密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)

密碼學(xué)基礎(chǔ)--古典密碼Page

1密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!密碼學(xué)的起源和發(fā)展密碼學(xué)有著悠久而神秘的歷史，人們很難對密碼學(xué)的起始時間給出準(zhǔn)確的定義。三個階段：1949年之前密碼學(xué)是一門藝術(shù)1949～1975年密碼學(xué)成為科學(xué)1976年以后密碼學(xué)的新方向——公鑰密碼學(xué)

密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!第1階段—從古代到1949年這一時期可以看作是科學(xué)密碼學(xué)的前夜時期，這階段的密碼技術(shù)可以說是一種藝術(shù)，而不是一種科學(xué)，密碼學(xué)專家常常是憑知覺和信念來進行密碼設(shè)計和分析，而不是推理和證明。主要特點：數(shù)據(jù)的安全基于算法的保密。密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!第1階段—從古代到1949年隱寫術(shù)（公元前440年出現(xiàn)在古希臘戰(zhàn)爭中）。當(dāng)時為了安全傳送軍事情報，奴隸主剃光奴隸的頭發(fā)，將情報寫在奴隸的光頭上，待頭發(fā)長長后將奴隸送到另一個部落，再次剃光頭發(fā)，原有的信息復(fù)現(xiàn)出來，從而實現(xiàn)這兩個部落之間的秘密通信。密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!第1階段—從古代到1949年我國古代也早有以藏頭詩、藏尾詩、漏格詩及繪畫等形式，將要表達的真正意思或“密語”隱藏在詩文或畫卷中特定位置的記載，一般人只注意詩或畫的表面意境，而不會去注意或很難發(fā)現(xiàn)隱藏其中的“話外之音”。密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!20世紀(jì)早期密碼機密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!第2階段—從1949年到1975年1949年Shannon發(fā)表了題為《保密通信的信息理論》的著名論文，把密碼學(xué)置于堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上，標(biāo)志著密碼學(xué)作為一門學(xué)科的形成，這是密碼學(xué)的次飛躍。主要特點：數(shù)據(jù)安全基于密鑰而不是算法的保密。密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!第3階段—從1976年至今受Diffie和Hellman的思想啟迪，各種公鑰密碼體制被提出，特別是1978年RSA公鑰密碼體制的出現(xiàn)，成為公鑰密碼的杰出代表，并成為事實標(biāo)準(zhǔn)，在密碼學(xué)史上是一個里程碑。

密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!1.1密碼學(xué)的基本概念密碼學(xué)（cryptology）作為數(shù)學(xué)的一個分支，是密碼編碼學(xué)和密碼分析學(xué)的統(tǒng)稱。使消息保密的技術(shù)和科學(xué)叫做密碼編碼學(xué)（cryptography)破譯密文的科學(xué)和技術(shù)就是密碼分析學(xué)（cryptanalysis）

密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!1.1密碼學(xué)的基本概念密碼體制的定義定義1.1.1密碼體制：密碼體制的構(gòu)成包括以下要素：（1）M：明文消息空間，表示所有可能的明文組成的有限集。（2）C：密文消息空間，表示所有可能的密文組成的有限集。（3）K：密鑰空間，表示所有可能的密鑰組成的有限集。（4）E：加密算法集合。（5）D：解密算法集合。密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!1.1密碼學(xué)的基本概念密碼體制的分類對稱密匙密碼系統(tǒng)SymmetricKeyCryptosystem

加密密鑰=解密密鑰

非對稱密匙密碼系統(tǒng)AsymmetricKeyCryptosystem

加密密鑰≠解密密鑰

鑰匙是保密的

加密密鑰為公鑰（PublicKey）解密密鑰為私鑰（PrivateKey）密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!1.1密碼學(xué)的基本概念密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!1棋盤密碼棋盤密碼是公元前2世紀(jì)前后由希臘作家Polybius提出來的，在當(dāng)時得到了廣泛的應(yīng)用。棋盤密碼的密鑰如下表所示：123451ABCDE2FGHI/JK3LMNOP4QRSTU5VWXYZ密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!2移位密碼移位密碼的加密對象為英文字母，移位密碼采用對明文消息的每一個英文字母向前推移固定位的方式實現(xiàn)加密。換句話說，移位密碼實現(xiàn)了26個英文字母的循環(huán)移位。移位密碼中，當(dāng)取密鑰k=3時，得到的移位密碼稱為凱撒密碼，因為該密碼體制首先被JuliusCaesar所使用。密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!3代換密碼定義1.2.3代換密碼體制：令是上所有可能置換構(gòu)成的集合。對任意的置換這里和互為逆置換。，定義：密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!5仿射密碼仿射密碼是移位密碼的一個推廣，其加密過程中不僅包含移位操作，而且使用了乘法運算。

令密鑰空間為定義：對任意密鑰定義1.2.5仿射密碼的密碼體制密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!明文字符對應(yīng)的整數(shù)為假設(shè)：仿射密碼的密鑰為

