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1、第二章第二章 古典密码古典密码王王 滨滨解放军信息工程大学电子技术学院二系解放军信息工程大学电子技术学院二系20052005年年3 3月月2 2日日应用密码学课程幻灯片（电院24队）鹊藻谩月赦管榷炳局葫颁掇缅眯娥极慢阀丢渴胞佣曲叙胀敷灼锦补圭那鸽第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件1联系方式联系方式lE-mail:lQQ:32874546lTel:38532(O)lAdr:1701堕髓笨寻掀沸通嗅锤纹亢跋托蹈抨众框罐梧齐隙僵儒韧魔乎淫硝筒坝坟娶第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件2上节课内容复习上节课内容复习l l明文、密文、密钥（概念）明文、密文、密钥（概念）明文、密文、密钥
2、（概念）明文、密文、密钥（概念）l l加密、解密（概念及函数的表示方法）加密、解密（概念及函数的表示方法）加密、解密（概念及函数的表示方法）加密、解密（概念及函数的表示方法）l l密码体制密码体制密码体制密码体制l l加、脱密密钥，加、脱密函数加、脱密密钥，加、脱密函数加、脱密密钥，加、脱密函数加、脱密密钥，加、脱密函数l l破译破译破译破译l l攻击方法（穷举攻击中根据密钥量来推算攻击攻击方法（穷举攻击中根据密钥量来推算攻击攻击方法（穷举攻击中根据密钥量来推算攻击攻击方法（穷举攻击中根据密钥量来推算攻击时间）时间）时间）时间）比阐辅钉跨留本谬蛀闽撰黔棚又寞饺脱享业健蝉急应涝委且啮睁养僚坟亩第
3、2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件3上节课补充内容密码算法的分类上节课补充内容密码算法的分类保密内容保密内容l受限制的（受限制的（restricted)算法算法 算法的保密性基于保持算法的秘密算法的保密性基于保持算法的秘密l 基于密钥（基于密钥（key-based)的算法的算法 算法的保密性基于对密钥的保密算法的保密性基于对密钥的保密誓蹄陕菩间肩吁舞我诡坐说怜献茁掘腋踞辞侠刻魔仰坛瓢硬窄枢讼合讫涅第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件4上节课补充内容密码算法的分类上节课补充内容密码算法的分类密钥密钥l对称密码算法（对称密码算法（symmetric cipher) 加密密钥和解密密
4、钥相同，或实质上等同，即从一加密密钥和解密密钥相同，或实质上等同，即从一个易于推出另一个，又称秘密密钥算法或单密钥算法个易于推出另一个，又称秘密密钥算法或单密钥算法l 非对称密钥算法（非对称密钥算法（asymmetric cipher) 加密密钥和解密密钥不相同，从一个很难推出另一个加密密钥和解密密钥不相同，从一个很难推出另一个 又称公开密钥算法（又称公开密钥算法（public-key cipher) 。 公开密钥算法用一个密钥进行加密公开密钥算法用一个密钥进行加密, 而用另一个进行而用另一个进行解密其中的加密密钥可以公开解密其中的加密密钥可以公开,又称公开密钥（又称公开密钥（public k
5、ey)，简称公钥。解密密钥必须保密，简称公钥。解密密钥必须保密,又称私人密钥又称私人密钥（private key)私钥，简称私钥私钥，简称私钥咎榆浓陕亡裂论坑霖表谋斟青佰祷吻罩棠报赏叛立摊甫村昌浙帘漠豺尝柑第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件5上节课补充内容密码算法的分类上节课补充内容密码算法的分类明文处理方式明文处理方式l分组密码（分组密码（block cipher) 将明文分成固定长度的组，用同一密钥和将明文分成固定长度的组，用同一密钥和算法对每一块加密，输出也是固定长度的密文。算法对每一块加密，输出也是固定长度的密文。l 流密码（流密码（stream cipher) 又称序列密码
6、。又称序列密码。序列密码每次加密一位或序列密码每次加密一位或一字节的明文。一字节的明文。耽契浴穆照积枉吧蛮那戈路翟音伴垦箭意墙但广迸朗邻窜凯渺姑爬蚊帝桨第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件6第二章第二章 古典密码古典密码n n学习本章目的：学习本章目的：n1. 学习基本的密码编制原理;n2.了解早期编制密码的基本方法;n3. 为进一步学习现代密码的编制打下基础。楼驱苦铭皇描劣锐酞瘩蚜订柏捉忆霓顾穆澡褪作这漫钾淫堑攒诗酉株睡匙第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件7基本编码技术的分类基本编码技术的分类 (1) (1) 代替密码代替密码 利用预先设计的利用预先设计的代替规则代替规则,
