古典密码学特点
古典密码学是指在计算机技术发展之前，人们使用的各种密码学方法。其特点如下：
1. 单一密钥：古典密码学中使用的是单一密钥，即加密和解密使用同一个密钥。这种方法的缺点是密钥容易被破解，因为只要攻击者获得了密文，就可以通过尝试所有可能的密钥来破解。
2. 易受攻击：古典密码学中的加密算法很容易受到各种攻击，如频率分析、差分攻击、线性攻击等。这些攻击方法可以通过分析密文的统计特征、差异和线性关系来破解加密算法。
3. 无法保证机密性：由于古典密码学中使用的加密算法容易被破解，因此无法保证机密性。一旦攻击者破解了密文，就可以轻松地获取明文信息。
4. 依赖于人类记忆：古典密码学中的加密密钥通常是由人类记忆的，这意味着密钥很容易被忘记或泄露。一旦密钥丢失或泄露，就会导致加密信息的泄露。
5. 适用范围有限：古典密码学中的加密算法只适用于少量数据的加密，因为加密算法的复杂度很低，无法处理大量数据的加密。
总的来说，古典密码学的特点是安全性差、易受攻击、无法保证机密性、依赖于人类记忆、适用范围有限。随着计算机技术的发展，古典密码学已经逐渐被现代密码学所取代。
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“.
古典密码学 爱伦坡所说：密码可破!人类的智慧不可能造成这样的密码，使得人类本身的才智即使运用得当也无法破开它! 一、密码学的发展历程 密码学在公元前400多年就早已经产生了，正如《破译者》一书中所说“人类使用密码的历史几乎与使用文字的时间一样长”。密码学的起源的确要追溯到人类刚刚出现，并且尝试去学习如何通信的时候，为了确保他们的通信的机密，最先是有意识的使用一些简单的方法来加密信息，通过一些（密码）象形文字相互传达信息。接着由于文字的出现和使用，确保通信的机密性就成为一种艺术，古代发明了不少加密信息和传达信息的方法。例如我国古代的烽火就是一种传递军情的方法，再如古代的兵符就是用来传达信息的密令。就连闯荡江湖的侠士，都有秘密的黑道行话，更何况是那些不堪忍受压迫义士在秘密起义前进行地下联络的暗语，这都促进了密码学的发展。 事实上，密码学真正成为科学是在19世纪末和20世纪初期，由于军事、数学、通讯等相关技术的发展，特别是两次世界大战中对军事信息保密传递和破获敌方信息的需求，密码学得到了空前的发展，并广泛的用于军事情报部门的决策。例如在希特勒一上台时，德国就试验并使用了一种命名为“谜”的密码机，“谜”型机能产生220亿种不同的密钥组合，假如一个人日夜不停地工作，每分钟测试一种密钥的话，需要约4.2万年才能将所有的密钥可能组合试完，希特勒完全相信了这种密码机的安全性。然而，英国获知了“谜”型机的密码原理，完成了一部针对“谜”型机的绰号叫“炸弹”的密码破译机，每秒钟可处理2000个字符，它几乎可以破译截获德国的所有情报。后来又研制出一种每秒钟可处理5000个字符的“巨人”型密码破译机并投入使用，至此同盟国几乎掌握了德国纳粹的绝大多数军事秘密和机密，而德国军方却对此一无所知；太平洋战争中，美军成功破译了日本海军的密码机，读懂了日本舰队司令官山本五十六发给各指挥官的命令，在中途岛彻底击溃了日本海军，击毙了山本五十六，导致了太平洋战争的决定性转折。因此，我们可以说，密码学为战争的胜利立了大功。在当今密码学不仅用于国家军事安全上，人们已经将重点更多的集中在实际应用，在你的生活就有很多密码，例如为了防止别人查阅你文件，你可以将你的文件加密；为了防止窃取你钱物，你在银行账户上设置密码，等等。随着科技的发展和信息保密的需求，密码学的应用将融入了你的日常生活。 二、密码学的基础知识 密码学(Cryptogra phy)在希腊文用Kruptos(hidden)+graphein(to write)表达，现代准确的术语为“密码编制学”，简称“编密学”，与之相对的专门研究如何破解密码的学问称之为“密码分析学”。密码学是主要研究通信安全和保密的学科，他包括两个分支：密码编码学和密码分析学。