徐州住房与城乡建设部网站,中英文网站模板,市场推广方案模板,代码素材网站大数据分析应用-初级
第一部分 基础知识 一、大数据法律法规、政策文件、相关标准 二、计算机基础知识 三、信息化基础知识 四、密码学 五、大数据安全 六、数据库系统 七、数据仓库.
第二部分 专业知识 一、大数据技术与应用 二、大数据分析模型 三、数据科学 密码学
大数据… 大数据分析应用-初级
第一部分 基础知识 一、大数据法律法规、政策文件、相关标准 二、计算机基础知识 三、信息化基础知识 四、密码学 五、大数据安全 六、数据库系统 七、数据仓库.
第二部分 专业知识 一、大数据技术与应用 二、大数据分析模型 三、数据科学 密码学
大数据分析应用-初级前言一、密码学概述二、密码学分类三、加密技术练习题目 前言
密码学
一密码学概述
1、了解密码学发展史、密码学概念。
二密码学分类
1、了解密码学的分类包括按时间、按密钥、按密码体制和按明文处理方法分类等。
三加密技术
1、了解古典密码学、对称密码算法、非对称密码算法、哈希算法、散列函数MD5算法、数字签名技术。
2、掌握软件与硬件加密技术。 一、密码学概述
密码学概念
密码学Cryptology是一门研究密码保护通信手段的科学属于应用数学的范畴包括加密理论与解密理论。密码学技术可以使消息的内容对除发送者和接收者以外的所有人保密可以使接收者验证消息的正确性。
密码学发展史 1. 古典密码学阶段古代至1949年 古典密码学主要基于替换和置换这两种核心手段。替换是指明文中的每一个字符被替换成密文中的另一个字符置换是密文和明文字母保持相同但顺序被打乱。 这一时期出现了多种加密方法如斯巴达的“塞塔式密码”、凯撒密码、维吉尼亚密码、滚筒密码、掩格密码以及圆盘密码等。这些密码技术更像是一门艺术其数据的安全基于算法的保密密码学专家是凭知觉和信念来进行密码设计和分析而不是推理和证明。 2. 近代密码学阶段1949年至1975年 1949年香农发表了《保密系统的通信理论》为对称密码系统建立了理论基础从此密码学成为一门科学。 20世纪70年代随着计算机科学的蓬勃发展密码学得到了新的概念和工具如快速电子计算机和现代数学方法。 Arthur Scherbius于1919年设计出了历史上最著名的密码机——德国的Enigma机它在二战期间被广泛使用但也引发了加密与破译的激烈对抗。 近代密码发展中一个重要突破是“数据加密标准”DES的出现它使密码学得以从政府走向民间并在金融等商业领域广泛使用。 3. 现代密码学阶段1976年至今 1976年W.Diffie和M.Hellman在发表的文章“密码学的新方向”中首次公开提出了公钥密码Public-key Cryptography的概念。公钥密码的提出实现了加密密钥和解密密钥之间的独立解决了对称密码体制中通信双方必须共享密钥的问题在密码学界具有划时代的意义。 1977年美国麻省理工学院提出第一个公钥加密算法RSA算法之后ElGamal、椭圆曲线、双线性对等公钥密码相继被提出密码学真正进入了一个新的发展时期。 现代密码学技术得到蓬勃发展密码学技术趋于标准化并广泛应用于金融、民生、教育、电子商务、物联网、工业制造等领域。 二、密码学分类 按时间分类 古典密码古典密码主要以字符为基本加密单元用于早期的保密通信。现代密码现代密码以信息块多个字符为基本的加密单元采用更复杂的算法和密钥管理机制以提高保密性和安全性。 按密钥分类 对称密钥又称单钥密码或私钥密码指加密密钥与解密密钥相同。这种密码体制运算速度快适用于大数据量的加密但密钥管理相对困难。非对称密钥又称双钥密码或公钥密码指加密密钥与解密密钥不同。其中加密密钥公钥可以公开而解密密钥私钥需要保密。非对称密钥密码体制解决了密钥分发和不可否认性的问题但运算速度相对较慢。 