lecture01
第1讲介绍
1.1 关于6.170
本课程实际上由三部分内容组成：
·面向对象编程的速成
·媒体的软件设计
·软件的团队开发
设计是重点，编程是必要条件，只有当你试着去使用项目时你才会真正理解一个思想。因此，这三部分都包含在本课程中。
你将会学到：
·如何设计软件：有力的抽象化机制；在实践中被发现工作得很好的模式；如何描述设计以使你能够沟通和批评它们。
·如何使用Java来实现。
·如何使它正确工作：获得可靠的、灵活的软件。
还包括：
·如何当一名架构师，而不仅仅只是一个低级的编码者。
·如何避免在调试时浪费时间。
1.2 管理与政策
课程人员介绍：
·讲师：Daniel Jackson 和 Rob Miller
·教学助手：将在下周复习时与大家见面
·实验助手：将成组地与大家见面
·时间：参考网站。讲师没有固定的办公时间，但他们很乐于跟学生谈论——请发送电子邮件或直接访问。
材料：
·Liskoy编写的课本：根据课程进度安排进行阅读。
·讲稿：通常在讲座当天发布。
·“Gang of Four”的设计模式书籍：推荐
·Bloch的“Effective Java”：推荐
·Java教程：细节请参考一般的印刷品
推荐的这些资料真的很棒：将会作为参考，并且将帮你快速成为一个优秀的程序员。成包购买将会有优惠。
课程组织：
·上半学期：讲座，每周练习，复习，小测验
·下半学期：团队项目。这在以后详细介绍
学期初的变化：现在不必担心你们组将会有谁，可以在学期中交换教学助手。
复习：
·每周教学助手将对学生的工作进行评价。
·最初，教学助手将会把精力集中在你的一部分工作。
·整个阶段将会以建设性和协同合作的方式讨论。
·完全必要的部分课程：有机会去看看课堂中谈到的思想如何在实际中运用。
学习Java：
·这由你决定，但我们会试着帮助你。
·使用Sun公司的Java教程并作些练习
·大型团队的实验助理将会帮助你。
合作和IP规则：
·浏览一般的信息。
·简而言之：你们可以讨论，但书面作业必须你自己做，包括说明、设计、代码、测试和解释。
·可以使用公共领域的代码。
·团队开发中每件事都能合作。
测验：
·两次随堂测验，主要考核讲义材料。
成绩：
·70%的个人工作=25%的测验+45%的问题回答
·30%的最终项目，团队中所有人获得相同的成绩
·10%的额外参与成绩
·工作要按时
1.3为什么软件工程很重要
软件对美国经济的贡献（1996年的数据）：
·出口的最大贸易盈余。
·$240亿的软件出口，$40亿的进口，$200亿的盈余。
·比较：农业是26-14-12，航空是11-3-8，化学药品是26-19-7，交通工具是21-43-(22)，制造业是200-265-(64)（(来自Software Conspiracy, Mark Minasi, McGraw Hill, 2000)
整个社会基础中各部分角色：
·不只是Internet，
·包括运输、能源、药、财政。
软件在嵌入式设备中变得越来越普遍。例如，新汽车有10到100个处理器用来处理从音乐到刹车的各种功能。
软件的价格：
·软硬件采购费的比率接近零
·花费的总费用：五倍于硬件花费。Gartner 团体评估：一台个人计算机使用五年需要花费$7-14K。
我们的软件有多好？
·失败的开发
·意外事件
·质量差的软件
1.3.1 开发失败
IBM调查（1994年）
·55%的系统花费超过预期
·68%不能按时完成
·88%不得不重新设计
高级自动化系统(FAA,1982-1994年)
·工业平均是$100 / 工作线，预期支付$500 / 工作线
·最终支付是 $700-900/ 工作线
·$60亿的工作丢弃
劳动署统计（1997年）
·每6个新的系统投入运营，就会有2个被取消。
·最大的系统取消率的概率是50%。
·平均每个项目超过计划时间的50%。
·3/4的系统被认为是“操作失败”。
1.3.2 意外事件
“大部分专家认为最有可能破坏这个世界的可能是意外事件，也就是我们进来的地方。我们是计算机专业人士，是我们引起了意外事件。”
Nathaniel Borenstein，MIME的发明者，出自：Programming as if People Mattered: Friendly Programs, Software Engineering and Other Noble Delusions, Princeton University Press， Princeton，NJ, 1991.