密码编码学主要研究对信息进行变换，以保护信息在传递过程中不被敌方窃取、解读和利用的方法，而密码分析学则于密码编码学相反，它主要研究如何分析和破译密码。这两者之间既相互对立又相互促进。密码的基本思想是对机密信息进行伪装。一个密码系统完成如下伪装：加密者对需要进行伪装机密信息（明文）进行伪装进行变换（加密变换），得到另外一种看起来似乎与原有信息不相关的表示（密文），如果合法者（接收者）获得了伪装后的信息，那么他可以通过事先约定的密钥，从得到的信息中分析得到原有的机密信息（解密变换），而如果不合法的用户（密码分析者）试图从这种伪装后信息中分析得到原有的机密信息，那么，要么这种分析过程根本是不可能的，要么代价过于巨大，以至于无法进
古典密码的实验报告 古典密码的实验报告 引言： 密码学作为一门古老而又神秘的学科，一直以来都吸引着人们的兴趣。在古代，人们用各种各样的密码来保护重要信息的安全性。本实验旨在通过实际操作， 探索古典密码的加密原理和破解方法，从而深入了解密码学的基本概念和应用。 一、凯撒密码 凯撒密码，又称移位密码，是最简单的一种古典密码。其原理是通过将明文中 的每个字母按照一定的规则进行移位，得到密文。在本实验中，我们选择了一 个简单的凯撒密码进行破解。 首先，我们选择了一段明文：“HELLO WORLD”，并将其按照凯撒密码的规则进 行移位，假设移位数为3，则得到密文：“KHOOR ZRUOG”。接下来，我们尝试 使用暴力破解的方法来还原明文。 通过尝试不同的移位数，我们发现当移位数为3时，得到的明文与原文完全一致。这表明我们成功地破解了凯撒密码，并还原了原始的明文。 二、维吉尼亚密码 维吉尼亚密码是一种基于多个凯撒密码组合而成的密码算法。其原理是通过使 用不同的移位数对明文进行加密，从而增加了密码的复杂度。 在本实验中，我们选择了一段明文：“CRYPTOGRAPHY”，并使用维吉尼亚密码 进行加密。我们选择了一个关键词“KEY”作为加密密钥。首先，我们将关键词“KEY”重复至与明文长度相同，得到“KEYKEYKEYKEYK”。然后，将明文中的每个 字母与关键词中对应位置的字母进行凯撒密码的移位操作。
经过加密后，我们得到了密文：“LXFOPVEFRNHR”。接下来，我们尝试使用破 解方法来还原明文。 通过尝试不同的关键词和移位数的组合，我们发现当关键词为“KEY”且移位数为 3时，得到的明文与原文完全一致。这表明我们成功地破解了维吉尼亚密码， 并还原了原始的明文。 三、栅栏密码 栅栏密码是一种基于换位操作的密码算法。其原理是通过将明文中的字母按照 一定的规则进行重新排列，得到密文。 在本实验中，我们选择了一段明文：“HELLO WORLD”，并使用栅栏密码进行加密。我们选择了栅栏的高度为3。首先，我们将明文按照栅栏的高度进行分组，得到： H O L W R D E L O L 然后，将每一列的字母按照从上到下的顺序排列，得到密文：“HOWELRDLO”。接下来，我们尝试使用破解方法来还原明文。 通过尝试不同的栅栏高度，我们发现当栅栏高度为3时，得到的明文与原文完 全一致。这表明我们成功地破解了栅栏密码，并还原了原始的明文。 结论： 通过本次实验，我们深入了解了古典密码的加密原理和破解方法。凯撒密码、 维吉尼亚密码和栅栏密码都是古典密码中常见且简单的加密算法。然而，随着 现代密码学的发展，这些古典密码已经不再安全可靠。在实际应用中，我们需 要使用更加复杂和安全的现代密码算法来保护重要信息的安全性。
