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密码自古以来便是人类追求安全的重要工具, 历经千年的发展, 人们对密码的研究始终源于对安全的根本需求. 如今, 密码的应用领域已远超战争与外交的界限, 融入了日常生活工作的方方面面. 从金融交易到社交媒体,从物联网设备到人工智能, 密码无处不在.
党的二十大报告明确指出“健全国家安全体系”, “强化经济、重大基础设施、金融、网络、数据、生物、资源、核、太空、海洋等安全保障体系建设”. 作为保障网络安全的核心技术和基础支撑, 密码在保护个人与企业数据、维护国家基础设施安全、国家经济安全、国防安全等方面一直发挥着重要作用.
随着数据成为新型生产要素,现代密码技术迸发出新的活力,它不仅是保 障数据安全的守护之盾,更是探索信息世界、驾驭数据资源的智慧之钥.
本书将为您揭开密码的神秘面纱, 探索密码世界的内部规律与重要作用, 系统介绍密码设计、分析及实现的基本理论与技术. 主要内容包括对称密码、公钥密码与密码协议三部分, 其中对称密码部分涉及对称加密、杂凑函数、消息认证码等, 公钥密码部分涉及公钥加密、数字签名等,作为对称密码与公钥密码的综合应用, 密码协议部分介绍密钥建立、零知识证明、电子支付等(如图1所示). 相关内容兼顾经典方案与新兴技术, 注重国密标准与我国前沿成果的介绍. 无论您是网络空间安全相关专业学生、从业人员或是对密码感兴趣但无相关专业背景的读者, 本书都将为您提供系统的密码学基础.
本书各章主要内容如下.
第 1 章 密码学概述围绕什么是密码学,概述密码学发展历史, 展示密码学的重要意义,介绍现代密码学的基本概念与观点.
第 2 章 古典密码介绍几类典型的古典密码, 展示(古典) 密码的安全隐 患, 初步介绍密码设计与分析的基本思想.
第3章 密码学信息理论基础介绍信息理论基本概念与性质,以及如何利用信息论工具刻画密码的安全性.
第4章 分组密码阐述分组密码基本功能、概念、安全要求与设计原理,介 绍DES、AES、SM4 等典型分组密码算法,讨论强力攻击、差分分析、线性分析等安全性分析技术,介绍分组密码的常用工作模式以及基本的分组密码实现技术.
第5章 流密码阐述流密码的基本功能、概念、安全要求与设计原理,介绍典型流密码算法RC4、Trivium、ZUC 以及基本分析思想.
第6章 密码杂凑函数介绍杂凑函数的基本功能、概念、安全属性,讨论基于分组密码算法设计杂凑函数和定制杂凑函数的常见迭代结构, 介绍杂凑函数标准SHA-2、SM3 和 SHA-3.
第7章 消息认证码介绍消息认证码的基本功能、概念、安全要求与设计原理, 讨论基于密码杂凑函数和分组密码构造的典型消息认证码算法DAA 与 CMAC, 介绍认证加密算法CCM与GCM.
第8章 密码学的复杂性理论基础介绍计算模型、问题复杂性、密码学复 杂性理论假设等,从复杂性理论角度讨论各类对称密码方案的设计与安全性.
第9章 公钥加密介绍公钥加密的基本功能、概念、安全要求及设计原理、 讨论RSA加密、ElGamal 加密、SM2加密、后量子加密Kyber的设计与安全分析, 介绍公钥密码相关数学困难问题以及基本的公钥密码实现技术.
第10章 数字签名介绍数字签名的基本功能、概念、安全要求及设计原 理、讨论RSA数字签名、ElGamal 数字签名、Schnorr 数字签名、DSA 数字签名、SM2数字签名、后量子数字签名Dilithium等典型方案的设计与安全性分析.
第11章 其他公钥密码体制介绍基于身份的加密与签名、同态加密、秘 密分享、门限签名、签密等方案的基本功能、概念、安全要求与设计原理.
第12章 密钥建立协议介绍密钥建立相关协议的基本功能、概念、安全 要求、设计原理与安全分析, 包括基于对称密码的密钥传输、基于公钥密码的密钥传输、Diffie-Hellman 密钥协商、认证密钥协商、PKI、TLS 1.3、量子密钥分发等内容.
第13章 零知识证明介绍零知识证明的基本概念与性质,讨论对所有NP 语言的零知识证明系统和Σ协议的设计与安全性证明.
第14章 电子支付与数字货币介绍典型电子支付协议与区块链技术的基本功能、概念、安全要求、设计原理与安全性分析,包括SET协议、eCash协议、 比特币、基于权益的区块链以及拜占庭共识协议.