按密码体制分类 对称密码体制如上文所述加密和解密使用相同的密钥。非对称密码体制如上文所述加密和解密使用不同的密钥。 按明文处理方法分类 分组密码加密时将明文分成固定长度的组用同一密钥和算法对每组进行加密输出也是固定长度的密文。分组密码多用于网络加密。流密码也称序列密码对明文进行连续处理每次处理一个字符或字节生成相应的密文。流密码适用于实时通信等需要连续处理的场景。 此外密码学还可以从其他角度进行分类如按保密内容算法分类可以分为受限制算法算法的保密性基于对算法的保密和基于密钥算法算法的保密性基于对密钥的保密按安全目标分类可以分为保密体制主要保证信息不被攻击者窃取和认证体制主要保证信息源不被假冒以及信息发送和接受方的身份真实性。 三、加密技术 1.古典密码学 定义与原理古典密码学是密码学发展早期阶段的技术主要通过简单的替换或置换操作来隐藏明文信息。替换密码是将明文中的每个字符按照一定规则替换为其他字符如凯撒密码它将字母表中的字母按照固定的位移量进行替换。置换密码则是改变明文中字符的位置顺序比如栅栏密码把明文按一定规律分组后重新排列组合得到密文。 示例与局限性以凯撒密码为例如果设定位移量为 3字母 A 就会被替换成 DB 替换成 E以此类推。但这种密码很容易被破解因为它的密钥空间可能的密钥数量较小对于有一定规律的文本通过简单的频率分析统计密文中每个字母出现的频率与正常语言中字母频率对比就可以猜出加密规则。 2.对称密码算法 定义与原理对称密码算法也叫单钥密码算法加密和解密使用相同的密钥。发送方和接收方需要事先共享密钥加密时通过特定的算法将明文和密钥一起运算得到密文解密时则使用相同的密钥和对应的解密算法把密文还原为明文。 应用场景与安全性它的加密和解密速度相对较快适用于对大量数据进行加密如在本地硬盘数据加密、企业内部网络数据传输加密等场景广泛应用。然而其安全性依赖于密钥的保密性密钥管理是一个关键问题。因为在多个用户通信的情况下需要安全地分发和存储大量的密钥。常见的对称密码算法包括DES、IDEA、AES、BlowFish、Twofish等。其中AES高级加密标准是最常见的对称密码算法之一被广泛应用于各种安全通信和存储系统中。 3.非对称密码算法 定义与原理非对称密码算法又称为双钥密码算法加密和解密使用不同的密钥分别是公钥和私钥。公钥可以公开任何人都可以使用公钥对信息进行加密但只有拥有私钥的人才能解密。其原理基于数学难题如 RSA 算法是基于大整数分解问题。 应用场景与优势主要用于密钥交换、数字签名等场景。在电子商务和电子政务等领域发挥重要作用例如在网上银行中银行将公钥公开客户用公钥加密账户信息等敏感数据发送给银行银行用私钥解密这种方式解决了对称密码算法中密钥分发的难题同时还可以提供身份认证功能。常见的非对称密码算法包括RSA、DSA、ECC等。其中RSA是最著名的非对称密码算法之一被广泛应用于数字签名、密钥交换等领域。 4.哈希算法与散列函数以 MD5 算法为例 定义与原理哈希算法也称散列算法是一种将任意长度的数据映射为固定长度的散列值也叫哈希值的算法该过程不可逆。散列函数是哈希算法的具体实现。散列函数的主要特点是 查找速度较快给定明文和哈希算法在有限时间和有限资源内能计算出哈希值。不可逆哈希算法是一种单向密码体制即它是一个从明文到密文的不可逆的映射。只有加密过程没有解密过程在理论上无法从哈希值反推出原始数据。输入敏感如果散列一段明文哪怕只更改该段落的一个字母随后的哈希值都将产生不同的结果。 MD5算法是一种具体的哈希算法实现它接收任意长度的输入数据并通过一系列复杂的数学运算生成一个128位的哈希值。MD5算法以512位数据块为单位来处理输入信息将输入信息划分为若干个512位的数据块如果最后一块不足512位会进行填充处理。