密码技术专题（二）—古典密码体制 ?1、密码体制的概念 o明文信源 o密文 o密钥与加密运算 o密码体制 ?2、古典密码体制的发展 o古典加密方法 o代替密码 o换位密码 o转轮密码 ?3、几种典型的古典密码体制 o CAESAR体制 o双字的Playfair体制 o维吉尼亚体制 o Hill体制 我们已经知道，一个密码体制由明文信源、密文、密钥与加密运算这四个基本要素构成，下面我们将进一步给出它们的数学模型。 1、明文信源 直观地讲，明文信源就是明文字母表或者明文字母。比如所有的英文字母、全部的中文字符就是典型的明文字母表。准确一点，明文信源还应当包含明文字母的概率分布。如果用X表示明文字母表，则它的元素x∈X则就是明文字母。在明文字母表中，不同的明文字母出现的频率往往是不同的，比如在26个英文字母中，一般来说字母“e”的频率最高；而在汉字中，可能是“的”字频率最高。 所以，一个明文信源记为S=[X,p(x)]，其中X为明文字母表，p(x)为明文字母x∈X 出现的概率，而且p(x)满足如下条件：对任何x∈X，p(x)≥0，且∑p(x)=1。 2、密文 密文由密文字母表Y和密文字母y∈Y组成，密文字母表一般是指密文可能使用的全部字母的集合，而y∈Y是它的元素。密文字母表可以与明文字母表相同，也可以不同。 3、密钥与加密运算 密钥用来从密码体制的一组加密运算中选择一个加密运算（或者称为加密步），密钥允许你按照以前制定的规则改变加密，比如每天，或每份报之后，或者每个
字符之后。通常，密钥的组织和编排须利于它们允许通过简单的规则产生单独的加密步。加密方法的组合复杂度取决于在此方法下密钥的数量。如果用K表示密钥空间，也就是选择加密步的参数集合，k∈K则称为一个密钥。 加密步就是明文字母表X到密文字母表Y的一个映射：E：X→Y，对每个x∈X。由于加密步并不是单一的，而是一族运算，因此我们就可以记为Ek=Ek(x)，其中x∈X，k∈K。除特殊的编码方法外，如多名码或多音码，对于每个k∈K，Ek(x)都是X到Y的1-1映射。 通常要求用户对密钥的选择是随机的，而且密钥的选择与明文无关。这样密钥的使用概率p(k),k∈K与明文的出现概率就是互相独立的。 4、密码体制 在明确了密码体制的几个组成要素的数学模型后，我们就可以给出一个密码体制的数学模型。我们定义S={X，Y，K，p(x,k)，Ek(x), x∈X，k∈K}为一个密码体制。实际上从运算的角度讲，密码体制包含加密系统和解密系统两部分。 如果一个密码体制设计完成，则相应的明文、密文、密钥之间的关系也就随之确定，用概率方法表示为：对任何x∈X，k∈K，y∈E(X)，p(x,y,k)=p(x,k)=p(x)p(k)。 密码技术的应用一直伴随着人类文化的发展，其古老甚至原始的方法奠定了现代密码学的基础。使用密码的目标就是使一份消息或记录对非授权的人是不可理解的。可能有人认为这很容易，但你必须考虑原定的接收方是否能解读消息。如果接收方是没有经验的，随便写个便条他也可能很长时间无法读懂。因此不一定要求加密和解密方法特别复杂，它必须适应使用它的人员的智力、知识及环境。下面我们介绍古典密体制发展演化的过程。 1、古典加密方法 最为人们所熟悉的古典加密方法，莫过于隐写术。它通常将秘密消息隐藏于其它消息中，使真正的秘密通过一份无伤大雅的消息发送出去。隐写术分为两种，语言隐写术和技术隐写术。技术方面的隐写比较容易想象：比如不可见的墨水,洋葱法和牛奶法也被证明是普遍且有效的方法（只要在背面加热或紫外线照射即可复现）。语言隐写术与密码编码学关系比较密切，它主要提供两种类型的方法：符号码和公开代码。 符号码是以可见的方式，如手写体字或图形，隐藏秘密的书写。在书或报纸上标记所选择的字母，比如用点或短划线，这比上述方法更容易被人怀疑，除非使用显隐墨水，但此方法易于实现。一种变形的应用是降低所关心的字母，使其水平位置略低于其它字母，但这种降低几乎让人觉察不到。 一份秘密的信件或伪装的消息要通过公开信道传送，需要双方事前的约定，也就是需要一种公开代码。这可能是保密技术的最古老形式，公开文献中经常可以看到。东方和远东的商人和赌徒在这方面有独到之处，他们非常熟练地掌握了手势
