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1、密码学过去、现在与未来 1 引言 What？什么是密码？ Why？为什么需要密码？ How？如何破译密码？ 1 2 什么是密码？ 3 密码与密钥不同 密钥：也被称作口令，是一串数字或字符或两 者的混合 密码：按特定法则编成，用以通信双方的信息 进行明密转化的变换 为什么需要密码？ 通信的窃听和篡改 4 网络 I Love You 非法窃秘者 Lovehate 为什么需要密码？ 加密通信模型 5 网络 %$*&( 非法窃秘者 ？ 加 密 解 密 I Love You%$*&( %$*&(I Love You 为什么需要密码？ “密码”是保障信息安全的基本技术 6 现代密码在社会中的广泛应用 19
2、42年4月和5月期间，在美军截获的日军 通讯中，有一个“AF”名称出现的频率和 次数明显增多，罗奇福特少校领导的情报 小组绞尽脑汁，终于在堆积如山的侦抄电 文中找到一份日军偷袭珍珠港时的电报， 电文曾提到“AF”，说一架日军水上飞机 需要在“AF”附近的一个小珊瑚岛上加 油。因此罗奇福特推断，“AF”只能是指 中途岛。 珍珠港 如何破译密码？ 7 如何破译密码？ 8 公元16世纪晚期，英国的菲利普斯利用成功破解 苏格兰女王玛丽的密码信，信中策划暗杀英国女 王伊丽莎白，这次解密将玛丽送上了断头台。 第一次世界大战进行到关键时刻，英国情报部门 的专门机构“40号房间”利用缴获的德国密码本破 译了著
3、名的齐默尔曼电报，促使美国放弃中立参 战。 美国人破译了被称为紫密的日本九七式密码机密 码，因此美军炸死了偷袭珍珠港的元凶日本舰队 总司令山本五十六。 如何破译密码？ 9 美国中情局(CIA)弗吉尼亚州总部庭院中放置着一 高10英尺铜制的面板，这就是著名的CIA雕塑密 码。 如何破译密码？ 美国凶杀案12年无进展 FBI全球求助 ！ 10 2 密码学的过去 2.1 隐写技术 2.2 古典密码技术 11 2.1 隐写技术 将秘密消息隐藏在其他消息中 12 我画蓝江水悠悠， 爱晚亭上枫叶愁。 秋月溶溶照佛寺， 香烟袅袅绕经楼。 藏 头 诗 2.1 隐写技术 将秘密消息隐藏在其他消息中 13 便民诚
4、信规模大 民心所向送光明 伟业不亢又不卑 大胆创新非昔比 2.1 隐写技术 将秘密消息隐藏在其他消息中 传统隐写术 隐语：暗号，藏头诗 隐写：特殊的墨水，特殊标记等 电子隐写术 将特定信息嵌入数字化宿主信息（如文本、 数字化声音、图像、视频信号等）中 利用电子文件中没有充分利用的可用位 14 2.1 隐写技术 数字图像中的秘密 15 寻 常 无 比 图像的数字化 2. 1 隐写技术 16 2. 1 隐写技术 像素的表示 (R,G,B) 17 三 原 色 三种颜色的不同强度的组合可表示 256256256 16,777,216种颜色 可见光区 2.1 隐写技术 像素的颜色表示 (R,G,B) 像
5、素颜色的变化对图像品质影响非常小 18 R:255 G:0 B:0 (255,0,0) 11111111 00000000 00000000 R:255 G:3 B:3 11111111 00000011 00000011 2.1 隐写技术 19 隐写软件eshow 2.2 古典密码技术 1、代替密码 利用预先设计的代替规则，对明文 逐字符或逐字符组进行代替的密码。 单表代替密码（如：恺撒密码） 20 恺撒密码 是一种对英文字母的典型逐字母加密的密码。 21 例如： A B C D E F G X Y Z CF TW AD ATTACK AT DAWN (明文M) DWWDFN DW GDZQ
6、 (密文C) XA YB ZC 恺撒密码的安全性 明文的字母按照字母序列顺序移动k个字符，总 共有25种选择 22 单表代替密码 26个英文字母，按下面的规则进行变换 23 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Q W E R T Y U I O P A S D F G H J K L Z X C V B N M ATTACK AT DAWN QZZQEA QZ RQVF 单表代替密码的安全强度 英语中有26个字母 密钥总量： 24 天河机以每秒2.57千万亿次的速度来计算，若一 次运算能检验可能密钥中的一条，则检查完所有 的密
7、钥并破解信息花费的时间大概是500年 公元九世纪，阿拉伯密码破译 专家，击破单表替换密码！ 单表代替密码的安全强度 25 e：出现频率约为0.127 t，a，o，i，n，s，h，r：出现频率约在0.06到0.09之间 d，l：的出现频率约为0.04 c，u，m，w，f，g，y，p，b ：出现频率约在0.015到0.028之间 单表代替密码的安全强度 U B H X P P R A I L A F X K A E L U F L U L D G A A N V C D U M A K RD U K L X C M A R H X P E U C C B U M K I L D I U I R U
8、 M V C H M A D M R F X M A L A O A D I X M F A U E D R F X M G U M F A K I L D I U I E D R D M U M G U I D I U X M E L U F L L A E X P C K M X I O A B P R A R U M F A L A F X P C K M A G A O U M D Y U M A I L D I U I F X P C K F X M A B O X M D M H X M A W P I I L A C D K H D M K R X M H K A D O E D
