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1、第五章 密码学概述本章学习目标n了解密码学的发展和概念n掌握密码学的基础原理n理解几种传统密码技术的原理n5.1 密码学的发展历史n5.2 密码学基础n5.3 传统密码技术5.1 密码学的发展历史密码学的发展历史古希腊 scytale罗马 凯撒密码1918 “The Index of Coincidence and Its Application in Cryptography” 重合指数及其在密码学中的应用第一次世界大战后，美国陆军和海军的机要部门在密码学方面取得根本性发展1949-1967 密码学文献几乎空白1967破译者20世纪70年代后期和80年代初期 NSAScytale 木棍芦花丛
2、里一扁舟，俊杰俄从此地游，义士若能知此理，反躬难逃可无忧。可看成是一个基本的加密算法。水浒中，吴用在卢俊义家题诗：返回本节n密码学的发展历程：n初级形式手工阶段n中间形式机械阶段n高级形式电子与计算机阶段n密码学的基础：数学知识。n密码学涉及数学的各个分支：代数、数论、概率论、信息论、几何、组合学等等。n密码学还涉及：物理、电机工程、量子力学、计算机科学、电子学、系统工程、语言学等等。5.2 密码学基础5.2.1 概念：密码学是研究秘密通信的原理和破译密码的方法的一门科学。主要包括： 密码编制学 密码分析学凯萨密码系统n规则：用数字0,1,224,25分别对应字母A,B,CY,Z。则密文字母表
3、示如下：n +3(mod 26)n例如对字母P加密： =15；n则 15+3 18 18(mod 26)n所以 密文字母为S。n其中密钥为3。n密钥可以为125之间的任何一个数字。n因此， +k(mod 26) k Kn其中，K是密钥集合1,225，也称为密钥空间。n提问：密钥k取7的话，加密P，得到密文是？答案：Wn练习n以密钥2加密下列语句：nI will go to the zoon答案： Kyknniqvqvjgbqqn解密下列文本：nIujwiaeoodehejn破解密钥4nMy name is shilinn缺点：密钥空间太小，容易破解。n改进算法：密钥集加密，如上文用2,4,7,
4、8,1,0,5,5,4,10,11,15,11,8加密得到密文：？n密钥集是随机序列，只能使用一次，且密钥长度等于明文长度。破解难度：2614n加密成有意义的信息：n如：I will go to the zoon密钥16,18,12,15,6,24,12,13,0,21,22,23,15,4,4n密文：you are a good bossn密码系统包含明文字母空间、密文字母空间、密钥空间、算法。n需要隐藏的信息称为明文n加密产生的结果称为密文n加密、解密时使用的信息变换称为密码算法n用于加密和解密的密钥，它可以是数字，词汇或者语句。其他相关术语n将明文转换为密文的过程称为加密n由密文还原成明
5、文的过程称为解密n一个加密系统采用的基本工作方式称为密码体制，密码体制的基本要素是密码算法和密钥。n现代密码学的一个基本原则是一切秘密应寓于密钥之中。n算法可看作是一个常量，规定算法是公开的n密钥则是一个变量，是保密的。返回本节密码通信系统的模密码通信系统的模型型返回本节n5.2.2 不可攻破的密码系统设计的基本要求：n知道密钥，加密容易计算n知道密钥，解密容易计算n不知道密钥时，由密文和加密算法不容易推导出明文。n上述随机序列密钥理论上不可攻破，但是也有缺点：n分发和存储如此大的随机密钥序列（和明文信息等长），很难确保其安全。n如何生成真正的随机序列n人们开始寻求实际上不可攻破的密码系统。n
6、理论上可以攻破n但实际的计算资源超出了实际上的可能性n5.2.3 密码分析n唯密文攻击n已知明文攻击n选择明文攻击n自适应选择明文攻击n发送加密消息n改变、截取或重新发送消息5.3 传统密码技术传统密码技术1.换位加密2.代码加密3.替换加密4.转轮机1.换位加密n变位加密不隐藏原明文的字符，但却将字符重新排列。例如： smetsys retupmocsmetsys retupmoc 出车全火已安发 密钥： 3 1 4 5 2 6 0明文：火车已安全发出返回上级包括两种方式n列换位密码nC a n ynO u b enL I e vnE h e rn周期换位密码nc a n yYevr nbe