现代密码学教程第二版 谷利泽郑世慧杨义先 欢迎私信指正，共同奉献 1.4 习题 1. 判断题 （1）现代密码学技术现仅用于实现信息通信保密的功能。（） （2）密码技术是一个古老的技术，所以，密码学发展史早于信息安全发展史。（）（3）密码学是保障信息安全的核心技术，信息安全是密码学研究与发展的目的。（）（4）密码学是对信息安全各方面的研究，能够解决所有信息安全的问题。（） （5）从密码学的发展历史可以看出，整个密码学的发展史符合历史发展规律和人类对客观事物的认识规律。（） （6）信息隐藏技术其实也是一种信息保密技术。（） （7）传统密码系统本质上均属于对称密码学范畴。（） （8）早期密码的研究基本上是秘密地进行的，而密码学的真正蓬勃发展和广泛应用源于计算机网络的普及和发展。（） （9）1976 年后，美国数据加密标准（DES）的公布使密码学的研究公开，从而开创了现代密码学的新纪元，是密码学发展史上的一次质的飞跃。（） （10 ）密码标准化工作是一项长期的、艰巨的基础性工作，也是衡量国家商用密码发展水平的重要标志。（） 2. 选择题 （1）1949 年，（）发表题为《保密系统的通信理论》，为密码系统建立了理论基础，从此密码学成了一门科学。 A. Shannon B.Diffie C.Hellman D.Shamir 3）篡改的攻击形式是针对信息（）的攻击。
（2）截取的攻击形式是针对信息（）的攻击。 A. 机密性 B.完整性 C. 认证性 D. 不可抵赖性 3）篡改的攻击形式是针对信息（）的攻击。
A. 机密性 B.完整性 C. 认证性 D. 不可抵赖性 （4）伪造的攻击形式是针对信息（）的攻击。 A. 机密性 B.完整性 C. 认证性 D. 不可抵赖性 （5）在公钥密码思想提出大约一年后的1978 年，美国麻省理工学院的Rivest 、（）和Adleman 提出RSA的公钥密码体制，这是迄今为止第一个成熟的、实际应用最广的公钥密码体制。 A. Shannon B.Diffie C.Hellman D.Shamir 3. 填空题 （1）信息安全的主要目标是指、、 和、可用性。 （2）经典的信息安全三要素、、，是信息安全的 核心原则。 （3）根据对信息流造成的影响，可以把攻击分为五类：、、、 和重放，进一步可概括为两类：和 （4）1949 年，香农发表题为，为密码系统建立了理论基础， 从此密码学成了一门科学。 （5）密码学的发展大致经历了两个阶段：、 （6）1976 年，W.Diffie 和M.Hellman 在一文中提出了公开密钥密码的思想，从而开创了现代密码学的新领域。 （7）密码学的发展过程中，两个质的飞跃分别指和 （8）是社会信息化密码管理的依据。 4. 术语解释 （1）机密性 （2）完整性 （3）认证性 （4）不可抵赖性 5. 简答题 （1）信息安全中常用的攻击分别指是什么？分别使用什么密码技术能抵御这些攻击。 （2）简述密码学和信息安全的关系。
应用密码学实验一古典密码 一、实验目的 学习常见的古典密码学算法，通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体制的了解，为深入学习密码学奠定基础。 二、实验要求 分析替代密码算法和置换密码算法的功能需求，详细设计实现替代密码算法和置换密码算法的数据结构和流程，给出测试用例和测试步骤，得出测试和结论。 三、实验原理 古典密码算法曾被广泛应用，大都比较简单，使用手工和机械操作来实现加密和解密。它的主要应用对象是文字信息，利用密码算法实现文字信息的加密和解密。下面介绍两种常见的具有代表性的古典密码算法，以帮助读者对密码算法建立一个初步的印象。 1.替代密码 替代密码的原理是使用替代法进行加密，就是将明文由其它的字母、数字或符合所代替后形成密文。这里每个明文字母对应的密文字母可能是一个，也可能是多个。接收者对密文进行逆向替换即可得到明文。替代密码有五种表现形式： ○1单表代替 即简单替代密码或者称为单字母代替，明文字母表中的一个字符对应密文字母表中的一个字符。这是所有加密中最简单的方法。 ○2多表代替 即由多个简单代替组成，也就是使用了两个或两个以上的代替表。