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1、密码学初探 邢星 xing.creature_ 杭州第七中学 Zhofrph Wr Wkh Frxuvh Ri FubswrorjbWelcome To The Course Of Cryptology农户、鸡快吃吧，这是你最后一顿！鸡躺倒并留遗书：爷已吃老鼠药，你们别想吃爷了，爷也不是好惹的。 当对手知道了你的决定之后，就能做出对自己最有利的决定。纳什均衡理论保密、信息安全很重要“要让三个人保住秘密，其中两个人必须死亡！” 本杰明富兰克 林电视剧暗算语录电视剧暗算关于破译密码的语录说到底密码玩的是欺骗，是躲藏，是暗算。 兵不厌诈，密码是兵器，是兵器中的暗器， 是人间最大的狡诈。 研制和破译密
2、码的人都是撒旦。研制密码的事业，就是一项接近疯子的事业。 你越接近疯子，你越接近天才。葬送于密码界的天才，是所有科学领域里概率最高的。密码是天才的屠宰场。 电视剧暗算关于破译密码的语录 破译密码是听死人的心跳声。破译密码是男人生孩 子、女人长胡子。破译密码是释读天书，看懂无字 之书。破译密码, 比用沙子搓一根绳子还难，比用空气铸 一把利剑还难，比用火点燃水还难。正常情况下， 这都是不可能的，我们就是要把这种不可能变成可 能。破译密码呢，就跟男女之间谈恋爱一样，不是说你 谈多了就一定能谈成。关键是看你有没有感情，有 没有缘份。电视剧暗算关于破译密码的语录 所有的密码都可以演变成一道或者几道超难的
3、 数学题。破译技术作为一门数学科学，尖锐而深邃的数 学能力，跟良好心理素质是一样必要又重要的 。两者犹如一对飞翔的翅膀，缺一不可。它需要你悟出世界上最高级的谜和最低级的谜 。除了必要的知识、经验、技术之外，还需 要远在星辰之外的好运气。密 码 学 学：学科，应用数学，数学在信息保护中的应用 码：编码，信息从一种形式到另一种形式的转变 密：秘密，目的是使信息处于秘密的状态学科认识引言 密码学简介 密码学是一门古老而年轻的科学，在当今的信 息时代，大量敏感信息如法庭记录、私人文档、 软件源代码、银行交易、保险单据等常常通过公 共通信设施或计算机网络来进行交换。 为了保证这些信息的私密性、完整性、真
4、实性 ，必须使用技术手段对其进行处理。 私密性:对信息处理后，保证让他人不能读懂。 真实性:对信息处理后，保证他人不能篡改信息 （改了之后会被接收者发觉）。 完整性:对信息处理后，保证他人不能从原始信 息中删除或插入其它信息（删除或插入后会被接收 者发觉）。密码学常识密码学（cryptology）作为数学的一个分支，是 密码编码学和密码分析学的统称。 使消息保密的技术和科学叫做密码编码学 （cryptography) 破译密文的科学和技术就是密码分析学 （cryptanalysis）明文：是作为加密输入的原始信息，即消息的 原始形式，通常用m或p表示。所有可能明文的有 限集称为明文空间，通常用
5、M或P来表示。密文：是明文经加密变换后的结果，即消息被加密处理后的形式，通常用c表示。所有可能密文的有限集 称为密文空间，通常用C来表示。密钥：是参与密码变换的参数，通常用k表示。一 切可能的密钥构成的有限集称为密钥空间，通常用K表 示。加密算法：是将明文变换为密文的变换函数，相应的变换过程称为加密，即编码的过程（通常用E表示， 即c=Ek(p)）。解密算法：是将密文恢复为明文的变换函数，相应的变换过程称为解密，即解码的过程（通常用D表示， 即p=Dk(c)）。原始部落间的秘密通信隐写术密码学发展历史信息载体：奴隶的头,剃光,信息传递：长出头发的奴隶 密码学的发展历程大致经历了三个阶段： 古代
