《通信網(wǎng)絡(luò)安全與防護(hù)》 教案 課次3-第二章 網(wǎng)絡(luò)信息安全（上）-教案

《通信網(wǎng)絡(luò)安全與防護(hù)》課程教案授課時(shí)間年月日周節(jié)課次3授課方式（請打√）理論課√討論課□實(shí)驗(yàn)課□習(xí)題課□其他□課時(shí)安排2授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：第二章網(wǎng)絡(luò)信息安全（上）教學(xué)目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個(gè)層次）：（1）掌握數(shù)據(jù)加密的一般模型和古典加密體制；（2）掌握對稱密碼體制概念，熟悉DES和AES算法；（3）重點(diǎn)理解非對稱密碼體制概念及RSA算法；（4）熟悉散列函數(shù)的概念，了解MD5和SHA算法。。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)：重點(diǎn)：密碼系統(tǒng)一般模型、公鑰密鑰體制；難點(diǎn)：RSA算法。課堂教學(xué)設(shè)計(jì)（含思政）：本次課主要是使學(xué)員掌握密碼學(xué)的相關(guān)知識，通過理論分析、實(shí)例講解使學(xué)員掌握密碼系統(tǒng)一般模型、古典加密體制、對稱密碼體制、公鑰密碼體制，熟悉DES、AES、RSA等算法。教學(xué)中注重舉例分析，結(jié)合具體的算法講解；注重啟發(fā)思考，引導(dǎo)學(xué)員分析單表替換的安全性、對稱體制的難點(diǎn)等問題，全程采用以多媒體為主的信息化教學(xué)手段進(jìn)行授課，并引導(dǎo)學(xué)員課下查閱相關(guān)資料。思政要素切入點(diǎn)：通過“密碼學(xué)的中國貢獻(xiàn)”課下研討作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)員查閱資料，了解王小云、潘建偉院士的研究成果與事跡，用榜樣的力量激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)自信，強(qiáng)化在工作、學(xué)習(xí)中勇于承擔(dān)安全重任的使命擔(dān)當(dāng)。教學(xué)基本內(nèi)容課堂教學(xué)設(shè)計(jì)回顧與引入：回顧第一章主要內(nèi)容，通過兩個(gè)測試題檢驗(yàn)學(xué)員對知識點(diǎn)掌握情況；對網(wǎng)絡(luò)信息安全的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總體介紹，并明確本次課教學(xué)目標(biāo)。本節(jié)內(nèi)容：（主要內(nèi)容框架、要點(diǎn)、重點(diǎn)，建議不要寫成講稿）2.1密碼學(xué)與信息加密一、密碼學(xué)概述1．密碼學(xué)基本概念密碼學(xué)是研究如何進(jìn)行密寫以及如何非法解密的科學(xué)?；舅枷胧峭ㄟ^變換信息的表示形式來保護(hù)敏感信息，使非授權(quán)者不能了解被保護(hù)信息的內(nèi)容。2．密碼學(xué)的發(fā)展三個(gè)發(fā)展階段每個(gè)發(fā)展階段代表性事件3．密碼系統(tǒng)一般模型密碼學(xué)基本原則：一切秘密寓于密鑰之中。4．密碼分析密碼分析就是在不知道密鑰的情況下，利用數(shù)學(xué)方法破譯密文或找到秘密密鑰。5．現(xiàn)代密碼體制的分類（1）對稱密碼體制和非對稱密碼體制（2）分組密碼體制和序列密碼體制（3）確定型密碼體制和概率型密碼體制（4）單向函數(shù)密碼體制和雙向變換密碼體制二、古典加密1．置換加密明文的每個(gè)符號本身不變，但通過一定的算法重新排列它們的位置使其相互順序發(fā)生變化。（1）路游法（2）密鑰法2．替換加密明文的順序不變，通過一定的算法使明文的每個(gè)字母或每組字母由另外一個(gè)或一組字母代替。（1）單表替換（2）多表替換三、對稱密碼體制算法AES1.DES與IDEADES20世紀(jì)70年代中期IBM公司提出，且被美國國家標(biāo)準(zhǔn)局公布為數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)的一種分組加密(BlockCipher)算法。DES分組大小為64位，加密或解密密鑰也是64位，但其中有8位是奇偶校驗(yàn)位，不參預(yù)運(yùn)算。