保我国信息安全和国家安全制定了正确的方针路线。我国人民在党中央和的领导下，团结一致、拼搏创新，有志气、有能力确保我国的信息安全和国家安全。
发展我国信息技术与产业、确保我国信息安全和国家安全、把我国建成网络信息强国，人才是关键。人才培养，教育是基础。
2001年，武汉大学创建了我国第一个信息安全本科专业。2015年，我国建立了网络空间安全一级学科。目前，全国设立信息安全本科专业的高等院校已超过100所，设立网络空间安全专业和密码科学与技术等专业的高等院校也很多。
在军事上，密码是决定战争胜负的重要因素之一。有些军事评论家认为，盟军在破译密码方面的成功，使第二次世界大战提前十年结束。同样，在我国革命战争时期，我党我军在密码斗争方面的成功，为我国革命战争取得胜利发挥了巨大作用。
密码学理论是网络空间安全学科的理论基础之一，密码技术是网络空间安全的关键技术和共性技术。因此，为了培养大批网络空间安全优秀人才，必须提供适用的密码学教材。
本书具有以下3个特色。
第一个特色是： 本书重点讲述中国商用密码算法（SM2、SM3、SM4、ZUC）、我国的密码法和我国的商用密码标准，同时坚持中国商用密码与国际著名密码相结合，反映国际密码先进技术，介绍美国的AES、SHA3、RSA和ElGamal密码。
第二个特色是： 本书中重点讲述中国密码、我国政府重视信息安全、华为技术创新、我国在革命战争时期的密码奇功等内容，有利于提高青年读者热爱祖国、报效祖国、忠于祖国的思想情操。
第三个特色是： 面向普通高等学校的教学，从理论和实践相结合的角度讲述密码学的基本理论、基本技术和基本应用，符合《高等学校信息安全专业指导性专业规范》（第2版）的要求。内容简明扼要，通俗易懂，生动有趣。
本书共11章。第1章为密码学概论，第2章介绍分组密码，第3章介绍序列密码，第4章介绍密码学Hash函数，第5章介绍公钥密码，第6章介绍数字签名，第7章介绍密码分析（选修），第8章介绍密钥管理，第9章介绍密码协议，第10章介绍认证，第11章介绍密码学发展与应用中的几个问题（选修），每章后面都给出一定数量的习题与实验研究。
本书第1章和第11章由张焕国编写，第2章由唐明编写，第3～4章由王张宜编写，第5～6章由王后珍编写，第7章由唐明、王张宜编写，第8～9章由冯琦、何琨编写，第10章由何琨编写。唐明和张焕国对全书进行了统稿。
本书是编者在武汉大学国家网络安全学院长期从事信息安全教学和科研的基础上写成的。其研究工作得到国家自然科学基金、国家973计划、国家863计划、国家重点研发计划等项目的资助，在此表示诚恳的感谢！
本书在筹备和编写过程中，得到了国家重点研发计划项目（编号： 2022YFB3103800）的支持。
在本书的写作过程中，编者参考引用了大量的参考文献，编者向这些文献的作者表示诚挚的谢意。
因编者学术水平所限，书中难免有不妥和错误之处，恳请读者理解和批评指正。
全体编者于武汉大学2024年10月
第1章密码学概论1
1.1信息安全是信息时代永恒的需求1
1.2信息安全和国家安全4
1.2.1我国政府高度重视信息安全4
1.2.2中国人民有志气、有能力确保信息安全和国家安全5
1.3密码技术是信息安全的关键技术6
1.4密码学的基本概念11
1.4.1密码体制11
1.4.2密码的安全性14
1.5我国革命战争时期的密码奇功17
1.5.1四渡赤水密码建奇功17
1.5.2豪密奇功18
1.6我国的密码法和商用密码标准20
1.6.1中华人民共和国密码法20
1.6.2我国的商用密码标准21
习题23
第2章分组密码24
2.1高级加密标准24
2.1.1数学基础24
2.1.2Rijndael加密算法26
2.1.3Rijndael解密算法31
2.1.4Rijndael的安全性33
2.2中国商用密码算法SM434
2.2.1SM4算法描述34
2.2.2SM4的可逆性和对合性38
2.2.3SM4的安全性41
2.3分组密码的应用技术41
2.3.1分组密码的工作模式41
2.3.2分组密码的短块加密46目录习题与实验研究48
第3章序列密码49
3.1序列密码的概念49
3.2线性移位寄存器序列50
3.3非线性序列54
3.3.1非线性移位寄存器序列54
