計算機科學與網絡安全

計算機科學

項目背景

密碼學和網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上購物結賬時會發(fā)生什么？如何確保網絡銀行系統(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學家組成的專門小組破譯，盟軍從此扭轉了戰(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。

現(xiàn)代密碼學不僅涉及密碼和加密方案設計，還涵括數字簽名、保障網上通信安全的密碼協(xié)議和數字證書等。學生將通過學習上述部分內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自行選擇研究課題并且完成研究。（可選范圍：數字簽名、比特幣、加密方案和二戰(zhàn)經典密碼）

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、模算數和數論、單向哈希函數、數字簽名、堪稱“現(xiàn)代經典密碼”的對稱密鑰加密、密鑰交換協(xié)議和數字認證等。學生將通過親身實踐，掌握密碼學和網絡安全基礎理論，在項目結束時提交小組報告，進行成果展示。

適合人群

高中生/大學生

學生需要具備基礎數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

Prof.Vipul is a winner of several honors including a 2016 ACM CCS test of time award, a Microsoft Research graduate fellowship, and, a Google outstanding graduate student award. He was named to the Forbes magazine 30 under 30 list of people changing science and healthcare in 2013. His research has received media coverage at popular science publications such as MIT technology reviews, Slashdot, and, Nature news. He has given invited lectures at places such as MIT, Princeton, and, IIT Delhi. He has served on program committees of conferences such as Crypto, Eurocrypt and ACM CCS. He has published over 80 technical papers at top conferences in cryptography such as at Crypto, Eurocrypt, STOC, FOCS, and, ACM CCS.He is broadly interested in all areas of cryptography (and in theoretical computer science in general)

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?！敖刂?021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、數論與單向哈希函數Basics of number theory and modular arithmetic, discrete log problem, DDH problem, one-way hash functions, and etc

數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）

結業(yè)證書

成績單