Therac-25（1985-87年）
·带有软件控制器的放射线疗法仪器。
·抛弃了硬件互锁，但软件没有互锁。
·软件不能维持必要的不变量：电子束模或是强烈的光线和金属板干扰，产生X射线。
·因为灼伤导致的几起死亡。
·程序员对并发编程没有经验。
·浏览：https://www.wendangku.net/doc/268721407.html,/therac-25.html
你可能认为我们已经吸取了教训，这样的灾难将永远不会再次发生。但是…
·2001年5月22日国际原子能机构代理在巴拿马宣布“放射线紧急状况”。
·28位病人感光过度；8人死亡，其中有3人因为这件事情；20个幸存者中有3/4的人可能会“在某些情况下可能病情恶化而导致死亡”。
·专家发现放射线疗法仪器“工作适当”，由于数据进入而引起紧急状况。
·如果数据为一些屏蔽区批量进入，会引起不正确的剂量计算。
·至少，食品药物管理局总结认为“软件对电子束数据的解释”是一个因素。
·浏览https://www.wendangku.net/doc/268721407.html,/cdrh/ocd/panamaradexp.html
Ariane-5 （1996年6月）
·欧洲太空机构
·无人火箭在升空后不久完全损坏
·由于在Ada 代码中抛出了异常
·错误代码在火箭升空后也可能要运行
·由于物理环境的改变：没有说明的假定被违反
·浏览http://www.esa.int/htdocs/tidc/Press/Press96/ariane5rep.html
Ariane的意外事故在大部分软件灾难中比起放射线疗法机器制造的意外事故更加典型。在代码中它几乎不可能是造成灾难的起因；通常，这个问题得追朔到需求分析，如一个连接和评估重要环境假设的失败。
伦敦救护车服务（1992年）
·呼叫丢失，由于重复的呼叫而双倍的派遣
·开发者的错误选择：没有足够的经验
·浏览：https://www.wendangku.net/doc/268721407.html,/staff/A.Finkelstein/las.html
伦敦救护车灾难真的是管理上的一次失误。制造软件的管理者们很幼稚，并且接受了来自一家未知的公司投标，该公司的投标比许多其它有好评的公司的竞标低。而且他们犯了可怕的错误，试图突然运行，没有同时运行新的和旧的系统。
在短期内，这些问题将变得更加复杂，因为我们国内普遍使用这些软件。PITAC报告指出了这个问题，而且成功的为增加资金筹备用于软件研究进行辩护：
“对软件的需求已经变得远比我们生产的能力快。此外，国家需要的软件远比我们现在制造的要更加好用、可靠且有力。我们已经变得非常依赖于大型的软件系统，这些系统的行为并不好理解而且还常常以无可预测的方式出现问题。”
信息技术研究：对我们将来的投资
信息技术咨询委员会主席（PITAC）对总统的报告，1999年2月24日
可以在https://www.wendangku.net/doc/268721407.html,/ac/report/ 获得
关于危险的讨论会
·比较来自媒体有关计算机事故的报告
·https://www.wendangku.net/doc/268721407.html,
1.3.3 软件质量
一种度量方法：每千行代码产生的错误（bugs/ kloc）
·在交付后测量
·工业上平均是10
·高质量：1或者更少
Praxis CDIS 系统（1993年）
·为终端区域设计的英国空中交通管制系统
·采用了精确的规范语言，与我们将要学习的对象模型非常相似
·没有增加网络开销
·很少的错误率：大约每千行代码0.75错误
·甚至提供到客户的保证
当然，质量不仅仅涉及到错误。你可以测试软件并且除去大部分引起失败的错误，但是你不可能使用大量的时间来做你期望做到的，因为有很多特殊的情况。为了解决这个问题，你必须从开始就把握好质量。
1.4 为什么设计很重要
“在我们获得好软件之前需要什么？汽车变得更好了因为日本显示汽车可以架构得更好。有人将不得不显示软件能够架构得更好。”
FDA的软件质量领袖
Murray,
John
引用自Software Conspiracy, Mark Minasi, McGraw Hill, 2000
6.170这门课将向你显示堆砌代码（hacking code）不是构建软件的全部。实际上，它仅仅是其中的一部分。不要把代码想象成解决问题的一部分，一般的，它仅仅是问题的一部分。我们需要更好的方式来讨论软件而不是编码，这不会显得太繁琐、太直接、技术太容易落后。
设计和设计者的角色
·提前思考总会有所帮助（这是件便宜的事情）。
·不要在结束时才考虑质量：与测试的可靠性进行对比，更加有效，更加便宜。
·使得代理和团队工作变得可能。
·设计的缺陷影响用户：不连贯、不灵活、难于使用。
·设计的缺陷影响开发者：接口不好，错误增多，难于增加新特点。
有趣的是，计算机科学专业的学生常常反对这个观点——软件开发就是工程事业。也许他们认为工程技术缺乏神秘性，或不适合他们潜在的黑客才能。相反，你在6.170课程中所学的技术将会让你更佳有效的利用你的才能和潜力。
即使专业程序员也会迷惑他们自己。在某次实验中，32个NASA的程序员使用3个不同的测试技术来测试一些小程序。他们要求评估采用每个方法所获得的错误的比例。他们的直觉是错误了。他们认为基于规范的黑盒测试是最有效的，但是实际上阅读代码更有效（尽管代码没有注释）。通过阅读代码，他们可以提高50％的速度来发现错误。
Victor R.Basili and Richard W.Selby.
Comparing the Effectiveness of Software Testing Strategies.
IEEE Transactions on Software Engineering. V ol. SE-13, No.12, December 1987, pp. 1278-1296.
对于基础软件（如太空交通控制系统），设计是非常重要的。即使这样，很多工业管理者没有意识到6.170课程中我们教的思想所产生的影响。请看John Chapin（以前的6.170的演讲者）和我所写的关于如何重新设计一个CTAS组件，一个新的空中交通控制系统，它使用6.170中的思想。
Daniel Jackson and John Chapin. Redesigning Air-Traffic Control: An Exercise in Software Design. IEEE Software, May/June 2000. 可以浏览https://www.wendangku.net/doc/268721407.html,/~dnj/publications.
