古典密码及分析

实验2 古典密码1.实验目的（1）了解古典密码中的基本加密运算。

（2）了解几种典型的古典密码体制。

（3）掌握古典密码的统计分析方法。

2.实验内容（1）古典密码体制①简单移位加密（单表代换）该加密方法中，加密时将明文中的每个字母向前推移K位。

经典恺撒密码加密变换就是这种变换，取k=3。

步骤1：打开CAP4软件，并加载实验一附带的“mw.txt”，如图2-1所示。

图2-1加载文件步骤2：采用恺撒加密方法手工加密“mw.txt”;打开CAP4菜单栏“Cipher”菜单项选择“simple shift”选项，并选择移位值“shift value”为3，加密步骤1中加载的文件，如图2-2所示。

图2-2 参数设置图2-3加密文件步骤3：比较二者的加密结果是否相同。

步骤4：点击CAP4软件中的“Simple analysis”下的“shift”键，观察恺撒加密法的可能密钥值，并分析其攻击的难度，如图2-4所示。

图2-4密钥分析②仿射密码加密（单表代换）在仿射密码加密(affine cipher)中，字母表中的字母被赋予一个数字，例如，a=0,b=1,c=2,…,z=25.仿射密码加密法的密钥为0~25之间的数字对（a,b）。

a与26的最大公约数必须为1，这就是说能整除a和26的数只有1.现在假设m为明文字母的数字，而c为密文字母的数字，那么，这两个数字之间有如下关系： c=(am+b)(mod 26)m=a-1(c-b)(mod 26)其中，（mod 26）的操作是：除以26，得其余数。

例如，选取密钥为（7，3）。

因为7与26互素，也就是只有公约数1，所以（7，3）可以作为仿射密码的加密钥。

将“hot”转换成数字7、14、19，利用仿射等式生成： c(H)=(7×7+3) mod 26=52 mod 26=0,即为字母“a“。

c(O)=(7×14+3) mod 26=101 mod 26=23,即为字母“x“.c(T)=(7×19+3) mod 26=136 mod 26=6,即为字母”g”. 这样，对于这个密钥，”hot”变成了“axg“.CAP4软件中实现仿射密码加密：步骤1：在CAP4软件中加载要加密地的明文“mw.txt“.步骤2：选取Cipher菜单下的Affine Cipher菜单项，弹出如下对话框，如图2-5所示。

古典密码-普莱菲尔密码Playfair本⽂⽬的在于整合了⽹上的Playfair Cipher原理、解密及算法实现⼤部分均为转载，可以链接到原⽂地址查看，这⾥只是整合⽂章简介以下直接搬运原⽂，便于查看，也可以直接链接到原⽂地址查看ctf-wiki-PlayfairPlayfair 密码（Playfair cipher or Playfair square）是⼀种替换密码，1854 年由英国⼈查尔斯 · 惠斯通（Charles Wheatstone）发明，基本算法如下：选取⼀串英⽂字母，除去重复出现的字母，将剩下的字母逐个逐个加⼊ 5 × 5 的矩阵内，剩下的空间由未加⼊的英⽂字母依 a-z 的顺序加⼊。

注意，将 q 去除，或将 i 和 j 视作同⼀字。

将要加密的明⽂分成两个⼀组。

若组内的字母相同，将 X（或 Q）加到该组的第⼀个字母后，重新分组。

若剩下⼀个字，也加⼊ X 。

在每组中，找出两个字母在矩阵中的地⽅。

若两个字母不同⾏也不同列，在矩阵中找出另外两个字母（第⼀个字母对应⾏优先），使这四个字母成为⼀个长⽅形的四个⾓。

若两个字母同⾏，取这两个字母右⽅的字母（若字母在最右⽅则取最左⽅的字母）。

若两个字母同列，取这两个字母下⽅的字母（若字母在最下⽅则取最上⽅的字母）。

新找到的两个字母就是原本的两个字母加密的结果。

以 playfair example 为密匙，得P L A Y FI R E X MB C D G HK N O Q ST U V W Z要加密的讯息为 Hide the gold in the tree stumpHI DE TH EG OL DI NT HE TR EX ES TU MP就会得到BM OD ZB XD NA BE KU DM UI XM MO UV IF-Playfair该⽹站详细地介绍了Playfair密码，包括历史、运⽤、⽹页实现、python实现等等唯⼀的缺点就是全英Cryptanalysis of the Playfair cipher⽂章介绍了Playfair密码的破译，不过⼜是英⽂Decrypto在线⽹页CAPtfEncoder。