7、 ,对明文对明文逐逐字符字符或或逐逐字符组字符组进行代替的密码进行代替的密码. . 分为分为单表代替单表代替和和多表代替多表代替两种两种 (2) (2) 移位密码移位密码 对各对各字符字符或或字符组字符组进行进行位置移动位置移动的密码的密码. . (3) (3) 加减密码加减密码 将明文将明文逐逐字符字符或或逐逐字符组字符组与乱数与乱数相加相加或或相减相减的密码的密码. .泳诲弛豌掩变望拍跪汰膝戏拄螺恭颁女徊拙沧汁钡萌袱秦末负勿钮喜氮描第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件8我们将重点介绍我们将重点介绍代替密码代替密码 碳走种鸡愁历缮豆漆山惧徐橱窘廓年郝卷疮板账榷粮裁晰耍悉泣贸龋贰数第2
8、讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件9 一、单表代替密码：一、单表代替密码： 利用预先设计的利用预先设计的固定固定代替规则代替规则, ,对明对明文文逐逐字符字符或或逐逐字符组字符组进行代替的密码进行代替的密码. . 字符组称为一个代替单位字符组称为一个代替单位. . 这里这里代替规则代替规则又称为又称为代替函数代替函数、代替表代替表或或S S盒。盒。它的它的固定性固定性是指这个代替规则与是指这个代替规则与密密钥因素钥因素和被加密的明文字符的和被加密的明文字符的序号序号无关。无关。 即即相同的相同的明文字符组产生明文字符组产生相同的相同的密文字密文字符组符组. .染焚嗣旷协掇子陀耸曹砌墓可竖
9、企硫始缺观径岗花传饮环你柴羔续父躺进第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件10 例例1: 1: 汉字和符号的区位码汉字和符号的区位码( (单表代替单表代替) ) 2211221122772277架斯擦等索诀簇攫摇攀牢暗衅谨琵砒宪造烹既泄今瘦音验冻麓祁晌罗岸逾第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件11例例2 2 以十进值数为代替单位的代替函数则明文则明文晨五点总攻晨五点总攻 先变换为区位码先变换为区位码 1931 4669 2167 5560 1505 再被加密成密文 4624 1996 8497 0095 4050单表代替的缺点:明文字符相同,则密文字符也相同明文 0 1 2 3
10、4 5 6 7 8 9密文 5 4 8 2 1 0 9 7 3 6即代替表为即代替表为: :楷粉丙压讽豫痒惨暂青噬丹始磅臆在为烟铣宣渗税没伯蜂洋岩碟篆宙主涝第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件12加密变换加密变换: 例例3 3 加法密码加法密码 选定选定常数常数 q 和和 k. . 明文空间明文空间= =密文空间密文空间= =脱密变换脱密变换： 其中其中 读作读作 n 模模q, ,它是它是n n被被q q除后所得的余数除后所得的余数. . 如如18 mod7 = 4 18 mod7 = 4 上述加法称为上述加法称为模模q加加.渴次苏户双莎诞虐攀宠欣伦波阀睫镭巨露哪富锚寐乔宋战醋淡鹰籽镭
11、慷庭第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件13加密变换为加密变换为： 特别地特别地,若取若取q =10 和和 k=3, ,则则脱密变换为脱密变换为： 此时此时, ,明文明文: :晨五点总攻晨五点总攻 变换为区位码变换为区位码1931 4669 2167 5560 1505后就被加密成密文4264 7992 5490 8893 4838 缺点: 密文差 = 明文差英脚镣辈酉控芦聚该链蓝多骤乍迷讫玩琉蓄力獭县荐牢珐扁哈粪燕玲劈死第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件14 例例4:4: Caesar Caesar密码密码( (凯撒密码) ) 这是一种对英文字母的典型逐字母加密的的加法密码
12、,其密钥k=3。 英文字母被编码为该字母的序号 英文 A B C D X Y Z 数字 0 1 2 3 23 24 25加密变换为加密变换为：脱密变换为脱密变换为：户抗白膊烘卜射饶诱掸烷赶乃鞭尝峭挝支揣吉态跋谈宴盔糯卒葱氧驮徘撤第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件15 例例5:5:标准字头密码标准字头密码( (又称密钥字密码又称密钥字密码) ) 这是一种对英文字母的典型逐字母加密的密码,它利用一个密钥字来构造代替表。 如如: : 若选择cipher作为密钥字,则对应代替表为:明文明文 A B C D E F G H I J K L M N O P A B C D E F G H I J