1.4.1 Netscape公司的故事
对于PC软件，有一个神话讲：设计不是很重要，因为市场是随着时间改变的。在这方面Netscape公司的倒闭是一个值得深思的故事。
最初Illinois大学的NCSA Mosaic小组开发了第一个广泛使用的浏览器，但是他们的工作太快而且不利落。他们创建了Netscape公司，在1994年4月到12月之间发行了Netscape1.0，它可以在3个平台上运行，很快就成为了Windows、Unix和Mac上的占有统治地位的浏览器。Microsoft公司于1994年10月开始开发Internet Explorer1.0，并在1995年绑定在Windows 95上。
从1995年到1997年，在Netscape公司的快速发展期间，开发者努力工作来产生新的特点，而很少花时间进行设计。在软件商业收缩期间大部分公司相信设计是滞后的：即一旦你有的市场和引人注目的特性，你就可以重构代码从而获得纯设计的优势。Netscape也不例外，它的工程师可能比很多其它公司的都有才能。
同时，Microsoft公司意识到了需要建立可靠的设计，它从起草、重建Office套装到使用共享组件，建立了NT操作系统。并忙于通过IE来赶上Netscape的市场，但是它花费了时间来重构IE3.0。这个IE的重构就是现在Microsoft中所看到的，它作为一个关键步骤，拉近了与Netscape的差距。
Netscape的开发在继续。通过Communicator4.0，已有120个开发者（从最初的10个）和3百万行代码。Michael Toy，开发经理，说道：
“我们处于一个很坏的情形下……我们应该在一年前就停住绑定这些代码。这是死的……这就像被粗鲁地唤醒……我们为走得太快而付出了代价。”
有趣的是，1997年Netscape公司内部关于模块设计的争论来自于渴望回归到以小组的形式开发。没有清晰而简单的接口，就不可能把工作分成几个独立的部分。
Netscape用了2个月来重新架构浏览器，但是这还不够长。因此他们决定使用Communicator6.0重新开始起草。但是6.0还没有结束，它的开发者重新分配到4.0。Mozzila5.0版本作为开源发布，但是这也毫无帮助：没有人想在类似意大利细面条似的代码上进行工作。
最后，Microsoft赢得了浏览器的战争，AOL收购了Netscape。当然，这不是Microsoft
浏览器战胜Netscape浏览器的全部故事。Microsoft的商业实战没有帮助Netscape。平台的独立性是一个从一开始就显得特别重要的问题。Netscape从1.0开始就运行在Windows、Mac和Unix上，Netscape努力维护平台与代码的独立性。他们甚至计划使用纯Java版本（Javagator），建立一系列他们自己的Java工具（因为Sun公司当时还没有开发这些工具）。但是在1998年他们放弃了。而且，Communicator4.0包含大约一百二十万行的Java代码。
我从一本关于Netscape及其商业和技术策略的优秀书籍中引用了这段文字。你们可以在这里阅读整个故事：
Michael A. Cusumano and David B.Yoffie. Competing on Internet Time:Lessions from Netscape and its Battle with Microsoft, Free Press, 1998. 特别是第4章，设计决策。
顺便注意：Netscape花了2年多的时间来发现设计的重要性。如果你们没有完全被说服也不要奇怪，有些东西是通过经验来获得的。
1.5 建议
课程学习策略
·不要落后：步调要快！
·参加每次讲座：教材没有包含所有的资料。
·提前思考：不要急于编码。
·设计，不是调试。
不能把重点放在提前开始或提前思考。当然，我也不期望你们在拿出来的时候就解决所有的问题。但是如果你们在工作早期就开始的话，可以在长期的过程中给自己节省很多时间，你们将获得更好的结果。首先，你们将得益于逝去的时间：你们将潜意识地琢磨问题。其次，你们将知道你们所需要的额外资源是什么，你们可以在合适的时间很容易地得到它。特别的，充分利用课程人员——我们将在这里提供帮助！我们安排了实验助手聚会时间和教学助手工作时间，但只要不是问题集截至的前夜，你们就可以获得更多的帮助。
简单的说：
“我给出了强烈的警告，关于含糊不清、复杂和过大的新设计，但是我的警告容易被忽视。我总结一下就是有两种构建软件设计的方式：一种是使软件尽量简单从而显然不会有缺陷，另一种是使得软件尽量复杂从而不会有明显的缺陷。”
Tony Hoare, Turing Award Lecture, 1980
讨论Ada的设计，不过与程序设计有很大的关系。
如何“使它简单”（KISS）
·当冰很薄时不要滑冰：避免小聪明式的设计、复杂的算法和数据结构。
·不要使用很含糊的编程语言特点。
·对复杂性持有怀疑态度。
·不要太贪心：慢慢爬行（’creeping featurism’&’second system effect’）。
·记住：事情容易复杂化，但是难于简单化。
最佳化规则
·不要做。
·仅对于专家：也不要做。
（选自于Michael Jackson, Principles of Program Design, Academic Press, 1975）1.6 最后的话
记住：
·明天是一个讲座而不是复习。
·今晚完成在线登记表。
·从现在开始学习Java。
·练习1下周二交。
查看：
·https://www.wendangku.net/doc/268721407.html,/about/our_name.html
信息安全导论课后习题答案
精品文档 Ch01 1.对于信息的功能特征，它的____________在于维持和强化世界的有序性动态性。 2.对于信息的功能特征，它的____________表现为维系社会的生存、促进人类文明的进步和自身的发展。 3.信息技术主要分为感测与识别技术、____________、信息处理与再生技术、信息的施用技术等四大类。 4.信息系统是指基于计算机技术和网络通信技术的系统，是人、____________、数据库、硬件和软件等各种设备、工具的有机集合。 5.在信息安全领域，重点关注的是与____________相关的各个环节。 6.信息化社会发展三要素是物质、能源和____________。 7.信息安全的基本目标应该是保护信息的机密性、____________、可用性、可控性和不可抵赖性。 8.____________指保证信息不被非授权访问，即使非授权用户得到信息也无法知晓信息的内容，因而不能使用。 9.____________指维护信息的一致性，即在信息生成、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为的非授权篡改。 10.____________指授权用户在需要时能不受其他因素的影响，方便地使用所需信息。这一目标是对信息系统的总体可靠性要求。 11.____________指信息在整个生命周期内都可由合法拥有者加以安全的控制。 12.____________指保障用户无法在事后否认曾经对信息进行的生成、签发、接收等行为。 13.PDRR模型，即“信息保障”模型，作为信息安全的目标，是由信息的保护技术、信息使用中的检测技术、信息受影响或攻击时的响应技术和受损后的____________组成的。 14.当前信息安全的整体解决方案是PDRR模型和____________的整合应用。 15.为了避免给信息的所有者造成损失，信息____________往往是有范围（区域上、时间上）和有条件的。 16.信息技术IT简单地说就是3C，即Computer（计算机）、Communication（通信）和____________。 17.数据链路层要负责建立、维持和释放____________的连接。 18.传输层为两个用户进程之间建立、管理和拆除可靠而又有效的____________，常用协议有TCP和UDP。 19.为了实现网络中各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的____________。 20.IP基于____________，信息作为一个“数据包”序列--IP分组进行传递。 21.TCP协议基于面向连接的技术，为数据包提供____________，在发送数据前需要通过三次握手建立TCP连接。 22.TCP的报头中最为重要的部分是源端口号、____________和序列号。 23.每个以太网数据包都有包括源以太网地址、目的以太网地址和一个____________的报头。 24.ARP协议可以通过发送网络广播信息的方式，将____________解释成相对应的物理层地址，即MAC地址。 25.ICMP即____________，用于处理错误消息，以及其他TCP/IP软件自己要处理的消息。 26.僵尸网络是指由黑客通过控制服务器间接并____________的僵尸程序感染计算机群。 27.网络仿冒就是通过____________来诱骗用户提供个人资料、财务账号和口令。 28.DoS破坏了信息的（）。 A.保密性 B.完整性 C.可用性 D.可控性
