計算機(jī)科學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全在線小組科研

計算機(jī)科學(xué)

項目背景

密碼學(xué)和網(wǎng)絡(luò)安全正在潛移默化地影響著日常生活：大到金融和軍事，小到微信和Whatsapp，不一而足。當(dāng)你打算使用信用卡在網(wǎng)上購物結(jié)賬時會發(fā)生什么？如何確保網(wǎng)絡(luò)銀行系統(tǒng)的安全？我們能否設(shè)計一種無法破譯的密碼？這些問題的答案，將在項目中一一為你揭曉。

密碼學(xué)是一門古老的藝術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)期間，德軍使用恩尼格瑪密碼機(jī)（Enigma）為信息加密傳遞情報。這一密碼系統(tǒng)最終被一支由英國數(shù)學(xué)家組成的專門小組破譯，盟軍從此扭轉(zhuǎn)了戰(zhàn)局。人們普遍認(rèn)為，它的破譯使盟軍的勝利提早了兩年。計算機(jī)科學(xué)之父阿蘭·圖靈就是專門小組的一員。他發(fā)明了“Bombe”密碼破解機(jī)，使用明文嘗試所有可能的密鑰。這臺機(jī)器被視為現(xiàn)代計算機(jī)的先驅(qū)。

現(xiàn)代密碼學(xué)不僅涉及密碼和加密方案設(shè)計，還涵括數(shù)字簽名、保障網(wǎng)上通信安全的密碼協(xié)議和數(shù)字證書等。學(xué)生將通過學(xué)習(xí)上述部分內(nèi)容建立起密碼學(xué)的基礎(chǔ)知識架構(gòu)。

學(xué)生可以在導(dǎo)師給定的范圍內(nèi)自行選擇研究課題并且完成研究。（可選范圍：數(shù)字簽名、比特幣、加密方案和二戰(zhàn)經(jīng)典密碼）

項目介紹

項目將探索古典密碼學(xué)與現(xiàn)代密碼學(xué)的差別，講授一次性密碼本及其理論上的牢不可破性與局限性、模算數(shù)和數(shù)論、單向哈希函數(shù)、數(shù)字簽名、堪稱“現(xiàn)代經(jīng)典密碼”的對稱密鑰加密、密鑰交換協(xié)議和數(shù)字認(rèn)證等。學(xué)生將通過親身實踐，掌握密碼學(xué)和網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)理論，在項目結(jié)束時提交小組報告，進(jìn)行成果展示。

適合人群

大學(xué)生、優(yōu)秀高中生

學(xué)生需要具備基礎(chǔ)數(shù)學(xué)知識和基礎(chǔ)編程能力

導(dǎo)師介紹

導(dǎo)師現(xiàn)任卡耐基梅隆大學(xué)（CMU）計算機(jī)科學(xué)部門終身教授，曾任微軟印度研究院密碼學(xué)與復(fù)雜性組研究員。他在學(xué)術(shù)領(lǐng)域碩果累累。他曾榮獲2016年ACM計算機(jī)與通信安全會議（CCS）時間檢驗獎，并且位列2013年福布斯科學(xué)和醫(yī)療領(lǐng)域“30位30歲以下人物榜（30 under 30）”。

導(dǎo)師曾在《麻省理工科技評論》、Slashdot、《自然》等熱門科學(xué)刊物上發(fā)表多篇文章，受邀至麻省理工學(xué)院MIT、普林斯頓大學(xué)、德里印度理工學(xué)院等高等學(xué)府發(fā)表演講。他曾在Crypto、Eurocrypt和ACM CSS等會議的項目委員會任職，并且在Crypto、Eurocrypt、STOC、FOCS和ACM CCS等密碼學(xué)頂級會議上發(fā)表技術(shù)論文80余篇，堪稱同時代論文引用量最多的密碼學(xué)家之一。

任職學(xué)校

卡耐基梅隆大學(xué)（CMU）始建于1900年，是世界范圍內(nèi)頗負(fù)盛名的私立研究型大學(xué)，擁有世界歷史最悠久的計算機(jī)學(xué)院之一，在2019年QS世界大學(xué)計算機(jī)科學(xué)排名中位列第3，2019年U.S.News計算機(jī)科學(xué)美國排名第一位。

“截至2019年3月，學(xué)校的教員和校友中共有20人獲得諾貝爾獎，13人獲得圖靈獎，22人獲評美國藝術(shù)與科學(xué)院院士，19人進(jìn)入美國科學(xué)促進(jìn)會，72人入選美國國家學(xué)院?！?

項目大綱

古典密碼學(xué)與現(xiàn)代密碼學(xué)初探 Applications of modern cryptography, fixed-shift cipher, Caesar cipher, classical ciphers continued: Vigenere cipher, substitution cipher, homophonic cipher

一次性密碼本與一次性消息認(rèn)證碼 One-time pad, security analysis of one-time pad, tampering attacks on one-time pad, one-time message authentication code (MAC), security analysis, moving towards computational cryptography

模算數(shù)、數(shù)論與單向哈希函數(shù) Basics of number theory and modular arithmetic, discrete log problem, DDH problem, one-way hash functions, and etc

數(shù)字簽名與對稱密鑰加密 Digital signatures, symmetric key encryption, designing one-time digital signatures, problem of key management, and etc

密鑰交換協(xié)議與數(shù)字證書 Diffie-Hellman Key exchange, public-key encryption, El Gamal encryption, digital certificates, and etc.

項目回顧與成果展示 Program Review and Presentation

論文輔導(dǎo) Project Deliverables Tutoring

時間安排與收獲 Schedule and Outcome

7周在線小組科研學(xué)習(xí)+3周論文輔導(dǎo)學(xué)習(xí) 共44課時

學(xué)術(shù)報告

主導(dǎo)師Reference Letter EI/CPCI/Scopus或同等級別索引國際會議摘要投遞與收錄（可用于申請）

結(jié)業(yè)證書

成績單