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出版者:科学

作者:史林

出品人:

页数:440

译者:

出版时间:2007-9

价格:46.00元

装帧:

isbn号码:9787030201089

丛书系列:

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现代密码学原理与应用 作者： 约翰·史密斯（John Smith） 出版社： 科技前沿出版社 装帧： 精装 页数： 850页 定价： 198.00元 --- 内容简介 《现代密码学原理与应用》是一本全面、深入且极具前瞻性的专业著作，旨在为读者提供坚实的现代密码学理论基础，并系统阐述其在信息安全、数据保护和分布式系统中的实际部署与应用。本书的编写严格遵循学术严谨性与工程实用性的平衡，力求成为密码学领域本科高年级、研究生以及一线安全工程师的权威参考手册。 本书共分为六大部分，共计二十二章，内容覆盖了密码学从基础概念到尖端研究的完整图景。 --- 第一部分：基础数学与信息论回顾 (Foundational Mathematics and Information Theory Review) 本部分旨在夯实读者理解复杂密码学构造所需的数学基础。 第一章：数论基础与代数结构 详细回顾了群论、环论和域论在密码学中的核心作用。重点阐述了欧几里得算法、扩展欧几里得算法、模幂运算的效率分析，以及有限域（尤其是伽罗瓦域 $GF(2^m)$）的构造及其在对称密码算法中的必要性。特别讨论了二次剩余问题和离散对数问题在公钥密码体系中的根基地位。 第二章：信息论与复杂性理论 深入探讨了香农的信息论基础，包括熵（Shannon Entropy）、条件熵与互信息。本书清晰界定了“一次性密码本”的绝对安全性，并引入了计算不可区分性（Computational Indistinguishability）的概念，这是现代“不可证明安全”范式的基石。此外，对NP完全性、随机谕言模型（Random Oracle Model, ROM）和稠密模型（The Dense Model）进行了对比分析，解释了为何密码学依赖于“困难问题”而非“不可解问题”。 --- 第二部分：对称密码学 (Symmetric Cryptography) 本部分聚焦于基于共享密钥的安全机制。 第三章：分组密码的设计原理 详细剖析了分组密码的核心构造——Feistel网络和 SPN（Substitution-Permutation Network）结构。通过对设计原则的探讨，阐述了雪崩效应（Avalanche Effect）、扩散（Diffusion）和混淆（Confusion）的实现机制。 第四章：高级加密标准 (AES) 本书对AES算法进行了逐层分解，不仅仅停留在操作描述，更深入分析了SubBytes（S盒）的设计标准，如何通过有限域乘法保证其抗线性与差分攻击的强度。同时，讨论了AES的工作模式，包括ECB、CBC、CFB、OFB和CTR模式，并详细说明了GCM（Galois/Counter Mode）如何集成认证加密。 第五章：流密码与同步/异步机制 对比分析了同步流密码（如ChaCha20）与异步流密码的优缺点。重点讲解了基于线性反馈移位寄存器（LFSR）的密钥流生成器的周期与线性复杂度的关系，并探讨了现代非线性组合生成器在抗侧信道攻击方面的改进。 第六章：密钥管理与随机性生成 讨论了密钥的生成、分发、存储和销毁的最佳实践。对密码学安全伪随机数生成器（CSPRNG）的熵源要求、去偏技术和后处理算法进行了详细论述，并结合NIST SP 800-90A/B/C标准进行了实践指导。 --- 第三部分：非对称密码学与数字签名 (Asymmetric Cryptography and Digital Signatures) 本部分是公钥密码学的核心，重点是身份认证和密钥交换。 第七章：公钥基础设施的核心算法 深入解析了RSA算法的安全性基础（大整数分解难题）及其对模幂运算效率的优化，如中国剩余定理（CRT）的应用。详细阐述了Diffie-Hellman（DH）密钥交换的机制及其在克服中间人攻击方面的局限性。 第八章：椭圆曲线密码学 (ECC) 本章是本书的重点之一。全面介绍了椭圆曲线的定义、点加法的几何解释与代数实现。重点分析了基于ECC的离散对数问题（ECDLP）的难度优势，并详细讲解了ECDH（椭圆曲线Diffie-Hellman）和ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）的数学流程，突出其在移动设备和物联网环境中的应用价值。 第九章：数字签名方案 系统比较了RSA签名、DSA和基于椭圆曲线的签名方案。特别介绍了基于哈希的签名（如Lamport/Winternitz）和格基密码的预签名技术，为后量子时代的签名需求做铺垫。 --- 第四部分：密码协议与认证 (Cryptographic Protocols and Authentication) 本部分关注如何将基本密码学原语组合成可信的交互协议。 