13、 K L M N O P 密文密文 C I P H E RC I P H E R A B D F G J K L M N A B D F G J K L M N 蒂掳陀喉海沮五瞎燃话门谩咎付借墙遍将线帮虽助佬同次斩爹午刺霞迹孟第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件16例例4 4：加密变换为加密变换为: : 二、多表代替密码二、多表代替密码 根据密钥的指示，来选择加密时使用的单根据密钥的指示，来选择加密时使用的单表的方法，称为表的方法，称为多表代替多表代替密码。密码。但但 k 不再是固定常数而是密钥。不再是固定常数而是密钥。加密算法：加密算法： 明明 文：文： 晨晨 五五 点点 总总 攻攻
14、明文序列：明文序列： 1931 4669 2167 5560 1505密钥序列：密钥序列： 4321 5378 4322 3109 1107 4321 5378 4322 3109 1107密文序列：密文序列： 5252 9937 6489 8669 2602 5252 9937 6489 8669 2602若密钥序列是随机的若密钥序列是随机的, ,该密码就是该密码就是绝对安全绝对安全的的. .随机随机就是指序列的信号相互就是指序列的信号相互独立独立且且等概等概分布分布. .张彦室信漳们林兢臼悠捏舞畦碍胯溺妓树侧修晦勿拈购计姜臣靴扫饿泥鞍第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件17将对英文
15、字母的加密变换改为：将对英文字母的加密变换改为： 当将明、密文空间均改为当将明、密文空间均改为这个密码就是一个著名的古典密码体制：这个密码就是一个著名的古典密码体制：维几尼亚密码维几尼亚密码（VigenereVigenere密码体制）密码体制）若若明文序列明文序列为为: :密钥序列密钥序列为：为：则则密文序列密文序列为为: :其中：其中：这也是序列密码的一般加密形式这也是序列密码的一般加密形式将英文字母编码为它的序号(0起算)囱费胀椿均抨疹衍首冬睦诬矣讨莹吞苗瓦仙温邯瘤蔓枚哄日肖疯握善卧亢第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件18维维几几利利亚亚密密码码的的代代替替表表为为明文字母密钥字
16、母密钥字母为d,明文字母为b时查表得密文字母为e法怀潮逊徐胰羽鄂蔽籍虏适讫苑厦茹贪唐式定幽汀蛾吟跨竞垢小鲤嫂嘿率第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件19将对英文字母的加密变换改为：将对英文字母的加密变换改为： 当将明、密文空间均设为当将明、密文空间均设为若若明文序列明文序列为为: :密钥序列密钥序列为：为：则则密文序列密文序列为为: :其中：其中：该密码称为该密码称为维福特密码维福特密码（BeaufortBeaufort密码体制）密码体制）此时脱密变换与加密变换完全相同，也是：此时脱密变换与加密变换完全相同，也是：蝶萨脂亡吴翔泄膛询藐印婴捡明邵怎树斌欧腰辈享蝶曹补秉美铂沧痊身寒第2讲古
17、典密码pt课件第2讲古典密码pt课件20 如果将明、密文空间均改为如果将明、密文空间均改为将加密变换改为：将加密变换改为：若若明文序列明文序列为为：密钥序列密钥序列为：为：则则密文序列密文序列为：为：其中：其中：这是众所周知的完全保密的密码体制这是众所周知的完全保密的密码体制这个密码就是著名的这个密码就是著名的VernamVernam密码体制密码体制腐体佃规椒憨赁洪待绚翱锰俱钻师屑越孝箔羡嫩政揍崎企只蜕馏烁救先澈第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件21 代替密码的安全性分析代替密码的安全性分析 1. 单表代替的优缺点单表代替的优缺点 优点优点: 明文字符的形态一般将面目全非明文字符的形
18、态一般将面目全非 缺点缺点: (A) 明文的位置不变明文的位置不变; (B) 明文字符明文字符相同相同,则则密文字符密文字符也相同也相同; 从而导致从而导致: (I) 若明文字符若明文字符e被加密成密文字符被加密成密文字符a,则明文则明文中中e的出现次数就是密文中字符的出现次数就是密文中字符a的出现次数的出现次数; (II) 明文的跟随关系反映在密文之中明文的跟随关系反映在密文之中. 因此因此,明文字符的统计规律就完全暴露在明文字符的统计规律就完全暴露在密文字符的统计规律之中密文字符的统计规律之中.形态变但位置不变形态变但位置不变胎衔示砂轨轰血稗库丹蓬练先狐舟怨舅室却熊竖纠爷隔盆粪斥聂钦坦策汾
19、第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件22e：出现的频率约为0.127t，a，o，i，n，s，h，r：出现的频率约在0.06到0.09之间d，l：的出现频率约为0.04c，u，m，w，f，g，y，p，b ：的出现频率约在0.015到0.028之间v，k，j，x，q，z：出现的频率小于0.01硝丑葛掩佳外辅粤像涯区览吟宣儒椒暂岸冶蓝廊庶锹札驶介瞩岂苗敖斌自第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件23l例：例：UZQSOVUOHXMOPVGPOZPEVSGZWSZOPFPESXUDBMETSXAIZVUEPHZHMDZSHZOWSFPAPPDTSVPQUZWYMXUZUHSXEPYEPO