9、 I R X M E A L D G A A M K A K W H I P O M U M Y I L A K D M F U M Y M A M I X Y X X K E L A M I L A H L D G A R X X B I A M W A A M I L A D Y A M I R X B A G U C D M K U I L U M S I L D I U L D G A B P C B U C C A K M H V O X M U R A X B Y U G U M Y H X P R X M A I L U M Y P M P R P D C B X O H X P
10、 O M X I A W X X S I L O A A B X O I H U R X P O I O D U M D M K U B D M F H E A R L X P C K W A W D F S U M W D S A O R I O A A I B X O K U M M A O 26 单表代替密码的安全强度 “If you use the code which I have explained,“ said Holmes, “you will find that it simply means Come here at once. I was convinced that i
11、t was an invitation which he would not refuse, since he could never imagine that it could come from anyone but the lady. And so, my dear Watson, we have ended by turning the dancing men to good when they have so often been the agents of evil, and I think that I have fulfilled my promise of giving yo
12、u something unusual for your notebook. Three-forty is our train, and I fancy we should be back in Baker Street for dinner.“ 27 2.2 古典密码技术 1 1、代替、代替密码密码 利用预先设计的利用预先设计的代替代替规则，规则，对对明文明文 逐逐字符字符或或逐逐字符组字符组进行代替的进行代替的密码。密码。 单表代替密码 多表代替密码 根据密钥的指示，来选择加密时使用的单 表的方法，称为多表代替密码。 28 多表代替密码举例 设明文内容按照4个字符长度分组，且各组分 别使用
13、不同的变换规则： 29 K1 = 2, K2 = 5, K3 = 3, K4 = 1 ATTACKATDAWN(明文M) (密文C)CYWB 将明文分组 根据变换规则进行变换 ATTACKATDAWN EPDUFGZO 30 20世纪早期密码机 多表代替密码机 Enigma 密码机 31 德Enigma密码机 12kg，283415 cm Enigma 密码机的背景 32 16世纪末，布莱斯德维吉尼亚法 ，Vigenere 密码 1863年，弗里德里希卡西斯基普鲁士密码和 破译术，破解维吉尼亚。 1844年，塞缪尔莫尔斯发明电报 1895年，无线电诞生，截获密报易如反掌。 20世纪初，一次一密
14、乱码本 直到一战结束（1918），所有密码都是手工编 码。 发送信息的效率极其低下 许多复杂的保密性能好的加密方法不能被实际应用 Enigma 密码机 33 1918年，德国发明家谢尔比乌斯 发明了恩尼格玛密码机 密码机30000美金 谢尔比乌斯向企业家们宣称：如果他们重要的商业秘密 被竞争对手知道了的话，遭到的损失将比Enigma的价格高 得多 1923，温斯顿丘吉尔的著作世界危机。 从1925年起，谢尔比乌斯的工厂开始系列化生产 Enigma，26年德海军开始使用，28年德陆军。 二战初，德军通讯的保密性无与伦比。Enigma在 德国二战初期的胜利中起着决定性作用。 破译Enigma 34
15、 一战后英国仍保持着对德国通讯的很高的破译 率。 但从1926年起，他们收到一些不知所云的信息。 美国人和法国人碰到的情况也一样 一战的战胜国很快就放弃了破译这种新型密码的 努力。自信：在凡尔赛条约约束下的德国已构不 成什么危害。 波兰：必须知道德国在想什么。波军总参二局密 码处(Biuro Szyfrow) 破译Enigma 35 以往密码分析员是语言天才，Enigma是机械装置，波 兰总参二局密码处考虑：具有科学头脑的人破译它。 1929年1月，波兹南大学给波兰总参二局开列了一张 系里最优秀的数学家名单，名单上有后来密码研究的“ 波兰三杰”。 马里安马里安雷耶夫斯基雷耶夫斯基 杰尔兹杰尔兹
16、罗佐基罗佐基 亨里克亨里克佐加尔斯基佐加尔斯基 破译Enigma 36 波兰三杰设计自动机械计算机 “密码炸弹”（ Bomba ） 破译Enigma 37 在1933年1月到1939年1月这六年，波兰方面一 共破译了近十万条德方消息，最重要的有德国在 包括苏台德地区兵力重新部署的情报 德国人1939年1月加强了密码机的安全性能，但 是波兰人的实践表明： Enigma决非坚不可破 数学家在密码分析中的重要作用。 英国密码局（40局），以往都是精于文字的语言 学家或作家，此后40局开始向牛津、剑桥招聘数 学家和数学系学生 破译Enigma 38 图灵与巨人计算机（Colossus） 破译Enigma 39 英国密码局-布莱切利公园 6号木屋负责破译德陆军ENIGMA电报的，从那里出来