6、加密方法、古典密码和近代密码一、古代加密方法（手工阶段）公元前400年，古斯巴达人用一条带子缠绕在一根木棍上，沿木棍纵轴方向写好明文，解下来的带子上就只有杂乱无章的密文字母。解密者只需找到相同直径的木棍，再把带子缠上去，沿木棍纵轴方向即可读出有意义的明文。这种叫做“天书”的器械堪称人类历史上最早使用的密码器械 。密码学发展历史诗情画意传“密语”早妆未罢暗凝眉，迎户愁看紫燕飞，无力回天春已老，双栖画栋不如归。密码学发展历史水洗尘埃道未甞，甘 于名利两相忘。心怀六洞丹霞客，口 诵三清紫府章。十里采莲歌达旦，一 轮明月桂飘香。日高公子还相觅，见 得山中好酒浆。密码学发展历史白居易游紫霄宫王先生：来信
7、收悉，你的盛情真是难以报答。我已在昨天抵 达广州。秋雨连绵，每天需备伞一把方能上街，苦矣 。大约本月中旬我才能返回，届时再见。王先生：来信收悉，你的盛情真是难以报答。我已在昨天抵 达广州。秋雨连绵，每天需备伞一把方能上街，苦矣 。大约本月中旬我才能返回，届时再见。密码学发展历史卡丹网格式密码隐写术（信息隐藏）的另外一些例子 悠扬琴声奏响“进军号角” 显微镜里传递情报 魔术般的密写术 网络与数字幽灵 量子技术隐形传递信息 密码学发展历史隐写术的优点能够被某些人使用而不容易被发现他们间在进 行秘密通信 加密则很容易被发现谁与谁在进行秘密通信， 这种发现本身可能具有某种意义或作用 隐写术的缺点 形式
8、简单但构造费时，要求有大量的开销来 隐藏相对较少的信息 一旦该系统的构造方法被发现，就会变得完全 没有价值隐写术一般无稳健性代替：明文中的字母由其他字母、数字或符号所取代 的一种方法，具体的代替方案称为密钥。密码学发展历史 二、古典加密方法（代替密码、换位密码）公元前1世纪，著名的恺撒密码(古罗马统帅罗马统帅 恺撒:约约公元前10044)被用于高卢战争中，这是一种简单易行的单字母替代密码。密码学发展历史9世纪，阿拉伯的阿尔.金迪提出频度分析的方法来解密，通过分析计算密文字符出现的频率来破译密码。16世纪晚期，苏格兰女王玛丽密码信，策划暗杀英国女王伊丽莎白。英国的菲利普斯利用频度分析法成功破解这
9、次解密将玛丽送上了断头台。密码学发展历史16世纪中期，意大利的卡尔达诺发明了卡尔达诺漏格板，覆盖在密文上，可从漏格中读出明文，这是较早的一种分置式密码。追杀令：YOU KILL AT ONCE情书密钥16世纪晚期，法国的维吉尼亚Vigenere提出著名的维吉尼亚方阵密表、维吉尼亚密码，这是一种多表加密的替代密码，可使阿尔.金迪和菲利普斯的频度分析法失效。密码学发展历史密码学发展历史维吉尼亚方阵密表19世纪，英国的巴贝奇、普鲁士的卡西斯基Kasiski发展了更复杂的频度分析法，可破解维吉尼亚密码密码学发展历史密码学发展历史17世纪纪，英国著名的哲学家 弗朗西斯培根 学问的发展最早给给密码码下了定
10、义义：“所谓谓密码应码应 具备备三个必要的条件，即易于翻译译、第三者无法理解、在一定场场合下不易引人生疑。” 密码学发展历史1883年，荷兰密码学家A.Kerckhoffs密码设计规则军事密码学： G 密码系统应该是计算安全的；G 密钥由通信双方事先约定好，并根据一定协议进行更换；G 密码系统应该易于使用；G 密码系统应该精确而有效；G 除了密钥，密码系统的所有细节都为对手所知。Kerckhoffs原则在今天看来仍然具有十分重要的现实现实 意义义。11世纪纪兵书书武经总经总 要中国历历史上第一部有关密码码的记记述介绍绍了一个小型却名副其实实的密码码本。 密码学发展历史密码学发展历史劉邦打下天下
11、之後，害怕韓信造反，所以打算把他殺了。又怕他帶的士兵太多，所以問了一下韓信目前帶了多少兵？韓信感覺氣氛詭異，因此回答：兵不知數，三三數之剩二，五五數之剩三，七七數之剩二這個回答讓劉邦不知所措，連軍師張良一下子也算不出，想到一个数136,0128 (一百多万)，不敢輕舉妄動。韓信所帶的兵，人數可以少到23人，當然也可能是千萬人，通解為23+105t 105=3,5,7 中国剩余定理成也萧何，败也萧何。吕后用萧何诱杀韩信密码学发展历史一战战前，密码码研究还还只限于一个小领领域，没有得到各国应应有的重视视。第一次世界大战战是世界密码码史上的第一个转转折点。随着战战争的爆发发，各国逐渐认识渐认识 到密