古典密码汇总
古典密码是指在计算机技术出现之前使用的一种数据加密方式。

以下是一些常见的古典密码：
1. 凯撒密码：将明文中的每个字母按照字母表顺序向后移动固定的位置来生成密文。

2. 维吉尼亚密码：通过使用不同的密钥按字母表顺序对明文逐字母进行移位加密。

3. 单换密码：根据某种规则将明文中的每个字母替换为另一个字母来生成密文。

4. 多换密码：类似于单换密码，但使用多个替换规则来加密明文。

5. 栅栏密码：将明文按照一定长度分成多行，然后按行输出密文。

6. 简单替换密码：将明文中的每个字母替换为另一个字母或符号来生成密文。

7. 维因纳尔方阵密码：使用一个方阵将明文中的字母映射为密文中的其他字母。

8. 培根密码：将明文中的每个字母映射为5个二进制位，然后用A和B表示。

这只是一小部分古典密码，还有许多其他类型的古典密码存在。

由于古典密码的安全性相对较低，现代密码学已经发展出了更加复杂和安全的加密算法。

古今密码：数学与密码学密码，作为一种信息保护的手段，自古以来就发挥着重要的作用。

古代人们使用各种方法保护重要信息的传递，而现代密码学的发展更是开启了数字时代的密码保护方式。

本文将介绍古代密码和现代密码学在数学领域的发展，并探讨它们之间的联系和区别。

一、古代密码的发展1. 凯撒密码凯撒密码是古代罗马大帝凯撒所使用的一种加密方法。

它采用了位移的方式对字母进行加密，即将明文中的每个字母向后移动固定的位数。

凯撒密码在古代起到了一定的保密作用，但由于位移数固定，容易被破解。

2. 维吉尼亚密码维吉尼亚密码由法国外交官布莱斯·德·维吉尼亚于16世纪发明。

它使用了多个凯撒密码的循环，每个循环的位移数不同。

这种密码对长度为n的明文，使用长度为n的密钥进行加密，提高了保密性。

3. 替换密码替换密码是古代常见的一种加密方式，通过将明文中的字母替换为其他字母或符号来达到保密的目的。

在古代，常使用字母表的重新排序或字母替换表来进行加密。

二、现代密码学的发展1. 对称密码学对称密码学也被称为私钥密码学，它在加密和解密过程中使用相同的密钥。

对称密码学的算法分为分组密码和流密码两种形式。

分组密码将明文拆分为固定长度的数据块，通过对数据块进行数学运算和位运算来进行加密。

流密码则是每次处理1位或1字节的明文数据，通过对明文和密钥进行异或运算来实现加密。

2. 公钥密码学公钥密码学也被称为非对称密码学，它在加密和解密过程中使用不同的密钥。

公钥密码学的基本原理是利用数论中的数学难题，例如大质数的因数分解问题或离散对数问题。

常见的公钥密码学算法包括RSA、ElGamal等。

三、数学在密码学中的应用1. 素数和因数分解在公钥密码学中，加密和解密的过程依赖于大质数的因数分解。

由于目前无可靠的算法能够快速地对大质数进行因数分解，因此保证大质数的安全性对于保证公钥密码学的安全性至关重要。

2. 置换和排列置换密码和排列密码是现代密码学中常用的加密算法。

古典密码和流密码的原理及应用古典密码和流密码是密码学中两种基本的加密方法，它们都有着各自独特的原理和应用。

本文将深入介绍古典密码和流密码的原理，以及它们在实际中的应用。

古典密码是指一种使用简单的替换或排列规则对明文进行加密的加密方法。

古典密码包括凯撒密码、简单曹文和多替换密码等。

凯撒密码是最为典型的古典密码之一。

凯撒密码顾名思义，就是由古罗马军事家凯撒创立的一种密码算法。

凯撒密码的原理是将明文中的每个字母按照一个固定的偏移量进行位移，以得到密文。

若偏移量为3，那么明文中的字母A就被替换成D，B替换为E，以此类推。

而解密过程则是将密文中的字母按同样的偏移量进行逆向位移，得到原始明文。

古典密码的原理相对简单，适用于只具备基本加密需求的场景。

由于其固定的替换或者排列规则，古典密码容易受到密码分析的攻击，安全性较低。

在现代的密码保护领域，古典密码已经渐渐被更安全的加密方法所替代。

流密码是另一种加密方法，它采用了更为复杂的原理进行加密。

流密码的基本原理是利用一个伪随机序列对明文进行逐位的加密。