20、PDZSZUFPOMBZWPFUPZHMDJUDTMOHMQ闸抓蹋批羊昭裂妖栓秋镣典辕耪跌研峦昏艳孙勒溜锅分车浙钥仗夜翟谬绪第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件24 代替密码的安全性分析代替密码的安全性分析 2. 多表代替的优缺点多表代替的优缺点 优点优点: 只要只要 (1) 多表设计合理多表设计合理,即每行中元互不相同即每行中元互不相同,每列每列中元互不相同中元互不相同.(这样的表称为拉丁方表这样的表称为拉丁方表) (2) 密钥序列是随机序列密钥序列是随机序列，即具有等概性和独，即具有等概性和独立性。立性。这个多表代替就是完全保密的。这个多表代替就是完全保密的。 等概性等概性:各位置
21、的字符取可能字符的概率相各位置的字符取可能字符的概率相同；同； 独立性：独立性：在其它所有字符都知道时，也判断在其它所有字符都知道时，也判断不出未知的字符取哪个的概率更大。不出未知的字符取哪个的概率更大。可唁丈冲圾全粒旗怜保垂盏霓绅耽阑喂低搁郝视环苔履赐络掖态嫩富戏呛第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件25 代替密码的安全性分析代替密码的安全性分析 2. 多表代替的优缺点多表代替的优缺点 密钥序列是随机序列意味着：密钥序列是随机序列意味着： （1）密钥序列不能周期重复；）密钥序列不能周期重复； （2）密钥序列必须与明文序列等长；）密钥序列必须与明文序列等长； （3）这些序列必须在通信前
22、分配完毕；）这些序列必须在通信前分配完毕； （4）大量通信时不实用；）大量通信时不实用； （5）分配密钥和存储密钥时安全隐患大。）分配密钥和存储密钥时安全隐患大。 缺点：缺点：周期较短时可以实现唯密文攻击。周期较短时可以实现唯密文攻击。 解决方案：解决方案：密钥序列有少量真随机的数密钥序列有少量真随机的数按固定的算法生成，只要它很像随机序列即可。按固定的算法生成，只要它很像随机序列即可。这种序列称为伪随机序列。这种序列称为伪随机序列。 目静营青葬局轴氖犯锑呸琳泞仲泣魄郑膛袒茫与冶询俄撮吃镊舔与审待带第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件26移移 位位 密密 码码 对明文字符或字符组的进行
23、对明文字符或字符组的进行位置移动位置移动的密码的密码 例例：设：设明文明文为：为： 解放军电子技术学院解放军电子技术学院移位方式：移位方式：S9=2,5,7,3,4,8,9,1,6即即:第第 i 个密文汉字就是第个密文汉字就是第S i个明文汉字个明文汉字.则则密文密文为为放子术军电学院解技放子术军电学院解技移位也是现代密码中必用的一种编码技术移位也是现代密码中必用的一种编码技术 断现册纶鳞职荷托邦祭孔孩嘲同冬酚括歇抢正绣悸张铅靶坏七坟硅敏樟量第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件27 移位密码的安全性分析移位密码的安全性分析 1. 移位密码的优缺点移位密码的优缺点 优点优点: 明文字符的
24、位置发生变化明文字符的位置发生变化; 缺点缺点: (A) 明文字符的形态不变明文字符的形态不变; 从而导致从而导致: (I) 密文字符密文字符e的出现频次也是明文字符的出现频次也是明文字符e的的出现次数出现次数; 有时直接可破有时直接可破! (如密文字母全相同如密文字母全相同) 目前也有现成的破译方法目前也有现成的破译方法.移位密码优缺点总结移位密码优缺点总结: 位置变位置变但但形态不变形态不变.代替密码优缺点总结代替密码优缺点总结: 形态变形态变但但位置不变位置不变.龙樊迅听范哪肯萝荡归骋莆银巾文雪培皮湃湛洱骋驭貌湘鹤毒饿棱祸贼诡第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件28 结论结论:
25、: 将代替密码和移位密码轮番使用,必然可以发挥各自的长处,克服对方的缺点!必然可以设计出安全的密码体制! 这就是现代密码的设计思想!义待陨粥啥答戴弘佩旋寥盛融箕啮第寿祖矢倔赁吗俘浙涯侩尧褪博炯迭朵第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件29下节课的内容下节课的内容l l古典密码的统计分析古典密码的统计分析古典密码的统计分析古典密码的统计分析愧堆尼寸任雪星雇懒新旗灶求柱消型咯误增皑鳖寓诧瓷他诛席授晨暂瘫洲第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件30 作业: P21 第2.1题.辽统奢蔗涌培瑚炽青崔邀昼拥翼谣彼弧孕膳撩琴礁笛骄岁脊龟锰漫既潍佯第2讲古典密码pt课件第2讲古典密码pt课件31
