课程基本信息
课程编号：B3I392110
课程中文名称：密码学
课程英文名称：Cryptography
开课学期：春季
学分/学时：3/48(理论学时)
先修课程：信息安全数学基础，数据结构与程序设计（信息类）
建议后续课程：信息网络安全，计算机网络
适用专业/开课对象：信息安全、信息对抗技术专业，二年级本科生
任课教师：刘建伟、伍前红、高莹、郭华、张宗洋、姚燕青
团队负责人：刘建伟 核准院长：刘建伟
课程教学大纲正文
一、课程的性质、目的和任务
密码学是信息安全/信息对抗技术专业的一门专业基础必修课。该课程主要讲授密码学的基本理论、基本技术和应用技术，是一门理论性和应用性较强的课程。
本课程通过理论教学，学习密码学的基本原理、国内外典型密码算法和密码的应用技术，培养学生：具有对密码学的基本原理深刻理解和分析的能力，以及对复杂密码算法理解、分析和设计的能力；具备拓展密码学知识，解决相应的信息安全实际问题的能力。具体教学目标可分解为以下四点：
（1）了解密码学的发展历史、现代密码学的最新进展，以及信息安全的一般概念，树立正确的密码学史观和设计思想；
（2）掌握常用密码算法的基本原理、设计思想、设计方法，注重抽象思维与程序思维的培养，具有基本的密码学算法设计能力；
（3）具有对基本的密码学算法进行安全性分析与证明的能力；
（4）具有获取运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。
课程目标对毕业要求的支撑关系
| 毕业要求1：工程知识 能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂计算机工程问题。 |
课程目标2 |
| 毕业要求2：问题分析 能够应用数学、自然科学基本原理，并通过文献研究，识别、表达、分析复杂计算机工程问题，以获得有效结论。 |
课程目标3 |
| 毕业要求3：设计/开发解决方案 能够设计针对复杂计算机工程问题的解决方案，设计满足特定需求的计算机系统，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑法律、健康、安全、文化、社会以及环境等因素。 |
课程目标2 |
| 毕业要求4：研究 能够基于科学原理并采用科学方法对复杂计算机工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。 |
课程目标2,3 |
| 毕业要求5：使用现代工具 能够在计算机工程实践中开发、选择与使用合理有效的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，并了解其局限性。 |
课程目标1,3,4 |
| 毕业要求6：工程与社会 具有追求创新的态度和意识，掌握基本的创新方法，以及综合运用理论和技术手段设计复杂计算机系统与过程的能力；设计过程中能够综合考虑社会、经济、文化、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素。 |
课程目标1 |
二、课程内容、基本要求及学时分配
本课程的研究对象为密码算法，主要包括密码算法的设计原理、设计思想、设计方法，常见算法的分析与是实现等问题。
| 序号 |
教学内容 |
基本要求及重点和难点 |
学时 |
教学方式 |
对应的教学目标 |
支持毕业要求指标点 |
| 1 |
绪论 密码学和信息安全的关系；密码学的历史和分类；密码学的基本概念；本门课程的组织和安排。 |
了解密码学和信息安全的关系；了解密码学的历史和分类；理解密码学的基本概念。重点是理解密码学研究的基本问题和密码学的基本概念。 |
4 |
课堂讲授+课后作业 |
1 |
5、6 |
| 2 |
古典密码学 语言的统计规律；单表代替密码；单表代替密码的分析；多表代替密码；多表代替密码的分析。 |
了解语言的统计规律；理解单表代替密码及对单表代替密码的分析；理解多表代替密码；了解对多表代替密码的分析。重点是单表代替密码和多表代替密码的原理；难点是对单表代替密码的分析。 |
