摘要：密码学是网络安全的基础，是网络安全一项极为重要的关键技术，为现代网络数字通信提供了可靠的安全保障。通过对计算机网络和数据的加密、解密和密钥安全管理，可以确保计算机网络系统及数据、文件和各种用户机密信息的安全。
关键词：教学设计；学习兴趣；教学方法
一、 教学目的
掌握加密技术、密码学的基本概念，理解加密的基本思想，了解加密技术的分类，理解对称加密算法和非对称加密算法原理和实用的加密技术。
二、 教学重点和难点
加密的基本思想、非对称加密算法的实现原理。
三、 教学方法
根据课程内容采用不同的教学方法，某些内容让学生自学，充分发挥其主观能动性，避免学生过分依赖教师的现象。把需要掌握的重点问题提给学生，让学生带着问题去自学，努力挖掘课程内容的趣味性，增强学生的学习兴趣和学习动力。利用互动环节，提高学生分析问题的能力。针对实际系统中存在的问题或现象，要求学生用所学的知识进行分析，经过课堂讨论，得到有效的结论。
四、 教学内容与教学设计
1. 加密技术的相关概念和术语
明文：也叫纯文本，用户可以直接看懂的。
密文：也叫密码文本，用户不能直接阅读。
明文转换成密文必须在算法和密钥控制下完成。
算法：加密和解密过程基于的某种数学程序，数学变换。
密钥：加解密过程中，某些只被通信双方所掌握的专门的、关键的信息。
加密：在算法和密钥控制下，把明文转化成密文的过程。
解密：在算法和密钥控制下，把密文恢复成明文的过程。
2. 加密的基本思想
（1）替换：按照一定的规则，将明文中每一个字符用不同的密文字符代替。按照替換规则不同，可分为三类：一是移位替换，例如恺撒密码就是一种单表替代密码，它将英文字母向前或后移动若干位，对应的字母即为密文，其优点是算法简单，便于记忆，缺点是结构过于简单，密码分析员只使用很少的信息就可预言加密的整个结构；二是单表替换，即不规则将明文字母映射到密文字母空间，单表替换密钥空间为26！，使用密钥穷举很难破解其密码，但随着统计学和概率的发展，破解单一字母替代编码非常容易；三是多表替代密码，即一个字母在不同位置上被替换成不同的密文字母，多表替换隐藏了字母的统计规律，比前两者具有更好的安全性，例如维吉利亚密码。
（2）易位：按照一定的规则，把明文中的字符重新排列，本身不变，但位置变了。例如栅栏密码。通过不同的加密算法实例，并利用互动环节，提高学生分析问题的能力。
3. 加密算法的分类
以上是两种基本的加密操作，我们举的例子都非常简单，可以手工实现。借助于计算机，可以使他们变得非常复杂。那么在计算机中，怎样才能自动实现大量复杂数据的加密和解密呢？这就依赖于好的，可以被计算机识别的，并且被验证为有效的加密算法。在目前计算机中能够被使用的，并被验证为有效的加密算法分为两大类：一是对称加密技术，它的加密密钥与解密密钥相同，又叫私有密钥算法。著名密码算法有：DES/3DES数据加密标准、IDEA国际数据加密算法、AES高级数据加密标准；二是非对称加密技术，它的加密密钥与解密密钥不同，而且解密密钥不能根据加密密钥计算出来，所以又叫公钥密码算法。著名密码算法：RSA加密算法、椭圆曲线加密算法、Diffie-Hellman加密算法等。
4. 对称加密算法的基本原理
对称加密算法中的对称是指它的加密密钥和解密密钥是相同的，或者两者是可以互相推导的。它实现的基本原理如下：假设用户A想传送一个重要的信息给用户B，这是他要传送的明文，是可以直接阅读的，为了实现它的机密性，用户A采取了某种对称加密算法，在密钥的控制下，将明文转化成了不能直接阅读的密文，在网络中传输。用户B拿到密文后，在密钥控制下，执行一个解密操作，就可以恢复出原始的明文信息。对称加密算法的最大的优势在于它的加解密速度非常快，在计算上比非对称加密算法要简单得多。由于速度很快，因此在很多因特网安全协议中使用，如安全套接字层（SSL）协议。在这个过程中我们可以看到，加密操作和解密操作是在相同的密钥控制下完成的。由于使用单一密钥来保证系统的安全，使得对称加密算法存在一个巨大缺陷，那就是密钥的传送和管理问题。此外还有密钥管理的问题，如果A需要和200个不同的用户秘密通信，那他就需要保存和管理200个不同的密钥，这样使得系统的密钥管理变得非常困难。
5. 非对称加密算法的基本原理
为了解决密钥的传送和管理问题，人们又提出了另一类重要的加密算法，非对称加密算法。所谓非对称，于对称对应，是指它的加密密钥和解密密钥是不同的，而且两者是不可以互相推导。非对称加密算法的出现比对称算法要晚，但安全性非常高。它克服了对称算法使用单一密钥保证安全的缺陷，它的加解密是通过一对密钥来完成的。这一对密钥分别被称为公钥和私钥。公钥往往是公开的，而私钥是自己密存的。假设发送方A要给B传送一份非常重要的文件，首先B要自己产生一对密钥，一个公钥，一个私钥，把公钥公开，传给A，私钥自己密存，只有自己知道。传送文件时，发送方A将明文用B的公钥进行加密，转化成密文，在网络中传递，接收方B收到密文后，只能用自己的私钥才能解密，大家可以看到，加密和解密的密钥不同，加密使用B的公钥加密的，解密使用B的私钥解密的，而且公钥算法保证了一点，就是已知公钥推不出私钥，已知私钥推不出公钥，两者不可以互相推导，因此安全性非常高。从非对称算法的实现过程可以看到，非对称算法克服了对称算法的缺陷，不需要安全通道来传送密钥，因此安全性很。但它也存在一个主要缺点，就是由于目前的公钥算法复杂度高，使得它的加解密速度比较慢，如果要进行大量数据的加解密，会需要太长时间，用户可能接受不了，因此，非对称算法一般只用于少量的或重要数据的加解密。
参考文献：
黄淑华.“计算机网络”课程考试改革与实践[J].考试周刊，2016，99，1-2.
作者简介：
赵军发，讲师，天津市，天津工业大学电子与信息工程学院。endprint