12、码码在战战争中发挥发挥 的巨大作用， 积积极给给予大力扶持，使密码码很快成为为一个庞庞大的学科领领域。第一次世界大战进战进 行到关键时键时 刻，英国破译译密码码的专门专门 机构“40号房间间”利用缴获缴获 的德国密码码本破译译了著名的“齐齐默尔曼电报电报 ”，促使美国放弃中立参战战，改变变了战战争进进程。密码学发展历史第二次世界大战战爆发后，世界各国开始重视对密码破译的研究工作，纷纷成立专门的研究和破译机构，在战争中发挥重要的作用。德国潜艇指挥部德尼茨的B机关泄露了太多的军事情报。波兰兰人和英国人破译译了德国著名的“恩格玛玛”密码码机密码码，德国的许许多重大军军事行动对动对 盟军军都不成为为秘
13、密。 Enigma密码(1)Enigma密码(2) 图灵的贡献 1937年英国对德宣 战，布莱切利公园 1940，“炸弹” 一小 时破译一个密码1944年6月4日，德国U-505潜艇受到美海军特遣大队反潜深炸弹攻击，受伤浮起后，美军冲入无线电室，缴获了密码机和大量明、密报，并秘密将U-505潜艇拖回美国。德军误认为U-505潜艇沉没海底而未换密码。在欧战结束前的11个月里，依靠破译的密码， 美军和同盟国军队共击沉德国潜艇300多艘，平均每天一艘， 同时大大减少了自己船只的损失，对战争的胜利产生了重大影响 。密码学发展历史美军成功地破译了日本的通讯密码，从而导致日本在中途岛海战中失利，既报了珍珠
14、港的一箭之仇，又使太平洋战场的局面得到彻底扭转。二战期间，美军破译日本海军密码多达75种，由于密码被破译，日本总吨数约三之二的商船被美国潜艇击沉，给日本军队带来了严重的战争后果。密码学发展历史山本五十六之死“山本五十六于1943年4月13日下午5时时55分到所罗门岛视罗门岛视 察”的 日程 用称为为“紫密”的日本“九七式”密码码机加密，播给给第一基地部 队队等。美军军截获获，通过过破译译JN25密码码的专专用IBM设备设备 破译译出。尼米兹兹上将经经研究决定出击击： 4月13日7时时25分出动动18架战战斗机将山本座机击击落 偷袭偷袭 珍珠港的元凶日本舰队总舰队总 司令山本五十六死亡5月21日
15、日本才广播这这一消息。密码学发展历史密码学发展历史二战结束后，一位深知战时密码破译价值的美国官员说，密码破译使第二次世界大战缩短了几年。这种说法虽有些夸张，但重要情报的破译确实影响了战争的进程，挽救了成千上万的生命。第二次世界大战战促进进了密码码的飞飞速发发展。由于密码对码对 于战战争的胜负胜负 具有越来越重要的影响，各国不惜花大量的人力物力进进行密码码的研究和破译译。密码码的编编制结结构更加科学，编编制方法愈加复杂杂，各种密码码的保密性出现现了飞跃飞跃 性的提高。在此期间间，许许多国家开始使用密码码机进进行加密，密码码告别别人工加密，走向机械加密的开始。1948年以前的密码技术可以说是一种艺术，而不是一种科学，那时的密码专家是凭直觉和信念来进行密码设计和分析的，而不是靠推理证明。1948年，C. E. Shannon(19162002)在贝尔系统技术杂志上发表论文通信的数学理论，创立了著名的新理论信息论，标志着密码术到密码学的转变。密码学发展历史20世纪70年代中期，密码学界发生了两件跨时代的大事：Diffie和Hellman发表的题为“密码学新方向”文章，提出了“公钥密码”新体制，冲破了传统“单钥密码”体制的束缚 。传统密码体制主要功能是信息的保密，双钥(公钥)密码体制不但赋予了通信的保密性，而且还提供了消息的认证性新的双钥密码体制无需事先交换秘密钥就可通过不安全信道安全地传