第十章：密钥交换协议详解 详尽分析了Kerberos协议的运作机制，侧重于其对时间同步的依赖性。深入剖析了TLS/SSL协议（特别是TLS 1.3）的握手过程，从证书验证到最终密钥确定的每一步安全设计，并解释了前向保密性（Forward Secrecy）的实现原理。 第十一章：零知识证明（Zero-Knowledge Proofs） 从理论定义出发，阐释了零知识证明的三个核心性质：完备性、可靠性和零知识性。详细介绍并对比了交互式和非交互式零知识证明（Fiat-Shamir 启发式），并引入了现代 zk-SNARKs 和 zk-STARKs 的基本结构，重点讨论了多项式承诺方案的作用。 第十二章：安全多方计算（Secure Multi-Party Computation, MPC） 阐述了MPC的基本模型（如半诚实/恶意模型）和安全定义。重点介绍了基于秘密共享（Secret Sharing）和同态加密的MPC应用场景，如安全投票和联合机器学习模型的训练。 --- 第五部分：高级密码学主题 (Advanced Cryptographic Topics) 本部分涉及前沿研究领域，特别是对未来计算环境的适应性。 第十三章：格基密码学 (Lattice-Based Cryptography) 深入讲解了格（Lattice）的数学结构，包括最短向量问题（SVP）和最近向量问题（CVP）。本书详细介绍了LWE（Learning With Errors）问题作为格密码安全性的基础，并对Kyber（密钥封装）和Dilithium（数字签名）等NIST后量子密码学竞赛的候选方案进行了结构解析。 第十四章：同态加密 (Homomorphic Encryption, HE) 区分了加法同态、乘法同态和全同态加密（FHE）。深入讲解了BFV、BGV以及CKKS方案，包括密文空间、重线性化（Relinearization）操作和引导（Bootstrapping）技术的复杂性与工程实现难点。 第十五章：基于属性的密码学 (Attribute-Based Cryptography, ABC) 阐述了ABC与标准公钥加密的区别，重点介绍基于双线性对（Bilinear Pairings）的CP-ABE（Ciphertext-Policy Attribute-Based Encryption）和SK-ABE（Secret Key-Policy Attribute-Based Encryption）的构建与安全性证明，适用于细粒度访问控制。 --- 第六部分：应用、攻击与未来趋势 (Applications, Attacks, and Future Trends) 本部分将理论知识应用于实际场景，并讨论了密码系统的脆弱性。 第十六章：密码分析与侧信道攻击 详细介绍了差分分析（Differential Cryptanalysis）和线性分析（Linear Cryptanalysis）在破解对称密码中的应用。随后，本书引入了侧信道攻击（Side-Channel Attacks），包括功耗分析（DPA）、电磁辐射分析（EMA）和定时攻击，并探讨了掩码（Masking）和随机化作为防御措施的有效性。 第十七章：哈希函数的设计与应用 分析了MD5和SHA-1的碰撞漏洞，重点讲解了SHA-2和SHA-3（Keccak）的设计原理，特别是海绵结构（Sponge Construction）在构建抗长度扩展攻击的哈希函数中的创新性。 第十八章：区块链与分布式账本技术中的密码学 阐述了比特币和以太坊等系统中对Merkle Tree、PoW/PoS共识机制中哈希函数的依赖。深入分析了智能合约中的重放攻击防护、Gas机制与密码学承诺的关联。 第十九章：物联网与嵌入式系统的密码学挑战 讨论了资源受限设备（如传感器）在密钥存储、随机数生成和计算效率方面的特殊需求，介绍了轻量级密码算法（如Simon/Speck的替代方案）的应用。 第二十章：量子计算对密码学的冲击 全面介绍Shor算法和Grover算法对现有公钥密码（RSA/ECC）和对称密码（AES）的威胁程度。强调了向抗量子密码（PQC）迁移的紧迫性，并对NIST PQC标准化进程中的各个候选族群（格、哈希、编码、多变量）进行了深入的比较分析。 第二十一章：硬件安全模块（HSM）与可信执行环境（TEE） 探讨了密码学密钥的物理保护机制，包括HSM的设计标准（如FIPS 140-3）和TEE（如Intel SGX）在隔离敏感计算环境中的作用，以及其面临的虚拟化攻击风险。 第二十二章：密码学工程实践与合规性 基于实际项目经验，指导读者如何进行密码学选型、实现安全协议的漏洞审计，并符合国际（如GDPR、HIPAA）和国家安全标准对数据保护的要求。 --- 目标读者 本书适合于计算机科学、电子工程、信息安全专业的高年级本科生、硕士及博士研究生，以及在金融科技、云计算安全、密码算法开发和网络安全防御领域工作的专业人士。阅读本书需要具备微积分、线性代数和基础抽象代数知识。 本书的特点在于其深度和广度，它不仅教授“如何使用”密码学工具，更重要的是阐释“为何它们能工作”以及“如何打破它们”的原理。