比如使用有5个简单代替表的代替密码，明文的第一个字母用第一个代替表，第二个字母用第二个表，第三个字母用第三个表，以此类推，循环使用这五张代替表。多表代替密码由莱昂.巴蒂斯塔于1568年发明，著名的维吉尼亚密码和博福特密码均是多表代替密码。 关于单表替代密码——凯撒(Caesar)密码，又叫循环移位密码。它的加密方法就是将明文中的每个字母用字母表中该字母后的第R个字母来替换，达到加密的目的。它的加密过程可以表示为下面的函数： =+ E m m k n ()()mod E m为其中，ｍ为明文字母在字母表中的位置数；ｎ为字母表中的字母个数；ｋ为密钥；()密文字母在字母表中对应的位置数。 k=，则按照上式计算出来的密例如：对于明文字母H，其在字母表中的位置数为8，设4 文为L，计算过程如下： =+=+== (8)()mod(84)mod2612 E m k n L ２．置换密码 置换密码算法的原理是不改变明文字符，而是按照某一规则重新排列消息中的比特或字符顺序，才而实现明文信息的加密。置换密码有时又称为换位密码。 矩阵换位法是实现置换密码的一种常用方法。它将明文中的字母按照给定的顺序安排在一个矩阵中，然后用根据密钥提供的顺序重新组合矩阵中的字母，从而形成密文。例如，明文为attack begins at five，密钥为cipher，将明文按照每行6个字母的形式排在矩阵中，形成如下
滨江学院 课程论文 题目密码学的发展 院系计算机系 专业网络工程 学生姓名XXX 学号 指导教师朱节中 职称副教授 二Ｏ一二年五月二十四日
密码学的发展 XXX 南京信息工程大学滨江学院网络工程专业，南京210044 摘要：密码技术是信息安全的核心技术。如今，计算机网络环境下信息的保密性、完整性、可用性和抗 抵赖性，都需要采用密码技术来解决。密码体制大体分为对称密码（又称为私钥密码）和非对称密码（又称为公钥密码）两种。公钥密码在信息安全中担负起密钥协商、数字签名、消息认证等重要角色，已成为最核心的密码。 关键词：密码；信息安全；密码学的发展；加密技术 1引言 密码学是一个即古老又新兴的学科?《破译者》一书说:“人类使用密码的历史几乎与使用文字的时间一样长?”因为自从有了文字以来,人们为了某种需要总是想法设法隐藏某些信息,以起到保证信息安全的目的?人们最早为了确保通信的机密,通过一些图形或象形文字相互传达信息?又如我国古代的烽火就是一种传递军情的方法?古代的“兵符”就是用来传达信息的密令?连闯荡江湖的侠士和被压迫起义者都各自有一套秘密的黑道行话和地下联络的暗语? 2 密码学的发展 2.1 古典密码学 密码学发展的最初阶段称之为古典密码学? 早期的密码体制创始人之一是朱丽叶斯·凯撒?假设他要发送如下明文信息:gaul is divided into three parts?但他不想让布鲁吐斯(Brutus)读到它,于是将每一个字母向后移三位,这样密文就成为:J D X O L V G L Y L G H G L Q W R W K U H H S D U W V?解密的过程就是将字母移回三位即可(尽量判断怎样将空格还原)?通过这个例子看到移位密码不能很好地适应特殊环境,并且它的抗破译性也不强壮?对此进行改进得到仿射密码,设两个整数α和β,及gcd(α,26)=1,考虑这样的函数x |→αx+β(mod 26)?假设α=9和β=2,可得出9x+2,取一个明文字母如h(=7),它加密成9*7+2≡ 65 ≡ 13(mod 26),就是字母N?使用同样的函数我们得到affine |→ CVVWPM?穷尽搜索覆盖所有312个密钥,显然该方法比同样方法的移位密码花费的时间长,但在计算机中计算起来非常却容易?各种各样的移位密码是在16世纪发明的,但它们大多数于自于Vigenè re方法,直到20世纪,这种加密体制在很多地方被认为是安全的,虽然19世纪,Babbage和Kasiski就已展示了如何攻击它们? 