密码学引论第三版答案【复杂性与密码学引论】
John TalbotDominicWelshComplexity and CryptographyAn Introduction2006，292pp．Paperback USD 50.00ISBN 0-521-61771-5CAMBRIDGEUNIVERSITY PRESS 自古以来，密码加密与分析一直就是军事、外交领域不可少的工具。它在很大程度上是门艺术。1948年到1949年，Shannon建立了信息论基础，同时开创了编码理论和密码学。前者解决信息传输的效率和不失真问题，后者解决信息的保密和安全问题。1976年，公开密钥体制出现是密码学第二次革命。在此之前，密码学称为古典密码学，它与复杂性理论基本上没什么关系。其后的密码学是建立在复杂性理论的基础上，也就是从算法复杂性的观点来研究密码的安全性，称为现代密码学。 本书是现代密码学的一本入门书。 本书共分11章。前4章涉及计算理论的初步．后7章主要讨论密码学。1 密码学基础关键的概念是密码系统，包括五个组系明文、密钥、密文、密钥、明文。前一个密钥用来加密。特别强调经典密码学和现代密码学的不同，也就是后者同复杂性理论的关连；2 复杂性理论。这章是入门的介绍；3 非决定论的计算；4 概率的计算；5 对称加密系统，这些是经典密码学范围；6 单路函数； 7 公共密钥密码学；8 数字签名；9 密钥建制协议1O 安全加密；11 鉴定格式。每章后有练习问题和注记。全书有六个附录1 基本数学背景；2 图论定义；3 代数和数论；4 概率论，介绍书中所需的基本数学内容；5、6两个
附录则对练习及问题做出提示及答案。 密码学是当前一大热门领域，国内外出版了不少这一主题的图书。本书特点严密且通俗简明，它可以做为本科及研究生教材，也适合有一定基础的读者自学和参考。 胡作玄，研究员 (中国科学院系统科学研究所) Hu Zuoxuan，Professor (Institute of Systems Science， the Chinese Academy of Sciences)
信息安全导论课后习题答案
Ch011.对于信息的功能特征，它的____________在于维持和强化世界的有序性动态性。 2.对于信息的功能特征，它的____________表现为维系社会的生存、促进人类文明的进步和自身的发展。 3.信息技术主要分为感测与识别技术、____________、信息处理与再生技术、信息的施用技术等四大类。 4.信息系统是指基于计算机技术和网络通信技术的系统，是人、____________、数据库、硬件和软件等各种设备、工具的有机集合。 5.在信息安全领域，重点关注的是与____________相关的各个环节。 6.信息化社会发展三要素是物质、能源和____________。 7.信息安全的基本目标应该是保护信息的机密性、____________、可用性、可控性和不可抵赖性。 8.____________指保证信息不被非授权访问，即使非授权用户得到信息也无法知晓信息的内容，因而不能使用。 9.____________指维护信息的一致性，即在信息生成、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为的非授权篡改。 10.____________指授权用户在需要时能不受其他因素的影响，方便地使用所需信息。这一目标是对信息系统的总体可靠性要求。 11.____________指信息在整个生命周期内都可由合法拥有者加以安全的控制。 12.____________指保障用户无法在事后否认曾经对信息进行的生成、签发、接收等行为。 13.PDRR模型，即“信息保障”模型，作为信息安全的目标，是由信息的保护技术、信息使用中的检测技术、信息受影响或攻击时的响应技术和受损后的____________组成的。 14.当前信息安全的整体解决方案是PDRR模型和____________的整合应用。 15.为了避免给信息的所有者造成损失，信息____________往往是有范围（区域上、时间上）和有条件的。 16.信息技术IT简单地说就是3C，即Computer（计算机）、Communication（通信）和____________。 17.数据链路层要负责建立、维持和释放____________的连接。 18.传输层为两个用户进程之间建立、管理和拆除可靠而又有效的____________，常用协议有TCP和UDP。 19.为了实现网络中各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的____________。 20.IP基于____________，信息作为一个“数据包”序列--IP分组进行传递。 21.TCP协议基于面向连接的技术，为数据包提供____________，在发送数据前需要通过三次握手建立TCP连接。 22.TCP的报头中最为重要的部分是源端口号、____________和序列号。 23.每个以太网数据包都有包括源以太网地址、目的以太网地址和一个____________的报头。 24.ARP协议可以通过发送网络广播信息的方式，将____________解释成相对应的物理层地址，即MAC地址。 25.ICMP即____________，用于处理错误消息，以及其他TCP/IP软件自己要处理的消息。 26.僵尸网络是指由黑客通过控制服务器间接并____________的僵尸程序感染计算机群。 27.网络仿冒就是通过____________来诱骗用户提供个人资料、财务账号和口令。 28.DoS破坏了信息的（）。 A.保密性 B.完整性 C.可用性 D.可控性 29.用户收到了一封可疑的电子邮件，要求用户提供银行账户及密码，这是属于何种攻击手段？ A.缓冲区溢出 B.钓鱼攻击 C.后门攻击 D.DDoS攻击攻击
应用密码学习题答案
《应用密码学》习题和思考题答案 第4章 密码学数学引论 4－1 编写一个程序找出100~200间的素数。 略 4－2 计算下列数值：7503mod81、(－7503)mod81、81mod7503、(－81)mod7503。 解：7503mod81＝51 (－7503)mod81＝30 81mod7503＝81 (－81)mod7503＝7422 4－3 证明：（1）[]))(m od (m od )(m od )(m od m b a m m b m a ?=? （2）[][])(m od ))(m od ())(m od (m od )(m m c a m b a m c b a ?+?=+? 证明： （1）设(mod )a a m r =，(mod )b b m r =，则a a r jm =+（j 为某一整数），b b r km =+（k 为某一整数）。于是有： [](mod )(mod )mod ()(mod )a b a m b m m r r m ?= ()()() ()() ()() 2()(mod )mod mod mod a b a b a b a b a b m r jm r km m r r r km r jm kjm m r r m ?=++=+++= 于是有：[]))(m od (m od )(m od )(m od m b a m m b m a ?=? （2）设(mod )a a m r =，(mod )b b m r =，(mod )c c m r =，则a a r jm =+（j 为某一整数），b b r km =+（k 为某一整数），c c r im =+（i 为某一整数）。于是有： []()()()()[]()()22()mod (mod ) (mod ) mod mod a b c a b c a b a a a c b c a b a c a b c m r jm r km r im m r jm r km r im m r r r im r km r r r jm kjm r jm ijm m r r r r m ???+=++++????????=++++??=+++++++=+ []()()()()()[]()(mod )()(mod )(mod ) mod mod mod mod a b a c a b a c a b m a c m m r jm r km m r jm r im m m r r r r m ?+?=+++++????=+ 于是有：[][])(m od ))(m od ())(m od (m od )(m m c a m b a m c b a ?+?=+?