这个伪随机序列可以通过特定的算法以及一个密钥生成，而密钥则决定了伪随机序列的生成规则。

流密码的一个经典应用是RC4流密码算法。

RC4是由著名密码学家罗纳德·里维斯提出的一种流密码算法，它被广泛应用于SSL/TLS协议中，用于保护网络通信的安全性。

RC4算法使用了一个变长的密钥进行初始化，并以此生成一个伪随机的密钥流，再将这个密钥流与明文进行逐位的异或运算，得到密文。

解密过程与加密过程类似，将密文与生成的密钥流进行异或运算，还原出原始明文。

流密码相对于古典密码来说，具有更高的安全性。

因为伪随机序列的长度会根据密钥的长度而变化，使得密码分析者难以找到规律进行破解。

流密码的加密过程是逐位进行的，使得即使部分明文泄露，也无法得知整个密文的信息。

流密码则可以提供更高的安全性，适用于对信息保密要求较高的场景，比如网络通信和金融交易等领域。

古典密码运用的数学知识在现代，大量的信息都是以数字和文字的形式传递的，这些信息通常是不公开的受保护的，所以，密码学的发展对于不受损害的传输和接收信息以及对于建立一套可靠的安全系统而言，都极其重要。

在密码学的研究中，古典密码学（Classical Cryptography）是一个重要分支，主要涉及数学知识，在历史上古典密码学也发挥了重要的作用，有助于信息的保密性、可靠性以及不受外界干扰的传输。

首先，什么是古典密码学？古典密码学，也称作简单密码学，是指使用不包含算法、概率等高级数学知识的简单的密码系统，这些系统被称为古典密码。

古典密码学以纯粹的数学和物理知识为基础，主要是利用数学函数、等式、代数运算等知识实现密码传输和接收，这些密码技术具有可逆性和可交换性，多数古典密码技术都涉及到狭义的元素和群论学科，如圈群、多项式以及真空域的概念。

其次，古典密码的应用。

在历史上，古典密码技术被用来保护统治者、军队、政府部门和军事机构等秘密活动。

在战争期间，古典密码学经常被用来传递信息，以保证消息的安全性，古典密码也常常用于破解敌人的信息，以帮助军队取得胜利。

在越来越多的信息安全应用领域，如网络安全、电子商务、商业数据库、金融交易等，古典密码学也被广泛用于实现安全传输、认证保护等功能。

最后，古典密码学的发展前景。

随着技术的发展，古典密码学的研究也在不断发展，以适应传输信息的新趋势，其发展趋势主要集中在以下几个方面：1、关于古典密码系统的安全性和可用性的研究，以更好地保护数字信息，抵御网络攻击以及解密对手的破译攻击；2、对古典密码的逆向分析和改进，以提高古典密码的安全性，减少密文的大小和传输成本；3、基于古典密码的新的密码系统的研究，开发出新的安全性、可靠性更高的安全算法；4、基于古典密码的多媒体安全传输技术，以满足多媒体信息传输和存储的安全要求。

综上所述，古典密码学有着深厚的数学背景，它的发展和应用对于保护信息安全和不受外界干扰的传输具有重要意义，而随着网络环境和技术的发展，古典密码学也将发挥更大的作用，实现软件和硬件设备上的信息传输安全性的突破性进展。

古典密码的加密方法
古典密码是指在密码学中较早出现和较简单的加密方法，主要包括凯撒密码、凯恩密码、维吉尼亚密码等。

1. 凯撒密码：由罗马帝国大军领袖凯撒所使用的密码。

加密时，将明文中的每个字母向后移动固定的位置。

例如，将明文中的每个字母向后移动三位。

解密时，将密文中的每个字母向前移动三位。

2. 凯恩密码：由大英帝国舰队司令官查尔斯·凯恩所使用的密码。

加密时，将明文中的每个字母移动一个随机位置。

解密时，将密文中的每个字母移动一个相反的位置。

3. 维吉尼亚密码：由伊丽莎白一世女王的情报官员布尔内特所使用的密码。

加密时，根据明文中的字母在密钥中找到对应的字母，将明文字母替换为密钥字母。

密钥是一个周期性的字母序列，长度与明文相同。

解密时，根据密文中的字母在密钥中找到对应的字母，将密文字母替换为密钥字母。

这些古典密码的加密方法在现代密码学中已经不再安全，容易被破解，因此不再被广泛使用。

现代密码学更多地采用基于数学原理的复杂加密算法，如对称加密算法、非对称加密算法等。