國際數(shù)據(jù)加密算法IDEA由瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院XuejiaLai和JamesMassey在1990年提出的。也是一種對稱分組密碼算法。IDEA密鑰長度為128位，分組大小為64位。其安全強(qiáng)度要高于DES算法。2.AES的提出DES的密鑰長度為56比特，安全性受到挑戰(zhàn)，因此需要設(shè)計(jì)一種更安全的算法。Rijndael算法由比利時(shí)的兩個(gè)學(xué)者JoanDaemen和VincentRijmen提出，是一種具有可變分組長度和可變密鑰長度的重復(fù)的分組密碼。3.AES算法流程AES加密算法涉及4種操作：字節(jié)替代（SubBytes）行移位（ShiftRows）列混淆（MixColumns）輪密鑰加（AddRoundKey四、公鑰密碼體制與RSA算法1．公鑰密碼體制公開密碼體制是20世紀(jì)70年代由Diffie和Hellman等人所提出，它是密碼學(xué)理論的劃時(shí)代突破。公開密碼體制修正了密鑰的對稱性，它一方面，為數(shù)據(jù)的保密性、完整性、真實(shí)性提供了有效方便的技術(shù)。另一方面，科學(xué)地解決了密碼技術(shù)的瓶頸──密鑰的分配問題。2．RAS算法流程RSA算法主要包括三個(gè)部分：☆密鑰的生成（1）生成大的素?cái)?shù)p和q，計(jì)算乘積n=p╳q；（2）歐拉函數(shù)Φ(n)=(p-1)╳(q-1)，任意選取整數(shù)e與Φ(n)互質(zhì)，e用做加密密鑰；（3）據(jù)d╳e=1modΦ(n)，確定解密密鑰d；（4）公開(e,n)做為加密密鑰，秘密保存d做為解密密鑰。☆加密過程。對于明文P，加密得密文C=Pemodn?！罱饷苓^程。對于密文C，解密得明文P=Cdmodn。除算法本身外，RSA算法中還需注意幾個(gè)環(huán)節(jié)：（1）素?cái)?shù)的產(chǎn)生與檢測；（采用概率檢測法）（2）明文的數(shù)字化處理；（3）素?cái)?shù)長度的考慮（RSA算法的安全性）。3．公鑰密碼體制的使用五、消息摘要算法散列函數(shù)對明文認(rèn)證和數(shù)字簽名都是非常必要的工具。散列函數(shù)值可以說是對明文的一種“指紋”或是摘要。散列函數(shù)必須滿足下面的條件：散列函數(shù)可以將任意長度的信息轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ㄩL度的散列函數(shù)值。對任意的明文m，散列函數(shù)值h(m)可通過軟件或硬件很容易的產(chǎn)生。散列函數(shù)逆向運(yùn)算是不可行的。不同的明文，散列函數(shù)值相同的可能性極小，可以忽略。1．MD5算法將任意長度明文計(jì)算為128比特的散列值，在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用廣泛。2．SHA算法美國國家標(biāo)準(zhǔn)局為配合數(shù)字簽名算法設(shè)計(jì)的消息摘要算法。內(nèi)容小結(jié)：密碼學(xué)的一般模型；現(xiàn)代密碼體制的分類；古典加密體制；對稱密碼體制AES；公鑰密碼體制RSA報(bào)文摘要算法MD5SHA板書提綱：$2.1密碼學(xué)與信息加密一、密碼學(xué)概述二、古典加密置換替換三、對稱密碼體制與AESDES、IDEA、AES四、公鑰密碼體制與RSA五、消息摘要函數(shù)MD5SHA知識擴(kuò)展：無全程PPT輔助講解討論：密碼學(xué)的應(yīng)用軍事領(lǐng)域：如“二戰(zhàn)”時(shí)期恩尼格碼、紫密，反例：山本五十六之死思政：保密就是保生命，保密就是保勝利啟發(fā)思考：單表替換的安全性如何？單表替換不能抵抗語言統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，密文越長規(guī)越明顯。因此引入多表替換。45分鐘，課間顯示曾子兵法與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)用語分析：互聯(lián)網(wǎng)就是一個(gè)巨大的的云計(jì)算平臺實(shí)例：DESCHALL競賽討論：對稱密碼體制使用中的難點(diǎn)問題？密鑰的分配舉例：我們每天都在用消息摘要算法。Windows登錄網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用登錄小結(jié)：回顧本次課的主要教學(xué)內(nèi)容，加深學(xué)員對