13key=(11,3)加密密文為：16解密密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!假設(shè)：明文為：securitysecurityeuscirty1234123422441133加密1234123433114422解密security密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!1.3古典密碼統(tǒng)計分析根據(jù)密碼分析的Kerckhoffs原則：攻擊者知道所用的加密算法的內(nèi)部機理，不知道的僅僅是加密算法所采用的加密密鑰常用的密碼分析攻擊分為以下四類：1.惟密文攻擊(Ciphertextonlyattack)2.已知明文攻擊(Knowplaintextattack)3.選擇明文攻擊(Chosenplaintextattack)4.選擇密文攻擊（Chosenciphertextattack）：密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!第1階段—從古代到1949年密碼學(xué)用于通信的另一個記錄是斯巴達人于公元前400年應(yīng)用Scytale加密工具在軍官間傳遞秘密信息。Scytale實際上是一個錐形指揮棒，周圍環(huán)繞一張羊皮紙，將要保密的信息寫在羊皮紙上。解下羊皮紙，上面的消息雜亂無章、無法理解，但將它繞在另一個同等尺寸的棒子上后，就能看到原始的消息。密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!第1階段—從古代到1949年到了20世紀(jì)20年代，隨著機械和機電技術(shù)的成熟，以及電報和無線電需求的出現(xiàn)，引起了密碼設(shè)備方面的一場革命——發(fā)明了轉(zhuǎn)輪密碼機（簡稱轉(zhuǎn)輪機，Rotor），轉(zhuǎn)輪機的出現(xiàn)是密碼學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志之一。密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!關(guān)于二戰(zhàn)的密碼小插曲美國在1942年制造出了世界上臺計算機.二戰(zhàn)期間,日本采用的最高級別的加密手段是采用M-209轉(zhuǎn)輪機械加密改進型—紫密,在手工計算的情況下不可能在有限的時間破解,美國利用計算機輕松地破譯了日本的紫密密碼,使日本在中途島海戰(zhàn)中一敗涂地,日本海軍的主力損失殆盡.（現(xiàn)代計算機每秒可執(zhí)行萬億次）1943年,在獲悉山本五十六將于4月18日乘中型轟炸機，由6架戰(zhàn)斗機護航，到中途島視察時,羅斯?？偨y(tǒng)親自做出決定截擊山本,山本乘坐的飛機在去往中途島的路上被美軍擊毀,山本墜機身亡,日本海軍從此一蹶不振.密碼學(xué)的發(fā)展直接影響了二戰(zhàn)的戰(zhàn)局!密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!第3階段—從1976年至今1976年，W．Diffie和M．Hellman在發(fā)表的文章“密碼學(xué)的新動向”中提出了公開密鑰的思想，從而開創(chuàng)了公鑰密碼學(xué)的新紀(jì)元，導(dǎo)致了密碼學(xué)上的一場革命，這是密碼學(xué)的第二次飛躍。主要特點：公鑰密碼使得發(fā)送端和接收端無密鑰傳輸?shù)谋Ｃ芡ㄐ懦蔀榭赡堋Ｃ艽a學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!

古典密碼密碼學(xué)基本概念幾種典型的古典密碼體制古典密碼的統(tǒng)計分析密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!1.1密碼學(xué)的基本概念密碼學(xué)的基本目的是面對攻擊者Oscar，在被稱為Alice和Bob的通信雙方之間應(yīng)用不安全的信道進行通信時，保證通信安全。明文密文明文AliceBobOscar密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!1.1密碼學(xué)的基本概念明文密文明文AliceBob加密密匙解密密匙保密通信的一般機制密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!1.1密碼學(xué)的基本概念密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!1.2古典密碼體制1、棋盤密碼2、移位密碼3、代換密碼4、維吉尼亞密碼5、仿射密碼6、置換密碼密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!123451qwert2yui/jop3asdfg4hklzx5cvbnmsecurity3213512214231521security密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!ABCDEFGHIJKLM00010203040506070809101112NOPQRSTUVWXYZ13141516171819202122232425假設(shè)明文為：security180402201708192425110901241502051804022017081924security加密解密zljbypcf密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!ABCDEFGHIJKLMqwertyuiopasdNOPQRSTUVWXYZfghjklzxcvbnm假設(shè)明文為：securityktexloznsecurity加密：解密：密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!4維吉尼亞密碼單表代換密碼移位密碼、仿射密碼等等多表代換密碼維吉尼亞密碼（Vigenèrecipher），它是由法國人BlaisedeVigenère在16世紀(jì)提出的。定義1.2.4維吉尼亞密碼體制：令是一個正整數(shù)，。對任意的密鑰

定義:如果已經(jīng)在26個英文字母和之間建立了一一對應(yīng)的關(guān)系，則每一個密鑰都相當(dāng)于一個長度為m的字母串，被稱為密鑰字。密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!security18040220170819241804022017081924like110810042912122428162928Mod260312122402160302DMMYCQDC加密密文密碼學(xué)基礎(chǔ)古典密碼學(xué)共37頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!6置換密碼通過重新排列消息中元素的位置而不改變元素本身的方式，對一個消息進行變換。這種加密機制稱為置換密碼(也稱為換位密碼)。定義1.2.6置換密碼體制令是一個正整數(shù)，K是上所有可能置換構(gòu)成的集合。對任意的，定義：其中π和互為上的逆置換，為分組長度。對于長度大于分組長度的明文消息，可對明文消息先按照長度進行分組，然后對每一個分組消息重復(fù)進行同