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出版者:电子

作者:杜德昌

出品人:

页数:228

译者:

出版时间:2003-3-1

价格:18.50元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505385962

丛书系列:

图书标签:

• 数字电路
• 电路分析
• 逻辑设计
• 计算机组成原理
• 电子技术
• 嵌入式系统
• FPGA
• VHDL
• Verilog
• 数字系统设计

现代密码学基础与应用 内容提要： 本书深入探讨了现代密码学的核心理论、基本原理及其在信息安全领域的广泛应用。全书以严谨的数学基础为支撑，系统介绍了对称密码体制、非对称密码体制（公钥密码）、数字签名、哈希函数以及更前沿的后量子密码学和椭圆曲线密码学。内容覆盖了从经典密码学的局限性到现代密码学设计的关键技术，旨在为读者提供一个全面、深入且实用的密码学知识体系。 第一部分：密码学基石与数学基础 本部分首先为读者打下坚实的数学基础，这是理解现代密码学算法的先决条件。我们从数论的基础概念入手，重点讲解了模运算、欧几里得算法、扩展欧几里得算法以及有限域（Galois Field）上的运算规则，特别是GF(2^n)上的多项式运算。接着，深入探讨了群论、环论和域论在密码学中的重要性，特别是循环群的性质和离散对数问题的困难性。 随后，引入信息论中的熵、信息量和随机性概念，解释了安全系统中对伪随机数生成器（PRNG）和真随机数生成器（TRNG）的要求。密码学安全性的数学定义，如计算安全、不可区分性、语义安全等，将被清晰界定，为后续算法的安全性分析提供标准。 第二部分：对称密码体制：效率与安全 本部分聚焦于对称密钥算法，这些算法以极高的效率著称，是数据加密的主流选择。 首先，系统回顾了经典密码学的缺陷（如凯撒密码、维吉尼亚密码），引出现代分组密码设计的核心思想——混淆（Confusion）和扩散（Diffusion）。 DES/3DES分析： 详细剖析了数据加密标准（DES）的结构，包括其S盒（S-box）的设计原理、Feistel网络的工作方式。随后，分析了DES在面对现代计算能力的挑战时，3DES如何通过多次迭代来增强安全性，并讨论了3DES在性能上的瓶颈。 AES（高级加密标准）： 详细阐述了取代DES成为国际标准的AES算法。重点解析了基于Rijndael结构的AES轮函数，包括字节替代（SubBytes，基于S盒的非线性变换）、行移位（ShiftRows）、列混淆（MixColumns，基于线性代数矩阵变换）以及轮密钥加（AddRoundKey）。我们将对比不同密钥长度（128/192/256位）下的轮数设置及其安全裕度。 流密码： 区别于分组密码，流密码按位或按字节生成密钥流与明文异或。本章详细介绍RC4的结构及其在实际应用中的安全争议，并深入探讨了更安全的同步流密码和自同步流密码的设计，例如使用线性反馈移位寄存器（LFSR）的高级生成器及其线性复杂度的分析。 第三部分：非对称密码体制：公钥基础设施的核心 非对称密码学是现代网络安全通信的基石，它解决了密钥分发和身份认证的难题。 RSA算法： 详细推导了基于大整数因子分解困难性假设的RSA算法。从欧拉定理、费马小定理出发，讲解了密钥对的生成（选择大素数、欧拉函数计算）、加密和解密过程。重点分析了RSA的安全漏洞，如小指数攻击、广播攻击，以及如何通过填充方案（如OAEP）来保证其语义安全性。 Diffie-Hellman密钥交换： 详细解释了这一革命性的密钥协商协议如何基于离散对数问题（DLP）的困难性实现双方在不安全信道上建立共享密钥。同时，分析了DHE（Diffie-Hellman Ephemeral）相对于静态DH的优势，以及Man-in-the-Middle (MITM)攻击对未认证DH的威胁。 椭圆曲线密码学（ECC）： 作为性能更优越的非对称技术，ECC是当前移动设备和TLS协议的首选。本章将用几何语言解释椭圆曲线群的定义，及其上的点加法运算。重点介绍基于椭圆曲线离散对数问题（ECDLP）的算法，包括椭圆曲线密钥交换（ECDH）和椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）。我们将对比ECC与RSA在相同安全强度下的密钥长度差异。 第四部分：完整性保护与身份认证 本部分关注如何确保数据的完整性、真实性和不可否认性。 哈希函数： 介绍密码学哈希函数的基本特性：抗原像攻击（原像不可逆）、抗第二原像攻击和抗碰撞性。详细分析MD5和SHA-1的结构和已知漏洞，重点讲解SHA-2族（SHA-256/512）的设计原理，并引入最新的SHA-3（Keccak算法）的结构及其与SHA-2的根本区别。 消息认证码（MAC）： 解释MAC如何结合密钥来提供消息的完整性校验。深入分析基于Hash的消息认证码（HMAC）的结构，它是目前应用最广泛的MAC方案，并解释其安全性如何依赖于底层哈希函数的强健性。 数字签名： 阐述数字签名的作用及其与MAC的区别（不可否认性）。详述DSA（数字签名算法）和ECDSA的生成、验证过程，以及如何结合PKCS1标准实现安全的签名应用。 第五部分：高级主题与前沿发展 本章将拓展读者的视野，介绍密码学在现代网络环境中的高级应用和未来挑战。 公钥基础设施（PKI）与证书： 详细解释X.509证书的结构、信任链的概念以及证书颁发机构（CA）的作用。阐述TLS/SSL协议中如何利用这些机制实现安全的握手过程和身份验证。 零知识证明（ZKP）： 介绍如何证明某人拥有某个秘密信息，而无需泄露该信息本身的概念。简要介绍经典的Fiat-Shamir协议，并讨论现代的zk-SNARKs和zk-STARKs在区块链和隐私计算中的潜力。 后量子密码学（PQC）： 鉴于Shor算法对现有公钥系统的威胁，本部分聚焦于抗量子计算机攻击的密码学方案。重点介绍基于格（Lattice-based）的密码学，如Kyber（密钥封装机制）和Dilithium（数字签名），以及基于编码和基于哈希的方案，分析它们在计算复杂性和密钥规模上的权衡。 适用对象： 本书适合计算机科学、电子工程、通信工程等专业的本科高年级学生和研究生，对信息安全、网络攻防有浓厚兴趣的工程师、研究人员，以及希望系统性掌握现代密码学理论与实践的专业人士。阅读本书需要具备一定的离散数学和代数基础。