量子密码导论
量子密码学导论期末论文 量子密码的简单介绍和发展历程及其前景 0引言 保密通信不仅在军事、社会安全等领域发挥独特作用，而且在当今的经济和日常通信等方面也日渐重要。在众多的保密通信手段中，密码术是最重要的一种技术措施。 经典密码技术根据密钥类型的不同分为两类:一类是对称加密(秘密钥匙加密)体制。该体制中的加解密的密钥相同或可以互推，收发双方之间的密钥分配通常采用协商方式来完成。如密码本、软盘等这样的密钥载体，其中的信息可以被任意复制，原则上不会留下任何印迹，因而密钥在分发和保存过程中合法用户无法判断是否已被窃听。另一类是非对称加密(公开密钥加密)体制。该体制中的加解密的密钥不相同且不可以互推。它可以为事先设有共享密钥的双方提供安全的通信。该体制的安全性是基于求解某一数学难题，随着计算机技术高速发展，数学难题如果一旦被破解，其安全性也是令人忧心的。
上述两类密码体系的立足点都是基于数学的密码理论。对密码的破解时间远远超出密码所保护的信息有效期。其实，很难破解并不等于不能破解，例如，1977年，美国给出一道数学难题，其解密需要将一个129位数分解成一个64位和一个65位素数的乘积，当时的计算机需要用64?10年，到了1994年，只用了8个月就能解出。 经典的密码体制都存在被破解的可能性。然而，在量子理论支配的世界里，除非违反自然规律，否则量子密码很难破解。量子密码是量子力学与信息科学相结合的产物。与经典密码学基于数学理论不同，量子密码学则基于物理学原理，具有非常特殊的随机性，被窃听的同时可以自动改变。这种特性，至少目前还很难找到破译的方法和途径。随着量子信息技术的快速发展，量子密码理论与技术的研究取得了丰富的研究成果。量子密码的安全性是基于Heisenberg 测不准原理、量子不可克隆定理和单光子不可分割性，它遵从物理规律，是无条件安全的。文中旨在简述量子密码的发展历史，并总结量子密码的前沿课题。 1 量子密码学简介 量子密码学是当代密码理论研究的一个新领域，它以量子力学为基础，这一点不同于经典的以数学为基础的密码体制。量子密码依赖于信息载体的具体形式。目前，量子密码中用于承载信息的载体主要有光子、微弱激光脉冲、压缩态光信号、相干态光信号和量子光弧子信号，这些信息载体可通过多个不同的物理量描述。在量子密码中，一般用具有共轭特性的物理量来编码信息。光子的偏振可编码为量子比特。量子比特体现了量子的叠加性，且来自于非正交量子比特信源的量子比特是不可克隆的。通过量子操作可实现对量子比特的密码变换，这种变换就是矢量的线性变换。不过变换后的量子比特必须是非正交的，才可保证安全性。一般来说，不同的变换方式或者对不同量子可设计出不同的密码协议或者算法，关键是所设计方案的安全性。 在量子密码学中，密钥依据一定的物理效应而产生和分发，这不同于经典的加密体制。目前，在经典物理学中，物体的运动轨迹仅山相应的运动方程所描述和决定，不受外界观察者观测的影响。但是在微观的量子世界中，观察量子系统的状态将不可避免地要破坏量子 系统的原有状态，而且这种破坏是不可逆的。信息一旦量子化，量子力学的特性便成为量子信息的物理基础，包括海森堡测不准原理和量子不可克隆定理。量子密钥所涉及的量子效应主要有： 1. 海森堡不确定原理：源于微观粒子的波粒二象性。自由粒子的动量不变，自由粒子同时 又是一个平面波，它存在于整个空间。也就是说自由粒子的动量完全确定，但是它的位置完全不确定. 2. 在量子力学中，任意两个可观测力学量可由厄米算符A B ∧∧来表示，若他们不对易，则不 能有共同的本征态，那么一定满足测不准关系式： 1,2A B A B ? ∧∧∧∧????≥ ||???? 该关系式表明力学量A ∧和B ∧不能同时具有完全确定的值。如果精确测定具中一个量必然无法精确测定以另一个力学量，即测不准原理。也就是说，对任何一个物理量的测量，都
信息安全导论课后习题答案
Ch01 1.对于信息的功能特征，它的____________在于维持和强化世界的有序性动态性。 2.对于信息的功能特征，它的____________表现为维系社会的生存、促进人类文明的进步和自身的发展。 3.信息技术主要分为感测与识别技术、____________、信息处理与再生技术、信息的施用技术等四大类。 4.信息系统是指基于计算机技术和网络通信技术的系统，是人、____________、数据库、硬件和软件等 各种设备、工具的有机集合。 5.在信息安全领域，重点关注的是与____________相关的各个环节。 6.信息化社会发展三要素是物质、能源和____________。 7.信息安全的基本目标应该是保护信息的机密性、____________、可用性、可控性和不可抵赖性。 8.____________指保证信息不被非授权访问，即使非授权用户得到信息也无法知晓信息的内容，因而不 能使用。 9.____________指维护信息的一致性，即在信息生成、传输、存储和使用过程中不应发生人为或非人为 的非授权篡改。 10.____________指授权用户在需要时能不受其他因素的影响，方便地使用所需信息。这一目标是对信息 系统的总体可靠性要求。 11.____________指信息在整个生命周期内都可由合法拥有者加以安全的控制。 12.____________指保障用户无法在事后否认曾经对信息进行的生成、签发、接收等行为。 13.P DRR模型，即“信息保障”模型，作为信息安全的目标，是由信息的保护技术、信息使用中的检测 技术、信息受影响或攻击时的响应技术和受损后的____________组成的。 14.当前信息安全的整体解决方案是PDRR模型和____________的整合应用。 15.为了避免给信息的所有者造成损失，信息____________往往是有范围（区域上、时间上）和有条件的。 16.信息技术IT简单地说就是3C，即Computer（计算机）、Communication（通信）和____________。 17.