1920年Friedman开发了另外一些加密方法,打破了Vigenère及其相关的密码方法?这个加密的密钥是一个向量,按如下方式来选择?首先,确定一个密钥长度,如6,然后从0~25个整数中选择元素满足这个长度的向量,如k=(21,4,2,19,14,17)?通常情况下密钥所对应的单词是很容易记忆的,称这个单词为向量?系统的安全所在就是既不能知道密钥内容也不能知其长度?下面举的例子利用k来加密信息,首先,取明文的第1个字母并将之移21位,然后将第2个字母移4位,第3个字母移2位等等,一旦到了密钥的末尾,又从头开始,这样第7个字母又移21位,第8个字母移4位等等,加密过程的密码流程表如下: (明文)h e r e I s h o w I t w o r k s (密钥)21 4 2 19 14 17 21 4 7 2 19 14 17 21 4 2 19 (密文)C I T X W J C S Y B H N J V M L 世界上最早的一种密码产生于公元前两世纪。是由一位希腊人提出的，人们称之为棋盘密码，原因为
1、古典密码体制 简单代替密码（simple substitution cipher),又称单表密码（monoalphabetic cipher):明文的相同字符用相应的一个密文字符代替 多表密码（ployalphabetic cipher)：明文中的相同字符映射到密文空间的字符不唯一,有多个。 单表代替是密码学中最基础的一种加密方式。在加密时用一张自制字母表上的字母来代替明文上的字母（比如说A——Z，B——D）来达到加密。移位密码也属于单表代替，只不过比较有规律，相当于集体向前或向后。这种加密方法最容易被破解。破解方法为统计法。在英语中，最常用的字母为E，所以在密文中代替E 的字母出现的频率也最高，由此便可破解。 一般单表替代密码算法特点： ▲密钥空间K很大，|K|=26!=4×1026 ，破译者穷举搜索计算不可行，1微秒试一个密钥，遍历全部密钥需要1013 年。 ▲移位密码体制是替换密码体制的一个特例，它仅含26个置换做为密钥空间。密钥π不便记忆。 ▲针对一般替换密码密钥π不便记忆的问题，又衍生出了各种形式单表替代密码。 多表代替密码：由多个简单的代替密码构成，例如，可能有5个被使用的不同的简单代替密码，单独的一个字符用来改变明文的每个字符的位置。 多表替代密码的特点是使用了两个或两个以上的替代表。著名的维吉尼亚密码和Hill密码等均是多表替代密码。 2、对称密码体制 分组密码的一般设计原理 ?分组密码是将明文消息编码表示后的数字（简称明文数字）序列，划分成长度为n的组（可看成长度为n的矢量），每组分别在密钥的控制下变换成等长的输出数字（简称密文数字）序列， ?DES的操作模式是什么？ 上述5种操作模式均可。 ?AES的操作模式是什么？ 在AES的实际应用中，经常会选择CBC和CTR模式。更多的是选择CTR。
古典密码矩阵排列法 古典密码矩阵排列法 随着信息传输技术的发展，密码学也成为了重要的研究领域之一。密码学可以分为对称加密和非对称加密两种方式，其中古典密码则是对称加密中最古老的一种方式。 古典密码矩阵排列法正是古典密码中的一种，通过将明文按照一定规律排列成矩阵，再按照不同的加密策略进行加密，从而保护信息传输的安全。 下面是古典密码矩阵排列法的具体介绍： 第一步：选择矩阵大小 矩阵的大小取决于明文的长度和加密的需要。一般情况下，明文长度为n，矩阵的大小应该是k * k，其中k*k >=n。 例如，对于明文 "Hello World"，长度为11，可以选择3*4或者4*4的矩阵。 第二步：将明文填充到矩阵中 将明文按照一定顺序（从左到右，从上到下）填充到矩阵中，如果矩
阵大小不够，则需要在矩阵的末尾填充一些无意义的符号。 例如，对于明文 "Hello World"，可以将其填充到3*4的矩阵中，得到如下结果： H e l l o W o r l d X 其中，字符 X 是填充的无意义符号。 第三步：选择加密模式 根据实际需要选择不同的加密模式。在古典密码矩阵排列法中，常用的加密模式包括行置换、列置换和对角线置换等。 行置换：将矩阵的每行重新排列。 例如，对于上述矩阵，进行行置换得到新的矩阵为： l l H e o o W d r l X 列置换：将矩阵的每列重新排列。