6 |
课堂讲授+课后自学+课后作业 |
2、3、4 |
1、2、3、4、5 |
| 3 |
对称密码学 分组密码的原理；数据加密标准DES算法；高级加密标准AES算法；序列密码及RC4算法；分组密码算法的运行模式；典型的分组密码的分析方法。 |
理解分组密钥的原理；掌握数据加密标准DES，高级加密标准AES；了解分许密码的运行模式，了解典型的分组密码的分析方法。重点是典型的分组密码算法DES和AES，序列密码算法RC4； 难点是分组密码的设计思路及典型的分组密码的分析方法。 |
12 |
课堂讲授+课后自学+课后作业+课后大作业 |
2、3、4 |
1、2、3、4、5 |
| 4 |
公钥密码学 公钥密码体制的原理；公钥密码体制的基本概念；RSA算法及攻击方法；ElGamal算法；Rabin算法，背包密码体制；椭圆曲线密码体制；基于身份的密码体制简介 |
了解公钥密码体制相比对称密码体制的优势和劣势；理解公钥密码体制的原理及基本概念；掌握常见的公钥密码算法RSA、ElGamal，Rabin；掌握椭圆曲线密码体制，了解背包密码体制，了解基于身份的密码体制。重点是公钥密码体制的思想及常见的公钥密码算法RSA、ElGamal，难点是对RSA的攻击及椭圆曲线密码体制。 |
10 |
课堂讲授+课后作业 |
2、3、4 |
1、2、3、4、5 |
| 5 |
数据完整性检测算法 Hash函数的定义及安全需求；MD5算法及SHA-256算法；对Hash函数的攻击；消息认证码的定义及安全需求；HMAC算法及安全性分析；数字签名的基本概念及安全定义；常见的数字签名算法。 |
理解Hash函数的定义及安全需求，掌握MD5算法，理解SHA-256算法，理解对Hash函数的两类攻击，理解消息认证码的定义及安全需求，掌握HMAC算法，了解对HMAC的安全性分析；理解数字签名的安全定义，掌握常见的数字签名算法。重点是Hash函数、消息认证码及数字签名的概念，MD5算法、HMAC算法，常见的数字签名算法；难点是对Hash的攻击。 |
10 |
课堂讲授+课后作业 |
2、3、4 |
1、2、3、4、5 |
| 6 |
密钥管理 密钥管理简介；密钥分配；密钥协商；公钥基础设施PKI。 |
了解密钥管理的各个环节及基本概念，掌握典型的密钥分发和密码协商协议，理解公钥基础设施；重点是密钥管理的流程和环节，密钥分配协议和密钥协商；难点是密钥分配协议和密钥协商协议的设计与分析思路。 |
6 |
课堂讲授+课后作业 |
2、3、4 |
3、5 |
三、教学方法
在教学过程中，体现“学生主体、教师主导”的教学思想，提倡启发式、讨论式、研究式教学，突出对学生抽象思维、主动实践意识以及自主创新能力的培养。
课程教学分课内教学与课外学习。课内教学包括课堂讲授、讨论课、习题课等；课外学习包括课外作业、小论文、大作业等环节。
四、课内外教学环节及基本要求
课堂授课（48学时，周平均学时数3）
课堂教学中采用启发式和互动式教学方法，注重密码学算法与实际应用场景的有机结合；注重课件、视频资料、板书和教师讲解的有机结合。
五、考核方式及成绩评定
本课程以期末闭卷考试、课堂讨论及平时成绩相结合。
平时成绩占20分。包含：考勤、平时作业、大作业、小论文等。
课堂讨论占20分。
期末闭卷成绩占60分。
六、教材和参考资料
[1]William Stallings著，王张宜 杨敏等译。密码编码学与网络安全——原理与实践（第五版）。北京：电子工业出版社。
[2]DouglasR Stinson著，冯登国译。密码学原理与实践(第三版)。北京：电子工业出版社。
[3]Menezes著，胡磊译。应用密码学手册。北京：电子工业出版社。
[4]Bruce Schneier著，吴世忠等译。应用密码学。北京：机械工业出版社。
[5]冯登国，裴定一著。密码学导引。北京：科学教育出版社
[6]张焕国，王张宜著。密码学引论（第二版）。武汉：武汉大学出版社。
