密码学第18讲作业.docx

在密码学中，MAC（消息认证码）是确保数据完整性和来源真实性的重要工具。它是一种使用密钥生成的固定长度数值，通过对消息应用特定的公开函数来产生，也被称为密码校验和。MAC的设计目的是为了防止数据篡改、伪装和重放攻击，保证信息在传输或存储过程中的安全性。 常见的对手攻击方式针对MAC有以下几种： 1. 密钥穷举攻击：攻击者尝试所有可能的密钥来伪造MAC。 2. 惟密文攻击：攻击者仅能获取到加密后的消息和MAC，试图从中推断出原始消息或密钥。 3. 中间人攻击：攻击者在消息传输过程中截获并篡改消息，然后再计算新的MAC，企图欺骗接收方。 MAC的设计要求包括： 1. 完全性：无法找到两个不同的消息对应相同的MAC。 2. 密钥安全性：只有知道密钥的双方才能计算和验证MAC。 3. 抗适应性：即使攻击者知道一部分消息和对应的MAC，也无法推算出其他部分的消息MAC。 4. 抗碰撞性：避免不同的消息产生相同的MAC。 构造MAC的方法主要有： 1. 基于块密码的MAC，如CBC-MAC。CBC-MAC利用了CBC（Cipher Block Chaining）模式，初始向量设置为零向量，将消息分块加密，并通过最后的密文块作为MAC值。这种方法能够抵抗选择明文攻击。 2. 基于哈希函数的MAC，如HMAC（Hash-based Message Authentication Code）。HMAC的设计目标是为了结合哈希函数和密钥，提供更强的安全性。它通过两次应用哈希函数，中间插入密钥操作，增强了抗攻击能力。 HMAC算法思想主要包括： 1. 将密钥和消息一起通过哈希函数运算，得到一个中间结果。 2. 将中间结果与密钥再次混合，通过哈希函数运算，生成最终的MAC值。这样，即使攻击者知道消息和中间结果，也无法轻易伪造MAC。 SM3算法是国产的密码哈希函数，具有以下特点： 1. 安全性：设计上考虑了抗已知攻击，如碰撞攻击和预映射攻击。 2. 效率：适合于硬件和软件实现，计算速度快。 3. 独立性：不依赖于国外的加密算法，符合国家信息安全战略。 关于MAC的基本使用方式，通常有三种： 1. 前向安全：MAC附加在消息前面，用于验证消息的完整性。 2. 后向安全：MAC附加在消息后面，防止篡改尾部信息。 3. 分段安全：MAC分别附加在消息的各个分段上，确保每个部分的完整性和顺序正确。 编码实现CBC-MAC时，需要按照以下步骤进行： 1. 初始化加密器，设置初始向量为零向量。 2. 分割消息为固定大小的块。 3. 对每个块进行CBC加密，将前一块的密文与当前块异或后输入加密器。 4. 最后一块加密后的密文即为MAC。 在线投标和清理垃圾邮件的应用场景可以利用基于哈希函数的MAC或HMAC来实现安全的认证和完整性保护。在在线投标中，可以为每个投标生成一个MAC，确保投标的不可篡改；在清理垃圾邮件中，可以为每封邮件计算MAC，通过验证MAC来判断邮件是否来自可信源，防止钓鱼邮件或恶意软件。