例如，对于上述矩阵，进行列置换得到新的矩阵为： o W l l r l d o o H e X l 对角线置换：将矩阵沿对角线翻转，得到新的矩阵。 例如，对于上述矩阵，进行对角线置换得到新的矩阵为： H o r e l l l W X o d 第四步：将加密后的矩阵转换成密文 将加密后的矩阵按照一定规律排列成一行或者一列，即得到加密后的密文。 例如，对于上述矩阵，按照行的顺序排列得到密文为： l l H e o o W d r l X 加密后的密文可以直接传输或者存储，只有解密者拥有正确的解密密
古典密码算法-仿射密码 仿射密码的加密过程包括两个步骤：置换和替换。 首先，置换步骤是将明文中的每个字母与一个数字对应。这个对应关系可以通过一个简单的映射表来实现。比如，可以将'A'映射为0，'B'映射为1，以此类推，直到'Z'映射为25、此外，还可以选择一个正整数作为密钥，用于进行后续的数学运算。 然后，替换步骤是通过一系列的线性运算对明文进行加密。具体的加密算法如下所示： 1. 加密公式：C = (a * P + b) mod 26 其中，C表示密文，P表示明文（对应的数字），a和b是密钥中的两个参数，mod 26表示取模运算（结果范围在0到25之间）。 在这个加密公式中，a被称为乘法参数，b被称为加法参数。通过调整a和b的值，可以改变加密的方式。当a等于1时，相当于没有进行乘法操作；当b等于0时，相当于没有进行加法操作。因此，可以根据具体的需求调整参数的值，以获得不同的加密效果。 例如，假设明文为HELLO，对应的数字为[7,4,11,11,14]，选择密钥a=5，b=8，那么经过加密公式的计算，可以得到密文为RAPPH，对应的数字为[17,0,15,15,7]。 需要注意的是，在解密过程中，需要使用密钥的逆元来进行计算。密钥的逆元可以通过数论中的扩展欧几里得算法或逆元算法来计算得到。通过逆元，可以将密文重新转换为明文。 仿射密码具有以下特点：
1.加密和解密过程都是线性变换，速度较快； 2.密钥空间较大，具有较高的安全性； 3.在明文很大的情况下，可以通过频率分析来破解； 4.对于小范围攻击者，比如只能截获一小部分密文的人来说，被加密的信息难以破解。 虽然仿射密码在安全性上相对较弱，但它仍然是古典密码算法中一种简单而有效的加密方法。在现代密码学中，仿射密码通常用作其他更强大的密码算法的基础，例如Hill密码和Vigenère密码。 总结起来，仿射密码是一种基于线性变换的古典密码算法，在加密和解密过程中使用数论中的原理。它具有一定的安全性和加密效果，并被广泛应用于密码学的初级教学和理论研究中。
密码学 [填空题] 1简述密码学与信息安全的关系。 参考答案：密码技术是实现网络信息安全的核心技术，是保护数据最重要的工具之一。通过加密变换，将可读的文件变换成不可理解的乱码，从而起到保护信息和数据的作用。它直接支持机密性、完整性和非否认性。 密码学尽管在网络信息安全中具有举足轻重的作用，但密码学绝不是确保网络信息安全的唯一工具，它也不能解决所有的安全问题。密码编码与密码分析是一对矛和盾的关系。 [填空题] 2简述密码学发展的三个阶段及其主要特点。 参考答案：密码学的发展大致经历了三个阶段： （1）古代加密方法。特点：作为密码学发展的起始阶段，所用方法简单，体现了后来发展起来的密码学的若干要素，但只能限制在一定范围内使用。主要基于手工的方式实现。 （2）古典密码。特点：加密方法一般是文字置换，使用手工或机械变换的方式实现。古典密码系统已经初步体现出近代密码系统的雏形，它比古代加密方法更复杂，但其变化量仍然比较小。