3.3.2对线性移位寄存器序列进行非线性组合55
3.3.3利用强分组码产生非线性序列55
3.4中国商用祖冲之密码55
3.4.1祖冲之密码的算法结构56
3.4.2基于祖冲之密码的机密性算法128EEA362
3.4.3基于祖冲之密码的完整性算法128EIA364
3.4.4祖冲之密码的安全性67
习题与实验研究67
第4章密码学Hash函数69
4.1密码学Hash函数的概念69
4.2中国商用密码Hash函数SM371
4.2.1Hash函数迭代结构71
4.2.2SM3算法的常数与函数72
4.2.3SM3算法描述72
4.3美国安全Hash函数SHA375
4.3.1海绵结构76
4.3.2SHA3核心压缩算法80
习题与实验研究90
第5章公钥密码92
5.1公钥密码的基本概念92
5.2RSA密码93
5.2.1RSA加解密算法93
5.2.2RSA密码的安全性95
5.3ElGamal密码98
5.3.1离散对数问题98
5.3.2ElGamal密码概述99
5.4椭圆曲线密码100
5.4.1椭圆曲线101
5.4.2椭圆曲线密码概述102
5.4.3中国商用密码SM2椭圆曲线公钥密码加密算法104
5.5公钥密码应用中的几个技术问题108
5.5.1素数的概率性检验算法109
5.5.2快速运算算法109
习题与实验研究112
第6章数字签名113
6.1数字签名的概念114
6.2利用公钥密码实现数字签名117
6.2.1利用RSA密码实现数字签名117
6.2.2利用ElGamal密码实现数字签名118
6.2.3利用椭圆曲线密码实现数字签名119
6.3中国商用密码SM2椭圆曲线公钥密码数字签名算法120
6.3.1数字签名的生成算法120
6.3.2数字签名的验证算法121
习题与实验研究124
第7章密码分析（选修）125
7.1朴素密码分析125
7.1.1密码分析的基本概念125
7.1.2穷举攻击125
7.2数学密码分析127
7.2.1数学密码分析的基本思想127
7.2.2差分密码分析128
7.2.3线性密码分析130
7.2.4代数密码分析131
7.3侧信道密码分析133
7.3.1能量侧信道分析133
7.3.2时间侧信道分析134
7.3.3故障侧信道分析137
习题与实验研究139
第8章密钥管理141
8.1密钥管理的原则143
8.2传统密码体制的密钥管理144
8.2.1密钥产生145
8.2.2密钥分发145
8.2.3密钥存储147
8.2.4密钥更新148
8.2.5密钥销毁148
8.3公开密钥密码体制的密钥管理149
8.3.1密钥产生149
8.3.2密钥分发150
8.3.3公钥基础设施150
8.3.4基于门限的密钥管理153
8.3.5中国商用密码SM2椭圆曲线公钥密码密钥交换协议155
习题与实验研究156
第9章密码协议157
9.1密码协议的基本概念157
9.2密码协议的设计与分析160
9.2.1密码协议的设计原则160
9.2.2密码协议的攻击方法161
9.2.3密码协议的分析方法163
9.3密码协议分析举例164
习题与实验研究166
第10章认证168
10.1认证的概念168
10.2身份认证169
10.2.1口令170
10.2.2智能卡和USBKey174
10.2.3生理特征识别176
10.3报文认证178
10.3.1报文源和报文宿的认证178
10.3.2报文内容认证180
10.3.3报文时间认证183
习题与实验研究186
第11章密码学发展与应用中的几个问题（选修）188
11.1密码是确保数据安全性的最有效技术188
11.2保密计算与同态密码190
11.3抗量子计算密码193
11.3.1量子计算对现有公钥密码的挑战193
11.3.2格密码的一些基础知识 194
11.3.3研究抗量子计算密码的困难198
11.4密码系统智能化199
11.5扩展密码应用200
11.5.1可信计算中的密码应用200
11.5.2区块链中的密码应用205
习题209
参考文献210
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