第15 章 数学基础介绍密码学的基本数学知识,包括初等数论、抽象代数 与概率论.
现代密码学发展迅速,新兴技术不断涌现,各类方案纷繁芜杂. 本书精选典型理论技术, 注重阐述相关方案的研究动机与研究思路, 展示方案所蕴含的安全性 (隐患), 强调对称密码、公钥密码、密码协议在设计、分析与应用上的内在关联, 帮助读者抽丝剥茧把握各类技术发展的继承关系, 理解密码学理论体系, 密码实现技术相关章节介绍经典的密码快速实现技术,让读者初步掌握密码应用方法.
本书可作为密码科学与技术、网络空间安全、数学、计算机等相关专业的本科或研究生密码学教材. 核心教学内容配有电子课件, 关键知识点配有视频教学资源, 方便教师与同学们参考使用.
针对不同背景、不同需求的读者,分别推荐以下使用方法.
• 不具备相关数学背景的密码学爱好者:
密码学相关数学知识涉及概率、数论及抽象代数等, 但未学习过相关知识的读者也不必担心, 本书在内容编排上将相关数学知识点, 以简要的形式融合在相关密码方案的介绍中. 同时,本书配套有视频学习资料,其中涵盖相关数学知识点 的短视频讲解,此外,本书第15章的数学基础方便读者学习与查阅. 如果仅需对密码学基本思想与主要技术作大致了解,推荐阅读第1∼7、9、10、 12 章, 其中各章涉及密码安全性分析与证明的小节可以暂时忽略.
注意, 数学是准确理解密码安全性的重要工具, 如果深入掌握密码学, 系统学习相关数学知识是必不可少的！
• 网络空间安全相关专业学生与从业人员:
已具备相关数学背景并对密码应用有需求的读者,推荐阅读第1∼10、12章.
其中带有“*” 的章节涉及更为复杂的密码分析与实现技术, 可根据自身需求有选择地阅读. 第8章是承上启下的一章, 从复杂性理论角度重新解释了对称密码的设计原理及安全性, 同时为深入把握公钥密码的安全性奠定基础. 第11、13、14
章是对称密码与公钥密码的发展及综合应用, 相关阅读有助于进一步理解密码设计与分析, 快速掌握各类新兴技术. 因此, 对于有志于密码学相关研究的读者, 推荐阅读第8、11、13、14 章.
感谢您选择本书作为密码学入门的引导, 衷心希望本书能够激发并满足您对 密码学的浓厚兴趣与求知欲.
(本文为《密码学概论》一书的前言，略有删改.)
主编简介
本书试读
本书特点
（1）服务密码学自主知识体系的构建，落实立德树人根本任务
（2）展示中国密码智慧，阐述我国国密标准与高水平前沿成果
（3）坚持理论结合实际，系统介绍密码设计、分析及实现的基本理论与技术
（4）发挥团队科研优势，注重科学思维方法训练和动手能力提升
（5）提供优质数字化教学资源，配套电子课件、讲解视频和慕课
编辑推荐
（1）以优势学科和国际知名密码团队为支撑
（2）打造知识、技能、思政为一体的内容体系
（3）重点阐述我国具有自主知识产权的国密标准及高水平科技成果
（4）以四门优质慕课为基础，提供电子课件+ 知识点讲解视频辅助学习
本书资源
电子课件+授课视频
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丛书书影
随着人工智能、量子信息、5G 通信、物联网、区块链的加速发展, 网络空间安全面临的问题日益突出, 给国家安全、社会稳定和人民群众切身利益带来了严重的影响.
习近平总书记多次强调 “没有网络安全就没有国家安全”“没有信息化就没有现代化”, 高度重视网络安全工作. 维护网络空间安全, 不仅需要科学研究创新, 更需要高层次人才的支撑.
2015年, 国家增设网络空间安全一级学科. 经过近些年的发展, 网络空间安全学科建设日臻完善, 为网络空间安全高层次人才培养发挥了重要作用.
为助力学科发展和人才培养, 在王小云院士、沈昌祥院士的领导下, 山东大学组织邀请了清华大学等国内一流高校及阿里巴巴集团等行业知名企业的教师和杰出学者编写“新一代信息技术网络空间安全高等教育系列教材”, 其中, 密码学部分一共5本,包括《密码分析学》《密码学概论》《公钥密码学》《密码学隐私增强技术导论》与《算法数论九讲》，对标密码学核心课程.
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