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2024年3月26日发(作者：title搭配)
《密码学基础》课程教学大纲
（Fundamentals of Cryptography）
课程编号: 1223527
课程性质：专业课
适用专业：计算机科学与技术
先修课程：线性代数、概率论与数理统计、离散数学
后续课程：
总学分：2学分
一、教学目的与要求
1. 教学目的
密码学包含两个密切相关的方面，其一是密码编码学，研究编写出好的密码系统的方法；
其二是密码分析学，研究攻破一个密码系统的途径，恢复被隐蔽信息的本来面目。通过本课
程的学习使学生初步掌握密码编码学的知识、了解密码分析学的基本概念和方法。
2. 教学要求
通过本课程的学习，要求学生能初步掌握密码学的主要内容，包括：公钥密码，分组密
码，伪随机序列发生器，序列密码，数字签名等等。要求重点掌握各种密码算法和密码协议
及其设计原理，掌握密钥管理、数字签名、身份认证、散列函数等核心技术。
二、课时安排
序号
1
2
3
4
5
6
教学内容
密码学的基本概念
分组密码
公开密钥密码
数论基础
序列密码
数字签名、Hash函数
合 计
学时
2
4
8
6
4
8
32
实验学时
三、教学内容
1. 密码学的基本概念(2学时)
(1)教学基本要求
582
了解：信息安全模型；信息安全与密码学的关系；密码学的发展方向。
理解：密码学的发展与分类；密码学的基本概念；现代密码学的理论基础。
(2)教学内容
①对安全威胁的被动攻击（截获）与主动攻击（中断、篡改、伪造）；
②信息安全的三个特性（保密性 Confidentiality、完整性 Integrity、可用性 Availability）；
③密码学的分类（密码编码学、密码分析学、密码密钥学）；
④密码编码学的分类（对称密码与非对称密码）；
⑤密码分析及对密码系统攻击能力等级。
2. 分组密码(4学时)
(1)教学基本要求
了解：DES；对DES的攻击方法；分组密码设计的一般原理；IDEA；Double-DES，Triple-DES；
AES的产生背景。
理解：DES算法；分组密码(DES)的使用模式；IDEA的总体结构；AES算法；逆元的计算；
分组密码的工作模式。
(2)教学内容
①DES算法的整体结构(重点)；
②初始置换、逆初始置换、乘积变换、16轮迭代、函数f、S-盒、P置换；
③子密钥的生成及DES的解密过程；
④DES的雪崩效应、DES的弱密钥及半弱密钥、对DES的攻击；
⑤Double-DES与Triple-DES；
⑥分组密码设计的一般原理及分组密码的工作模式（ECB、CBC、CFB、OFB）；
⑦IDEA的总体结构，8轮迭代、输出变换、密钥调度、乘积运算；
⑧逆元的计算；
⑨DES，Double-DES，Triple-DES，IDEA的安全性；
⑩AES分组密码算法（轮变换、加轮密钥、密钥调度、密钥扩展等）。
3. 公开密钥密码(8学时)
(1)教学基本要求
了解：公开密钥密码系统的特点及原理；McEliece算法。
理解：公开密钥如何实现数字签名；如何同时实现签名和保密；背包算法。
掌握：RSA；ElGamal；EC-DH、EC-ElGamal椭圆曲线公开密钥密码算法，Rabin公开密钥
密码算法。
(2)教学内容
①公开密钥密码算法如何实现数字签名、公开密钥密码算法如何同时实现签名和保密；
②RSA的加解密(重点)；
③模n乘幂的基本算法、扩展的Euclid算法、素数定理、素性检测；
④ElGamal公开密钥密码体制(重点)；
⑤建立在实数系上椭圆曲线的定义、建立在有限域F(p)上的椭圆曲线的定义；
⑥椭圆曲线上的加法运算、椭圆曲线上的离散对数难题(重点、难点)；
⑦EC-DH、EC-ElGamal椭圆曲线公开密钥密码算法(重点)；
⑧Rabin公开密钥密码算法算法(重点)；
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⑨Merkle-Hellman背包公开密钥密码算法；
⑩McEliece公开密钥密码算法(难点)。
4. 数论基础(6学时)
(1)教学基本要求
理解：整数的表示方法；因数分解；线性同余(方程)式；中国剩余定理。
掌握：大数模乘幂快速算法。
(2)教学内容
①整数的表示方法；
②因数分解相关定理及推论；
③同余类相关概念及定理(重点)；
④线性同余(方程)式、联立的线性同余式和中国剩余定理(重点、难点)；
⑤欧拉定理、费尔玛定理、Wilson定理；
⑥平方剩余(二次剩余)；
⑦连分式因数分解法(难点)；
⑧大数模乘幂快速算法(重点)；
⑨伪随机数的产生方法。
5. 序列密码(4学时)
(1)教学基本要求
了解：序列密码基本原理。
理解：反馈移位寄存器。
(2)教学内容
①有限状态机的概念；
②反馈移位寄存器(重点)；
③特征多项式；
④线性反馈移位寄存器；
⑤非线性反馈移位寄存器；
⑥利用线性反馈移位寄存器的密码反馈。
6. 数字签名、Hash函数(8学时)
(1)教学基本要求
了解：数字签名、身份验证的概念。
理解：数字签名；哈希函数的概念及构造方法。
掌握：数字签名标准DSS；Shamir协议。
(2)教学内容
①数字签名与身份验证的概念；
②哈希函数的概念；
③哈希函数的构造方法；
④数字签名标准DSS(重点)；
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⑤密码协议的概念；
⑥Shamir协议(重点)。
四、授课方式及考核方式
1. 授课方式
多媒体课件讲授
2. 考核方式
考试形式：开卷笔试；
课程成绩构成：平时成绩占30%，期末笔试占70%。
五、教材与参考书目
1. Oded Goldreich. Foundations of Cryptography. 北京：电子工业出版社，2003
2. 陈鲁生等. 现代密码学. 北京：科学出版社. 2002
3. 冯登国，裴定一. 密码学导论，北京：科学出版社. 2001
4. 赖溪松等. 计算机密码学及其应用. 北京：国防工业出版社. 2001
5. 胡予濮等. 对称密码学. 北京：机械工业出版社. 2002
6. 宋震等. 密码学. 北京：中国水利水电出版社. 2002
7. 卿斯汉. 密码学与计算机网络安全. 北京：清华大学出版社、广西科学技术出版社. 2001
8. F L Bauer著，吴世忠等译. 密码编码和密码分析原理与方法. 北京：机械工业出版社. 2001
9. (美)William Stallings著，杨明等译. 密码编码学与网络安全：原理与实践(第2版). 北京：
电子工业出版社. 2001
10. 冯登国，吴文玲. 分组密码的设计与分析. 北京：清华大学出版社. 2000
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