計算機科學與網(wǎng)絡安全

計算機科學

項目背景

密碼學和網(wǎng)絡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)絡銀行系統(tǒng)的安全？我們能否設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。

密碼學是一門古老的藝術。第二次世界大戰(zhàn)期間，德軍使用恩尼格瑪密碼機（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。人們普遍認為，它的破譯使盟軍的勝利提早了兩年。計算機科學之父阿蘭·圖靈就是專門小組的一員。他發(fā)明了“Bombe”密碼破解機，使用明文嘗試所有可能的密鑰。這臺機器被視為現(xiàn)代計算機的先驅(qū)。

現(xiàn)代密碼學不僅涉及密碼和加密方案設計，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。學生將通過學習上述部分內(nèi)容建立起密碼學的基礎知識架構。

學生可以在導師給定的范圍內(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與現(xiàn)代密碼學的差別，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)字認證等。學生將通過親身實踐，掌握密碼學和網(wǎng)絡安全基礎理論，在項目結(jié)束時提交小組報告，進行成果展示。

個性化研究課題參考：

基于人工智能技術的密碼算法分析方法

信息論安全MPC協(xié)議的通信復雜性研究

新型對稱密碼設計框架迭代

適用于區(qū)塊鏈技術的高效證明協(xié)議

適合人群

高中生/大學生

學生需要具備基礎數(shù)學知識和基礎編程能力

導師介紹

卡耐基梅隆大學終身教授

Vipul導師現(xiàn)任卡耐基梅隆大學CMU計算機科學部門終身教授，曾任前微軟印度研究院密碼學與復雜性組研究員。他在學術領域碩果累累。他曾榮獲2016年ACM計算機與通信安全會議（CCS）時間檢驗獎，并且位列2013年福布斯科學和醫(yī)療領域“30位30歲以下人物榜（30 under 30）”。Vipul導師曾在《麻省理工科技評論》、Slashdot、《自然》等熱門科學刊物上發(fā)表多篇文章，受邀至麻省理工學院MIT、普林斯頓大學、德里印度理工學院等高等學府發(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等密碼學頂級會議上發(fā)表技術論文80余篇，堪稱同時代論文引用量最多的密碼學家之一。

任職學校

卡耐基梅隆大學（CMU）始建于1900年，是世界范圍內(nèi)頗負盛名的私立研究型大學，擁有世界歷史最悠久的計算機學院之一，在2020年QS世界大學計算機科學排名中位列第3，2019年U.S.News計算機科學美國排名第一位。“截至2021年1月，學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人獲評美國藝術與科學院院士，19人進入美國科學促進會，72人入選美國國家學院?！?

項目大綱

古典密碼學與現(xiàn)代密碼學初探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 Project Deliverables Tutoring

時間安排與收獲

7周在線小組科研學習+5周論文輔導學習 共125課時

學術報告

優(yōu)秀學員獲主導師Reference Letter

EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等級別索引國際會議全文投遞與發(fā)表（可用于申請）

結(jié)業(yè)證書

成績單