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说实话，我本来对手册类的书籍都有点敬而远之，总觉得内容会过于干燥和晦涩，但《数字电路》这本书在内容编排上的精妙之处，完全颠覆了我的刻板印象。它在深入讲解核心理论的同时，非常注重实验和实践的结合。书中给出的那些例题和配套的仿真建议，简直是神来之笔。我不是那种喜欢纸上谈兵的人，我需要看到理论如何在实际操作中生效。书里有一章专门讲了如何用基础逻辑门搭建一个四位加法器，里面的步骤描述得细致入微，甚至连元器件的选型和焊接注意事项都有提及。我照着书上的步骤，在面包板上成功点亮了那个加法器，看到结果正确显示出来的那一刻，成就感是无与伦比的。这种“做中学”的教学方法，使得那些原本枯燥的公式和定理立刻鲜活了起来，它们不再是抽象的符号，而是可以触摸、可以验证的物理现实。作者对实践环节的重视程度，远超我阅读过的其他同类书籍，这一点，对于想从理论走向工程应用的人来说，是巨大的价值体现。

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我是一个追求深度和广度并重的人，很多基础教材往往只停留在表面，或者反过来，为了追求深度而牺牲了对周边知识的涵盖。然而，《数字电路》在这方面找到了一个完美的平衡点。它不仅扎实地讲解了基础的组合逻辑和时序逻辑，还巧妙地穿插了现代数字系统设计中的一些前沿概念。比如，在讲完有限状态机之后，它立刻引入了Verilog HDL（硬件描述语言）的初步概念，展示了如何用代码来描述和综合这些逻辑电路，这对我来说是非常及时的补充。这种“理论紧接实践，基础连接前沿”的结构，让这本书的生命周期被大大延长了。它不只是一本针对考试的工具书，更是一本可以伴随职业生涯初期成长的参考手册。我感觉我读的不是一个静态的知识集合，而是一个动态发展的学科缩影，作者似乎非常清楚这个领域未来会走向何方。

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这本《数字电路》的书简直是为我这种对电子学知之甚少，但又对计算机底层逻辑充满好奇的新手量身定做的。我以前总觉得电路图和那些二进制、十六进制的符号是天书，一看到就头疼。但是这本书的叙述方式，就像一位耐心十足的老师，把最抽象的概念，比如逻辑门、布尔代数，都用非常生活化的例子给掰开了揉碎了。我记得书里讲到“与门”和“或门”的时候，它居然联想到了日常生活中开关灯的场景，一下子就让我明白了它们的作用，而不是死记硬背那些真值表。最让我惊喜的是，它并没有一开始就抛出复杂的组合逻辑电路或时序逻辑电路，而是循序渐进地构建知识体系。每一章的开头都有一个“为什么学这个”的引子，让你清楚地知道学习这些理论知识在实际工程中能解决什么样的问题。对于像我这样追求知其所以然的学习者来说，这种结构设计极大地提高了我的学习兴趣和持续性。它不是那种冷冰冰的教科书，更像是一本深入浅出的入门指南，让我第一次对“数字世界”的基石有了清晰的认识。那种豁然开朗的感觉，真的太棒了。

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坦白说，我购买过好几本关于电子学基础的书，很多都因为语言过于学术化而束之高阁。但这本《数字电路》的作者显然非常懂得如何与读者进行有效的“对话”。它的行文风格中带着一种温和的、鼓励探索的语气，完全没有那种高高在上的说教感。特别是在处理一些容易混淆的概念时，比如静稳态与动态的差异，或者竞争冒险（Race Around）现象，作者会用非常形象的比喻来解释其产生的根源和实际影响，甚至会幽默地指出初学者最容易犯的思维定势。这种贴近读者的写作方式，让我感觉自己不是在啃一本教材，而是在听一位经验丰富的工程师分享他的心路历程和踩过的“坑”。这种人情味十足的讲解，使得学习过程变得轻松愉悦，也让知识点的记忆更加牢固，因为它们是带着情感和故事被吸收进去的。

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这本书的排版和图示设计，简直是艺术品级别的。对于涉及大量逻辑图和时序图的学科来说，清晰度至关重要，而这本书在这方面做到了极致。我拿到书时，第一个印象就是“干净”。大量的电路图、波形图和状态图，线条流畅，布局合理，关键节点都用不同的颜色做了强调，使得复杂的逻辑关系一目了然。比如，在解析一个锁存器或触发器的工作原理时，光靠文字描述是极其困难的，但这本书配上的详细的时序波形图，配合箭头和状态标记，简直是‘一图胜千言’的典范。我甚至发现，有些图的层次感非常强，你可以在第一眼看到整体结构，然后通过细节的标注逐步深入到单个晶体管级别的行为描述。这种视觉引导能力，极大地降低了阅读理解的认知负荷，让我能够更专注于理解逻辑流本身，而不是纠结于如何辨认那些密密麻麻的连线和符号。

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