数据链路层要负责建立、维持和释放____________的连接。 18.传输层为两个用户进程之间建立、管理和拆除可靠而又有效的____________，常用协议有TCP和UDP。 19.为了实现网络中各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的____________。 20.I P基于____________，信息作为一个“数据包”序列--IP分组进行传递。 21.T CP协议基于面向连接的技术，为数据包提供____________，在发送数据前需要通过三次握手建立 TCP连接。 22.T CP的报头中最为重要的部分是源端口号、____________和序列号。 23.每个以太网数据包都有包括源以太网地址、目的以太网地址和一个____________的报头。 24.A RP协议可以通过发送网络广播信息的方式，将____________解释成相对应的物理层地址，即MAC 地址。 25.I CMP即____________，用于处理错误消息，以及其他TCP/IP软件自己要处理的消息。 26.僵尸网络是指由黑客通过控制服务器间接并____________的僵尸程序感染计算机群。 27.网络仿冒就是通过____________来诱骗用户提供个人资料、财务账号和口令。 28.D oS破坏了信息的（）。 A.保密性 B.完整性 C.可用性 D.可控性 29.用户收到了一封可疑的电子邮件，要求用户提供银行账户及密码，这是属于何种攻击手段？ A.缓冲区溢出 B.钓鱼攻击 C.后门攻击 D.DDoS攻击 攻击 30.在网络安全中，中断指攻击者破坏网络系统的资源，使之变成无效的或无用的，这是对（）的 攻击。 A.可用性 B.保密性 C.完整性 D.真实性 31.以下哪种形式不是信息的基本形态？ A.数据 B.文本 C.声音和图像 D.文稿 32.O SI七层模型中，表示层的功能不包括（）。
应用密码学习题答案
《应用密码学》习题和思考题答案 第4 章密码学数学引论 4—1编写一个程序找出100~200 间的素数。 略 4—2计算下列数值：7503mod81、( —7503)mod81、81mod7503、( —81)mod7503。 解：7503mod81= 51 (—7503)mod81 = 30 81mod7503= 81 (—81)mod7503 = 7422 4—3证明：( 1) a(mod m) b(mod m) mod m (a b)(mod m) (2) a (b c) mod m (a b)(mod m) (a c)(mod m) (mod m) 证明：(1 )设a(mod m) r a, b(mod m) r b,则a r a jm ( j 为某一整数),b r b km ( k 为某一整数)。于是有： a(mod m) b(mod m) modm ( r a r b )(mod m) (a b)(mod m) r a jm r b km modm r a r b r a km r b jm kjm2 modm r a r b modm 于是 有： a(mod m) b(mod m) mod m (a b)(mod m) (2)设a(mod m) r a, b(mod m) r b, c(mod m) r c，则a r a jm ( j 为某一整数), b r b km ( k 为 某一整数)，c r c im ( i 为某一整数)。于是有： a (b r a c) modm r a jm r b km r c im (modm) jm r b km r c im (modm) r a r b22 r a im r a km r a r c r b jm kjm r c jm ijm mod m r a r b r a r c mod m (a b )(mod m) (a c)(mod m) (mod m) r a jm r b km modm r a jm r c im modm modm r a r b r a r c modm 于是有：a (b c) mod m (a b)(mod m) (a c)(mod m) (mod m) 4－4 编写一个程序，用扩展的欧几里德算法求gcd(4655,12075) 和550－1mod1723。略。
010A3350现代密码学
《现代密码学》教学大纲 课程英文名称：Modern Cryptology 课程编号：010A3350 学时：54 学分：3.0 一、课程教学对象 本课程教学对象为五邑大学数学与计算科学学院信息与计算科学专业和数学与应用数学专业的本科学生。 二、课程性质、目的和任务 课程性质：现代密码学是五邑大学数学与计算科学学院信息与计算科学专业和数学与应用数学专业本科学生选修的专业模块课程。信息化是当今世界经济与社会发展的大趋势，其安全性也成为人们日益关切问题。密码学技术为现代电子商务、网络安全等的必备工具。 目的和任务：本课程旨在介绍流密码学、分组密码学、公钥密码学、数字签名、消息认证和密码协议等，使学生对密码学有一个清晰完整的认识。在本课程的学习过程中，学生要掌握一定的相关的理论基础知识；同时通过阅读参考文献，了解密码学的新发展、新动态，加强知识的深度和广度。通过本课程的学习，学生要了解现代密码学的基本概念，建立信息安全的模型；掌握单钥、公钥密码体制，密钥管理，消息认证和杂凑算法，数字签名和密码协议等密码学的主要内容。 三、对先修课的要求 学生在学习本课之前，应先修课程：数学分析、高等代数、离散数学、概率论与数理统计、初等数论。 四、课程的主要内容、基本要求和学时分配建议（总学时数: 54） 本课程授课计划54学时，其中理论部分44学时，实验10学时。理论部分（44学时）基本要求和安排如 下： 第1章现代密码学概论（5学时） 1.1 信息安全面临的威胁1.2 信息安全的模型 1.3 密码学基本概念 1.4 几种古典密码（C）（C）（A）（A） 第2章流密码（9学时） 2.1 流密码的基本概念 2.2 线性反馈移位寄存器 2.3 线性移位寄存器的一元多项式表示2.4 m序列的伪随机性 2.5 m序列密码的破译 2.6 非线性序列（A）（A）（A）（C）（B）（C） 第3章分组密码体制（4学时） 3.1 分组密码概述 3.2 数据加密标准 3.3 差分密码分析与线性密码分析（A）（C）（C）