7、e auih cole1,2,3,43, 4 , 2, 1n y a c发送秘密消息的最简单方法，就是使用通信双方预先发送秘密消息的最简单方法，就是使用通信双方预先设定的一组代码，它简单而有效，得到了广泛的应用。设定的一组代码，它简单而有效，得到了广泛的应用。例如：例如：密文：老鼠已经出洞了密文：老鼠已经出洞了明文：匪徒已出现在目标区明文：匪徒已出现在目标区 密文：钟涛李易安全到家了密文：钟涛李易安全到家了 明文：黄金和白银已经走私处境了明文：黄金和白银已经走私处境了2. 代码加密返回上级3. 替换加密n明文中的每个字母或每组字母被替换成另一个或一组字母，例如下面的一组字母之间的对应关系就构成
8、了一个替换加密器。明文字母：A B C D密文字母：L K J L返回上级n简单代替密码：如凯萨密码n同音代替密码n多表替代密码：Vigenere密码;游动钥密码n多字母组代替密码3. 替换加密-同音代替密码n（1）Features all sites indexedn（5）by Yahoo in the United States n（11）and supplements n（13）the database with sites of interest n（19）to Canadians. Highlights resites and n（24）categories that are of
9、interest n（29）to Canadian users extended.n上表中，每一个单词的首字母都和一个数字对应，例如字母C与数字20，24，30对应，字母t与数字8，13，19，25，29对应等。n加密时可以用与字母对应的任何一个数字代替字母，如：teacher的密文可能是：13 32 26 20 21 32 223. 替换加密-多表替代密码多表替代密码nVigenere密码n例：M=vig ene rec iph er 密钥：catn则： K=cat cat cat cat ca (2/0/19)n密文 C=xiz gnx tev kpa gr下表是维吉尼亚代换方阵，利用它可
10、进行加密和解密。 加密过程：加密过程：加密过程：加密过程： 以明文字母选择列，以密钥字母选择行，两者的交点就是加密以明文字母选择列，以密钥字母选择行，两者的交点就是加密生成的密文。生成的密文。 解密过程：解密过程：解密过程：解密过程： 以密钥字母选择行，从中找到密码文字母，密码文字母所在列以密钥字母选择行，从中找到密码文字母，密码文字母所在列的列名即为明码文字母。的列名即为明码文字母。思考：思考： 设给定明文设给定明文 m = data security m = data security ，密钥为密钥为 k = best k = best ，利用维吉尼亚密码给出密文。利用维吉尼亚密码给出密文
11、。3. 替换加密-多表替代密码多表替代密码n游动钥密码：是一种非周期性的Vigenere密码，他的密钥和明文信息一样长，而且不重复。n例：密钥可以选择小说里的一段字母等等。nM=the obj ect of nK=whe nIn the conC=poi bjw xjx qt3. 替换加密-多字母组代替密码Playfair密码n密钥是25个字母组成的五阶方阵。n按规则进行加密n例：M=bo xo ks to re C= id rg lp qd hgHARPSICO DBEFGKLM NQ TUVW XYZn思考：n 用Playfair密码加密明文computation得到的密文是？n n答案：co mp ut at io nxn密文：od th mu pn cd qwHARPSICO DBEFGKLM NQ TUVW XYZ4.转轮机n键盘+一系列转轮返回本节键盘A22WKS148将A加密成S5.5 现代密码体制n对称密码体制和非对称密码体制（重点）n流密码和分组密码体制n其他见课本，自己阅读返回本节课后作业P71 练习第1、2、3题