在处理过程中MD5算法会进行四轮循环运算每轮包含16步操作这些操作涉及到布尔函数如与、或、非等逻辑运算、加法运算和移位操作等。 应用场景与局限性主要用于数据完整性验证和数字签名等。比如在文件下载过程中网站可以提供文件的 MD5 值用户下载后可以自行计算文件的 MD5 值并与网站提供的进行对比如果相同则说明文件在传输过程中没有被篡改。然而MD5 存在安全隐患由于其算法结构的一些弱点已经可以通过碰撞攻击找到两个不同的输入产生相同的 MD5 值来破解它在高安全要求的场景下逐渐被更安全的哈希算法如 SHA - 256 等替代。MD5算法的应用非常广泛包括安全加密、唯一标识、数据校验等。然而由于MD5算法的安全性问题如碰撞问题在一些对安全性要求较高的场合如金融领域、重要信息系统等MD5已经被更安全的哈希算法所替代。 5.数字签名技术 定义与原理数字签名是一种用于验证消息来源和完整性的技术。发送方使用自己的私钥对消息进行签名操作生成数字签名接收方可以使用发送方的公钥来验证数字签名。签名过程通常结合哈希算法先对消息计算哈希值然后用私钥对哈希值进行加密得到数字签名。验证时接收方先计算收到消息的哈希值再用发送方公钥解密数字签名得到原始哈希值比较两者是否一致来判断消息是否被篡改和是否来自声称的发送者。 应用场景与重要性在电子合同、电子文档审批等场景中至关重要。它提供了不可否认性确保发送方不能否认发送过该消息同时保证了消息的完整性防止消息在传输过程中被篡改从而保障了电子通信的安全性和可信度。 软件加密技术 原理 软件加密主要是通过编程的方式利用加密算法对数据进行处理。它将加密算法以软件代码的形式实现在软件运行过程中对需要保护的数据进行加密和解密操作。例如在一个文档编辑软件中可以通过软件加密技术对文档内容进行加密当用户保存文档时软件会使用特定的加密算法如 AES 等和用户设置的密钥将文档内容转换为密文进行存储。 常见加密方法 对称密钥加密软件实现利用对称密钥算法如 AES、DES 等在软件层面进行加密。例如AES 算法在软件中实现时会将数据分成固定长度的块如 128 位然后通过多轮的字节替换、行移位、列混合和轮密钥加等操作使用相同的密钥进行加密和解密。这种方法加密和解密速度相对较快适合对大量数据进行加密。 非对称密钥加密软件实现基于非对称密钥算法如 RSA 等实现软件加密。软件使用公钥和私钥对数据进行加密和解密。例如在数字签名软件中发送方使用自己的私钥对文件的哈希值进行加密生成数字签名接收方使用发送方的公钥进行验证。这种方法在密钥管理和身份认证方面有优势但加密和解密速度比对称密钥算法慢。 代码混淆与加密为了防止软件本身的算法被破解还可以对软件代码进行混淆和加密。代码混淆是通过改变代码的结构和逻辑使攻击者难以理解代码的真实意图。例如将变量名替换为无意义的字符打乱函数的执行顺序等。软件代码加密则是直接对可执行文件或脚本进行加密在运行时再解密增加了软件逆向分析的难度。 应用场景 数据保护用于保护各种类型的数据如企业的财务数据、个人的隐私文件等。例如数据库管理系统可以使用软件加密技术对存储在数据库中的敏感数据进行加密防止数据泄露。 软件授权与版权保护通过软件加密可以实现软件的授权管理。例如软件开发者可以使用加密技术对软件的许可证进行加密用户只有在获得合法的解密密钥许可证密钥后才能正常使用软件这样可以防止软件盗版。 硬件加密技术 原理 硬件加密是将加密功能集成到专门的硬件设备中如加密芯片、加密狗等。这些硬件设备内部包含了加密算法的实现电路和存储密钥的安全区域。在进行加密操作时数据被发送到硬件设备中由硬件设备内部的电路使用存储的密钥和加密算法进行加密处理密文再返回给外部设备。由于密钥存储在硬件的安全区域并且加密过程在硬件内部完成大大提高了加密的安全性。 常见加密设备及方法 加密芯片加密芯片是一种高度集成的硬件加密设备。它可以实现多种加密算法并且具有很高的安全性。