《密码学引论》第二版重点 武汉大学
一、信息系统安全包括四个侧面：设备安全，数据安全，内容安全，行为安全。 设备安全：是指确保信息设备的稳定性、可靠性和可用性，这里的设备包括软件和硬件。 数据安全：包括数据的秘密性、数据的真实性和数据的完整性3个侧面。 行为安全：包括行为秘密性、行为完整性和行为可控性3个侧面。 二、密码技术的基本思想是伪装信息，伪装就是对数据施加一种可逆的数学变换。 三、密码体制，由5部分组成： ①明文空间M，它是全体明文的集合。 ②密文空间C，它是全体密文的集合。 ③密钥空间K，它是全体密钥的集合。其中一个密钥K均由加密密钥K e和解密密钥K d组成，即K=
《密码学》课程教学大纲
《密码学》课程教学大纲 Cryprtography 课程代码：课程性质：专业方向理论课/必修 适用专业：开课学期：5 总学时数：56总学分数：3.5 编写年月：2006年6月修订年月：2007年7月 执笔：李锋 一、课程的性质和目的 本课程是信息与计算科学专业信息安全方向的主要专业方向课。其主要目的研究实现是让学生学习和了解密码学的一些基本概念，理解和掌握一些常用密码算法的加密和解密原理，认证理论的概念以及几种常见数字签名算法和安全性分析。本课程涉及分组加密、流加密、公钥加密、数字签名、哈希函数、密钥建立与管理、身份识别、认证理论与技术、PKI技术等内容。要求学生掌握密码学的基本概念、基本原理和基本方法。在牢固掌握密码学基本理论的基础上，初步具备使用C或C++语言编写基本密码算法（SHA-1、DES、A ES、RC5等）的能力，要求学生通过学习该课程初步掌握密码学的理论和实现技术，使当代大学生适应社会信息化的要求，能利用密码技术服务于社会。 二、课程教学内容及学时分配 第1章密码学概论(2学时) 要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1.信息安全的基本概念，2. 密码学的基本概念，3.与密码学有关的难解数学问题。 要求一般理解与掌握的内容有：信息安全的基本内容、密码体制分类、密码学的发展历史。 重点：密码体制的分类。 难点：密码体制的攻击类型理解。 第2章古典密码体制（2学时） 本章主要了解1949年之前的古典密码体制，掌握不同类型的加密方式，并了解和认识无条件安全及古典密码的破译。 本章知识点：代换密码（分类和举例）、置换密码（列置换密码、周期置换密码）、古典密码的破译、无条件安全的一次一密体制。 要求学生能够使用C、C++编写Caesar 密码算法，练习最基本或最简单的加密模式。为进一步加强对加密算法的理解，课堂上演示实现的Caesar密码。 第3章现代分组密码（10学时） 要求掌握分组密码概述，主要使用的结构及模式，详细学习DES、IDEA、RC5、AES算法的流程，特别是如何实现这些算法，并了解每个算法的安全性及其效率。 本章知识点：分组密码概述、Feistel结构、分组密码的使用模式、数据加密标准DES、数
《密码学》课程大纲
《密码学》课程大纲 执笔张焕国 1、课程代码： 2、课程名称：《密码学》 英文名称：Cryptology 3、授课对象：信息安全专业本科学生 4、学分：3 5、课程类型：必修课程 6、课程负责人：张焕国，杜瑞颖，唐明，王张宜，王后珍 6、先修课程：《信息安全导论》，《信息安全数学基础》，《程序设计》 7、实践课程：《密码学课程设计》 8、考试方式：平时考查与期末考试相结合 9、授课时数：54学时 10、学习目的：密码学由密码编制学和密码分析学组成。密码编制学研究编制高质量密码的理论与技术，密码分析学研究分析和破译密码的理论和技术。这两者相辅相成，共同组成密码学。密码学是信息安全学科的重要组成部分，密码技术是信息安全领域的关键技术。密码学的知识和实践能力是《信息安全专业指导性专业规范》中规定的必修内容。因此，《密码学》在信息安全专业中是必修课程。通过《密码学课程》的教学，使学生掌握密码学的基本知识、基本理论和基本技术。通过配套的实验课程《密码学课程设计》的教学，使学生掌握密码学的基本实践能力。这样，通过《密码学课程》和《密码学课程设计》的教学，为学生今后的工作和进一步学习，奠定密码学的理论和实践基础。
11、课程内容： 1. 密码学的概念 ?密码学的概念 ?密码体制 ?古典密码 ?密码安全性 2. 分组密码 ?分组密码的概念 ?DES ?AES ?中国商用密码SMS4 ?分组密码工作模式 3. 流密码 ?流密码的概念 ?线性移位寄存器序列 ?非线性序列 ?伪随机序列评价 ?典型流密码，如祖冲之密码或RC4密码 4. Hash 函数 ?Hash 函数的概念 ?SHA 系列Hash 函数 ?中国商用密码Hash 函数SM3 ?HMAC
魏泽钦20175095密码学实验报告
密码学基础实验 一、实验教学目标与基本要求 密码学基础实验是本课程重要的实践教学环节。实验的目的不仅仅是验证理论知识，更重要的是通过实验加强学生的实验手段与实践技能，培养学生分析问题、解决问题、应用知识的能力和创新精神，全面提高学生的综合素质。 通过本实验简要了解密码学以及现代密码算法的基本知识，学会常用文件加密的实现、了解系统加密解密技术，具体掌握几种加解密方法。实验后完成要求撰写实验报告，报告内容包括题目、测试数据、运行结果、遇到的问题和解决方法、关键代码或程序清单，学生可以在实验报告中提出对实验的建议和意见。 二、实验项目及教学安排 三、实验成绩考核办法 实验成绩满分100分，按下面7条进行考核评定。 （1）做好实验内容的预习，写出预习报告；占10%。 （2）了解实验题目的调试方法；占10%。 （3）按实验要求预先设计好程序；占10%。 （4）认真记录实验数据并分析实验结果；占10%。 （5）实验后按要求书写实验报告，记录实验用数据及运行结果；占30%。 （6）创新能力强，在实验中设计的程序有一定的通用性，算法优化；