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这本书的排版和装帧质量确实让人印象深刻，拿到手里就感觉分量十足，显然是经过精心打磨的出版物。内页的纸张选择了非常舒服的哑光铜版纸，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到明显的疲劳，这对于需要长时间钻研技术细节的读者来说，是一个非常贴心的设计。更为关键的是，书中大量使用的图表，清晰度极高，线条锐利，即便是那些复杂的系统框图或者波形图，每一个细节都能看得清清楚楚，这在很多其他技术书籍中是难以做到的。我特别欣赏它对专业术语的脚注处理，很多首次出现的、比较专业的名词，书后都有简洁明了的解释，这极大地降低了跨专业读者的入门难度。相比于一些只有黑白文字的教材，这本书在视觉呈现上所花的功夫，让学习过程变得更加愉悦，仿佛在阅读一本精心制作的图文志而非艰涩的教科书。

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这本书简直是理论与实践的完美结合体，我原本以为涉及到“数字信号处理”这样听起来就有些枯燥的领域，内容会非常晦涩难懂，但作者的叙述方式却让人耳目一新。特别是关于傅里叶变换和Z变换那几章，以往我总是在公式的海洋里迷失方向，但这里的讲解深入浅出，配图极其精准地描绘了信号在不同域之间的转换过程，让人一下子就抓住了核心思想。更赞的是，书里穿插了大量实际工程中的案例分析，比如音频滤波器的设计、图像增强算法的实现，这些活生生的例子一下子拉近了理论与应用的距离。我记得有一段关于快速傅里叶变换（FFT）算法优化的讨论，作者不仅解释了原理，还对比了不同实现方式的计算复杂度，这种注重工程效率的视角，对于我们这些需要将算法落地的人来说，简直是无价之宝。读完这部分内容，我感觉自己对底层算法的理解上升到了一个新的层次，不再满足于仅仅会调用现成的库函数，而是真正理解了它们是如何工作的。

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我不得不提一下这本书在算法复杂度和性能评估方面所展现出的严谨态度。很多教材在介绍完基本原理后就戛然而止，留给读者自己去思考“在实际系统中如何高效实现”的难题。然而，这部作品却将分析的触角伸得更深。例如，在讨论FIR和IIR滤波器设计时，作者不仅仅罗列了窗函数法、频率采样法等设计步骤，更是详细剖析了每种设计方法的固有缺陷和适用场景，例如IIR滤波器带来的相位非线性问题，以及在有限精度运算环境下可能出现的溢出风险。这种对“工程实现中的痛点”的关注，让这本书的实用价值倍增。我个人就因为书中对量化噪声的分析，成功优化了我们项目中的一个嵌入式音频处理模块，避免了一个原本很隐蔽的性能下降问题。这种层次的深度，是普通入门书籍所望尘莫及的。

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这本书给我最大的惊喜在于它对现代信号处理前沿技术融合的包容性。虽然它涵盖了DSP的经典基石，比如卷积、相关性分析等内容，但它并未将自己局限于上世纪的经典理论中。令人惊喜的是，在后续章节中，作者优雅地引入了如小波变换（Wavelet Transform）在时频分析中的应用，甚至还触及了自适应滤波算法（如LMS、RLS）在噪声消除和回声消除领域的最新发展趋势。这种将“经典”与“前沿”有机串联起来的叙事方式，使得整本书的知识结构显得格外完整和与时俱进。它不仅仅是一本教科书，更像是一部涵盖了DSP领域发展脉络的“史册”，帮助读者建立起一个清晰的知识图谱，知道下一步可以向哪些更专业、更细分的领域深挖下去，对于职业规划和技术视野的拓宽，帮助巨大。

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坦率地说，这本书的难度曲线设置得相当陡峭，但正是这种挑战性，让我感觉收获最为丰厚。它不是那种试图用最简单的语言来“取悦”所有人的读物，它假设读者已经具备了扎实的线性代数和概率论基础，并直接切入了问题的核心——如何将连续信号转化为离散系统，并在有限资源下进行有效处理。开篇几章对采样理论的讨论，就极其透彻地阐述了混叠现象的物理本质，而不是停留在简单的公式推导上。读起来需要不断地停下来，反复咀嚼那些数学推导，甚至需要拿出笔纸配合着书中的图示进行重新演算。这种需要“主动思考”而非“被动接受”的学习体验，极大地锻炼了我的数理建模能力。对于想要真正掌握信号处理精髓，而非仅仅停留在应用层面的专业人士来说，这本书无疑是一块试金石。

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