例如在一些高端智能手机中会内置加密芯片来保护用户的数据如指纹信息、支付信息等。加密芯片内部有专门的密钥存储区域采用物理防护措施如防篡改封装来防止密钥泄露同时芯片内的加密电路可以快速地执行加密和解密操作。 加密狗加密狗是一种外置的硬件加密设备通常通过 USB 接口等方式与计算机相连。软件开发者可以将软件的关键部分如加密算法和密钥存储在加密狗中软件在运行时需要与加密狗进行交互才能正常工作。例如一些专业的设计软件使用加密狗来进行软件授权用户只有插入合法的加密狗软件才能启动并使用全部功能这有效地防止了软件的非法复制和使用。 应用场景 金融安全领域在银行卡、U 盾等设备中广泛应用。例如U 盾内部有加密芯片存储着用户的数字证书和私钥。当用户进行网上银行转账等操作时U 盾会使用内部的加密电路和存储的密钥对交易数据进行数字签名等加密操作确保交易的安全性和用户身份的真实性。 企业数据安全企业可以使用硬件加密设备来保护重要的数据服务器。例如在服务器的硬盘阵列中加入硬件加密模块对存储的数据进行加密防止数据被非法访问即使硬盘被盗没有正确的密钥也无法读取数据。 软件加密与硬件加密的比较 安全性硬件加密由于在硬件层面操作通常认为更安全不易受到恶意软件的攻击。而软件加密则可能受到操作系统漏洞或底层硬件性能的影响。成本硬件加密设备可能需要额外的购买和维护成本而软件加密则通常成本较低易于部署。灵活性软件加密可以更容易地更新和升级以适应新的加密标准和算法。而硬件加密则需要更换硬件设备或进行专门的升级操作。性能硬件加密通常提供更高的性能尤其是在处理大量数据时。而软件加密则可能受到计算机性能的限制。 综上所述软件加密和硬件加密各有其优势和局限。在实际应用中应根据具体需求和安全要求选择合适的加密技术。例如在需要高安全性和稳定性的场合下可以选择硬件加密而在成本预算有限或需要频繁更新加密算法的情况下则可以选择软件加密。 练习题目
一、单选题 密码学中用于隐藏信息原始含义的转换后信息被称为 A. 明文 B. 密文 C. 密钥 D. 密码协议 答案B。解析明文是未加密的原始信息密文是将明文通过特定的算法和密钥转换后的信息用于隐藏原文含义密钥是用于加解密算法的秘密参数密码协议是使用密码技术的通信协议。 以下哪个时期标志着密码学从古典向现代转变的关键阶段 A. 19 世纪末 - 20 世纪初 B. 第一次世界大战期间 C. 第二次世界大战期间 D. 20 世纪 70 年代 答案A。解析19 世纪末 - 20 世纪初随着计算机技术和数学理论的初步发展密码学开始从基于简单手工操作的古典密码学向依赖复杂数学算法和计算机技术的现代密码学转变。 对称密钥密码体制中如果密钥长度为 128 位那么理论上密钥的可能组合数量是 A. B. C. D. 答案A。解析对于 n 位的二进制密钥其可能的组合数量是所以 128 位密钥的可能组合数量是。 下列哪种古典密码方式是通过改变字符位置顺序来加密的 A. 凯撒密码 B. 替换密码 C. 栅栏密码 D. 仿射密码 答案C。解析凯撒密码和仿射密码属于替换密码是用其他字符替换明文字符栅栏密码是将明文字符分组后改变位置顺序属于置换密码。 以下哪种算法主要用于验证数据完整性和数字签名 A. 对称密码算法 B. 非对称密码算法 C. 哈希算法 D. 序列密码算法 答案C。解析哈希算法将任意长度的数据映射为固定长度的散列值主要用于验证数据完整性和数字签名对称密码算法用于加密和解密数据非对称密码算法用于密钥交换和数字签名等多种功能序列密码算法是一种加密方式重点在加密数据而不是验证完整性。 在非对称密钥密码体制中公钥用于 A. 解密 B. 签名 C. 加密 D. 验证签名 答案C。解析在非对称密钥密码体制中公钥用于加密私钥用于解密和签名验证签名也是使用公钥。 