20%。 （7）实验过程中，具有严谨的学习态度，认真、踏实、一丝不苟的科学作风；10% 四、实验教材及参考书 1.Richard J.Spillman：《CLASSICAL AND CONTEMPORARY CRYPTOLOGY》，清华大学出版社，2005-7. 2. William Stallings. Cryptography and Network Security: Principles and Practice. 7th ed. Prentice Hall, 2016. 3. Ling Dong, Kefei Chen. Cryptographic protocol. Security analysis based on trusted freshness. 高等教育出版社，2011-10. 4. 汤永利.《应用密码学》，电子工业出版社，2017-1. 5. 张焕国, 刘玉珍.《密码学引论：第三版》，武汉大学出版社，2015-11. 五、实验内容与报告的要求 实验1、2的内容要求（提示性的）与封面见附录一（打印时将“附录一”3个字去掉）。 实验3的内容要求（提示性的）与封面见附录二（打印时将“附录二”3个字去掉）。 严禁互相抄袭！ 一经发现抄袭者与被抄袭者全无成绩！ 五、时间与场地 第7-8周周三9-12节,信息学馆B405，软信1801-03班
重庆大学信息安全导论(密码学)总复习
◎密码系统的安全性不在于算法的保密，而在于当对手获知了算法和密文后分析出密钥或明文的难度。 ◎Vernam密码的缺点（P45） ◎雪崩效应（P54） 在密码学中，雪崩效应是指加密算法的一个理想的属性，通常分组密码和加密散列函数。 雪崩效应是显而易见的，如果当一个输入稍微改变（例如，变换一个位），则输出显著变化（例如，一半的输出位变换） 在质量块密码的情况下，这样一个在关键或明文密文应该引起剧烈变化小的变化； ◎混淆：使得密钥和密文之间的关系尽可能的复杂; 扩散：明文统计中的冗余度在密文统计中消散;（P48） ◎分组密码与流密码的不同之处在于输出的每一位数字不是只与相应时刻输入的明文数字有关，而是与一组长为m的明文数字 在分组密码中，大小为m（m> 1）的一组明文符号被一起加密，产生一组相同大小的密文。即使密钥由多个值组成，单个密钥也用于加密整个块。 在流密码中，明文数字一次一个地被加密，并且连续数字的变换在加密期间变化。 ◎无条件安全、计算安全（P23~P24） 可证明安全：破译密码的难度与数学上某个困难问题的难度相同。 实际安全：包括可证明安全和计算安全 ◎P-BOX（P46） ◎乘积密码：
◎DES加密：Initial：初始置换
在扩展置换之后，DES对扩展的右部分和轮回密钥使用XOR运算。注意，扩展的右部分和轮密钥都是48位长度。还要注意，该轮密钥仅在该轮操作中使用。 S-box做真正的混合（混淆）。DES 使用 8个S-boxes，每个都有6位输入和4位输出。 ◎64位（包括8位奇偶校验位）DES密钥->每轮轮密钥的转换过程：（64位->56位过程，是舍弃了8位奇偶校验位）
《应用密码学》胡向东版习题和思考题答案
第1章绪论 1－1为什么会有信息安全问题的出现？ 答题要点： （1）当今知识经济社会，信息资源是重要的资源形式，大到一个国家、小至某一个人，拥有的信息资源越多、越早获取到信息资源，就在整个国家安全、经济与社会竞争中处于更有利的地位； （2）网络自身的安全缺陷难以堵住安全漏洞； （3）网络的开放性特征为攻击者提供了方便之门； （4）人为因素，包括人的无意失误、黑客攻击、管理不善等。 1－2简述密码学与信息安全的关系。 答题要点： 密码技术是实现网络信息安全的核心技术，是保护数据最重要的工具之一。通过加密变换，将可读的文件变换成不可理解的乱码，从而起到保护信息和数据的作用。它直接支持机密性、完整性和非否认性。 密码学尽管在网络信息安全中具有举足轻重的作用，但密码学绝不是确保网络信息安全的唯一工具，它也不能解决所有的安全问题。密码编码与密码分析是一对矛和盾的关系。 1－5安全机制是什么？主要的安全机制有哪些？ 答题要点： 所谓安全机制，是指用来保护系统免受侦听、阻止安全攻击及恢复系统的机制。OSI安全框架－X.800方案的安全机制可分为两类：特定的安全机制和通用的安全机制。 主要的安全机制（略）。 1－6什么是安全服务？主要的安全服务有哪些？ 答题要点： 安全服务就是加强数据处理系统和信息传输的安全性的一类服务，其目的在于利用一种或多种安全机制阻止安全攻击。 主要的安全服务包括：机密性（消息内容析出，通信量分析）、完整性、鉴别、非否认性、访问控制、可用性。 1－8什么是主动攻击和被动攻击，各有何特点？ 答题要点： 主动攻击是指攻击者对连接中通过的PDU进行各种处理，这些攻击涉及某些数据流的篡改或一个虚假流的产生。主动攻击包括四类：中断、篡改、伪造和重放。主动攻击表现出与被动攻击相反的特点。完全防止主动攻击是相当困难的，可采取适当措施（如加密技术和鉴别技术相结合）加以检测。 被动攻击的攻击者只是观察通过一个连接的协议数据单元PDU，以便了解所交换的数据，并不干扰信息流。如搭线窃听、对文件或程序的非法复制等，以获取他人的信息。被动攻击本质上是在传输中的偷听或监视，其目的是从传输中获得信息。典型的被动攻击形式就是截获，包括析出消息内容和通信量分析。对于被动攻击，通常是难以检测的，因为它们并不会导致数据有任何变化，对付被动攻击的重点是防止而不是检测，可以采用各种数据加密技术进行数据保护。 第2章密码学基础 2－2 密码学的五元组是什么？它们分别有什么含义？ 答：密码学的五元组是指：｛明文、密文、密钥、加密算法、解密算法｝。