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1、第二章 传统加密技术z2.1密码学基本概念 z2.2 代换技术 z2.3 置换技术 z2.4 轮转机 z2.5 隐写术2.1密码学基本概念密码学（cryptology)作为数学的一个分支 ， 是研究信息系统安全保密的科学，它包括 密码编码学（cryptography）和密码分 析学（cryptoanalytics）两个分支。 用以下模型解释一些基本概念。密码系统的模型z图2-2信源加密明文 解密密文 接收者明文密钥源密钥源密钥密钥密钥信道入侵者密码系统的定义z定义: (密码体制）它是一个五元组（ M,C,K,E,D)满足条件 （1）M是可能明文的有限集；（明文空间）（2）C是可能密文的有限集；
2、（密文空间）（3）K是一切可能密钥构成的有限集；（密 钥空间）*（4）并有加密解密算法满足以下：密码系统的公式表示z加密 E(M,K)=C z解密 D(C,K)=M 并且有：D(E(M,K1),K2)=M 密钥K的可能值 的范围称密钥空间。所有算 法的安全性都基于密钥的安全性，而不是基 于算法的细节的安全性。密码体制分类密码体制分两大类： z单钥体制（对称算法） K1=K2 z双钥体制（公钥算法） K1K2单钥体制有两种加密方式： z流密码（Stream Cipher） 明文按位加密。 z对称密码（Symmetric Cipher） 明文按组（含多个字符）加密。（也称为分 组密码，Block
3、Cipher）Symmetric Cipher Model单钥体制(cont.)单钥体制中，加密密钥和解密密钥是相同的 （可互推算），系统的保密性取决于密钥的 安全性。有两大课题： z如何产生满足保密要求的密钥？ z如何将密钥安全可靠地分配给通信对方？ 包括密钥产生、分配、存储、销毁等多方面 的问题，统称密钥管理。流密码模型密钥流 产生器密钥k明文m密文c流密码体制模型异或运算双钥体制(公钥体制)系统中，加密密钥称公开密钥（public key） ， 可以公开发布（电话号码注册）；而解密密 钥称私人密钥（private key,简称私钥）。 z加密： M=D(E(M,pub-key),priv
4、ate-key) z认证： M=E(D(M,private-key),pub-key)密码分析(简述）密码分析学，是攻击者在不知道密钥的情况 下，恢复出明文的科学。对密码进行分析的 尝试称为攻击（Attack)。 攻击密码的方法： z穷举法，又称强力法（Brute-force） z分析法密码分析z唯密文攻击 从已知的密文中恢复出明文或密钥； z已知明文攻击 从已知密文和一些明文-密文对中分析明文； z选择明文攻击 可选定任意明文-密文对进行攻击；密码分析（cont.）z选择密文攻击 分析者能选择不同的被加密的密文，并能得 到对应的解密的明文（主要用于公钥算法） 。以上攻击强度依次增大，唯密文攻
5、击最弱。两个概念z无条件安全 P.17z计算上安全 P.182.2 古典密码介绍z两种基本的构造模块（或两者结合） y代换 明文由其它的字母、数字或符合所代替 y置换 明文通过某种处理得到类型不同的映射2.2.1 Caesar密码加密算法：c = E(m,k) = (m + k) mod q 解密算法：m = D(c,k) = (c - k) mod q 特定地(恺撒密码）：m = c = Zq , q = 26; 例：(k=3) 明文：meet me after the party 密文：phhw ph diwhu wkh sduwb2.2.2 单表代换密码z密文是26个字母的任意置换,密钥
6、是明文字 母到密文字母的一个字母表.这种密码称单 表代换密码 z不能抵抗明文统计特性的攻击2.2.5多表代换密码(维吉尼亚密码 ）密钥 K（ k1,k2,km) 加密算法： Ek(x1,x2,xm)=(x1+k1,x2+k2,xm+km)=c 解密算法： Dk(y1,y2,ym)= (x1-k1,x2-k2,xm-km) =m 这里的所有的运算都是在（mod 26)中进行的。 3.1.2多表代换密码(例子）取密钥为: deceptive; 明文：wearediscoveredsaveyourself 密钥：deceptivedeceptivedeceptive 密文：zicvtwqngrzgvtwavzhcqyglmgj多表代换密码(Hill密码)设为某个固定的正整数，M=C=(Z/(26)m,K=Z/(26)上的mm可逆矩阵加密算法: c=ek(p)=pK (mod 26) 解密算法: p=dk(c)=cK-1 (mod 26)=pK K-1 (mod 26) =p2.3置换技术z栅栏技术 以对角线顺序写下明文，以行顺序读出 z多重置换提高安全性古典密码z小结 研究古典密码原理，对于理解、构造和分析 现代密码是十分有益的。z乘积密码