MD5 算法产生的散列值长度是 A. 128 位 B. 160 位 C. 256 位 D. 512 位 答案A。解析MD5 算法产生的散列值长度是 128 位。 软件加密中代码混淆的主要目的是 A. 提高软件运行速度 B. 减小软件体积 C. 防止软件算法被破解 D. 增加软件功能 答案C。解析代码混淆是通过改变代码的结构和逻辑使攻击者难以理解代码的真实意图主要目的是防止软件算法被破解。 以下硬件加密设备中常用于高端智能手机保护用户数据的是 A. 加密狗 B. 加密芯片 C. U 盾 D. 硬盘加密模块 答案B。解析加密芯片可集成到智能手机中用于保护用户的数据如指纹信息、支付信息等加密狗主要用于软件授权U 盾主要用于网上银行等金融操作硬盘加密模块用于服务器或计算机硬盘数据加密。 在密码体制分类中将明文逐位与密钥流运算的是 A. 分组密码 B. 序列密码 C. 公钥密码 D. 哈希密码 答案B。解析序列密码流密码将明文逐位地与密钥流进行运算分组密码是将明文划分成固定长度的组进行加密公钥密码是基于非对称密钥的密码系统哈希密码主要用于生成散列值不是加密明文的方式。
二、多选题 密码学按时间分类包括 A. 古代密码学 B. 古典密码学 C. 近代密码学 D. 现代密码学 答案BD。解析密码学按时间分为古典密码学古代到 19 世纪末和现代密码学20 世纪初至今。 对称密钥密码体制的优点有 A. 加密和解密速度快 B. 密钥管理相对简单 C. 适用于大量数据加密 D. 提供身份认证功能 答案AC。解析对称密钥密码体制加密和解密速度快适用于大量数据加密但其密钥管理困难不直接提供身份认证功能。 以下属于古典密码学替换密码的有 A. 简单替换密码 B. 维吉尼亚密码 C. 希尔密码 D. 置换密码 答案ABC。解析简单替换密码、维吉尼亚密码、希尔密码都属于替换密码是将明文字符替换为其他字符来加密置换密码是改变字符位置顺序不属于替换密码。 哈希算法的应用场景包括 A. 数据完整性检查 B. 数字签名 C. 密码存储 D. 数据加密 答案ABC。解析哈希算法主要用于数据完整性检查、数字签名和密码存储存储密码的哈希值而不是明文密码它一般不用于数据加密因为哈希是单向的很难从哈希值还原出原始数据。 软件加密技术的实现方式包括 A. 对称密钥加密软件实现 B. 非对称密钥加密软件实现 C. 代码混淆与加密 D. 硬件绑定软件加密 答案ABC。解析软件加密技术可以通过对称密钥加密软件实现、非对称密钥加密软件实现以及代码混淆与加密来实现硬件绑定软件加密不是软件加密技术本身的实现方式而是涉及软件与硬件结合的加密方式。 硬件加密技术的优势有 A. 安全性高 B. 加密速度快 C. 密钥存储安全 D. 便于软件升级 答案ABC。解析硬件加密技术将加密功能集成到硬件设备中具有安全性高如采用物理防护措施防止密钥泄露、加密速度快硬件电路执行加密操作、密钥存储安全有专门的安全区域存储密钥等优势硬件加密设备可能会对软件升级有一定限制并不一定便于软件升级。
三、判断题 古典密码学的加密方法在现代已经完全没有应用价值。 答案错误。解析虽然现代密码学技术先进但古典密码学的一些基本思想和简单加密方式在某些简单场景或教学等领域仍有一定价值。 非对称密钥密码体制中加密和解密速度比对称密钥密码体制快。 答案错误。解析非对称密钥密码体制加密和解密速度相对较慢对称密钥密码体制加密和解密速度快。 只要哈希算法产生的散列值相同那么原始数据一定相同。 答案正确。解析哈希算法的特点是对于给定的数据能产生唯一固定长度的散列值如果散列值相同理论上原始数据相同但目前一些哈希算法可能受到碰撞攻击的影响。 软件加密技术比硬件加密技术安全性更高。 答案错误。解析硬件加密技术通常具有更高的安全性因为它将加密功能集成在专门的硬件设备中有物理防护措施防止密钥泄露等优势。