转轮机的出现是这一阶段的重要标志，传统密码学有了很大的进展，利用机械转轮可以开发出极其复杂的加密系统，缺点是密码周期有限、制造费用高等。 （3）近代密码。特点：这一阶段密码技术开始形成一门科学，利用电子计算机可以设计出更为复杂的密码系统，密码理论蓬勃发展，密码算法设计与分析互相促进，出现了大量的密码算法和各种攻击方法。另外，密码使用的范围也在不断扩张，而且出现了以DES为代表的对称密码体制和RSA为代表的非对称密码体制，制定了许多通用的加密标准，促进网络和技术的发展。 [填空题] 3近代密码学的标志是什么？ 参考答案：1949年Claude Shannon发表论文The communication theory of secrecy systems，1976年W.Diffie和M.Hellman发表论文New directions in cryptography，以及美国数据加密标准DES的实施。 [填空题] 4安全机制是什么？ 参考答案：所谓安全机制，是指用来保护系统免受侦听、阻止安全攻击及恢复
密码学的发展史 一、 引论 密码学是以研究秘密通信为目的，即对所要传送的信息采取一种秘密保护，以防止 第三者对信息的窃取的一门学科。密码通信的历史极为久远，其起源可以追溯到几千年前的埃及，巴比化，古罗马和古希腊，古典密码术虽然不是起源于战争，但其发展成果却首先被用于战争。交战双方都为了保护自己的通信安全，窃取对方情报而研究各种方法。这正是密码学主要包含的两部分内容：一是为保护自己的通信安全进行加密算法的设计和研究；二是为窃取对方情报而进行密码分析，即密码破译技术。因而，密码学是这一矛盾的统一体。任何一种密码体制包括5个要素：需要采用某种方法来掩盖其要传送的信息或字符 串称为明文：采用某种方法将明文变为另一种不能被非授权者所理解的信息或字符串称为明文；采用某种方法将明文变为另一种不能被非授权者所理解的信息或字符串的过程称为加密变换；经加密过程将明文变成的信息或字符串称为密文；用于具体加密编码的参数称为密钥，将密文还原为明文的过程称为解密变换。秘密通信的过程可用下面表格来表示： +--------+ 密文 +--------+ 明文--->|加密变换|----->|解密变换|--->明文 +--------+ +--------+ 密钥k 密钥k' 用文字可以表述为：若m 是要传送的明文，在传送前，利用密钥k 将m 经加密变换为密文c 由通信通道发给接收者，接收者根据密钥k'利用解密变换将密文c 变为明文m 。从以上过程可以看出，一个密码体制的安全性依赖于密钥k 的个数和加密变换复杂程度。密钥太少，敌方可以根据其截获的密文用不同的k 逐个试译即可得到明文。也不太多，太多则不利管理。加密变换太简单则容易找出解密变换，太复杂则导致解密过程耗费时间太多，不利于通信。 二、 古典密码 世界上最早的一种密码产生于公元前两世纪。是由一位希腊人提出的，人们称之为棋盘密码，原因为该密码将26个字母放在5×5的方格里，i,j 放在一个格子里，具体情况如下表所示 这样，每个字母就对应了由两个数构成的字符αβ，α是该字母所在行的标号，β是列标号。如c 对应13，s 对应43等。如果接收到密 文为 43 15 13 45 42 15 32 15 43 43 11 22 15 则对应的明文即为secure message 。 另一种具有代表性的密码是凯撒密码。它是将英文字母向前推移k 位。如k=5，则密文字母与明文与如下对应关系 a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E 于是对应于明文secure message ，可得密文为XJHZWJRJXXFLJ 。此时，k 就是密钥。为了传送方便，可以将26个字母一一对应于从0到25的26个整数。如a 对1，b 对2，……，y 对25，z 对0。这样凯撒加密变换实际就是一个同余式 c≡m+k mod 26 其中m 是明文字母对应的数，c 是与明文对应的密文的数。 随后，为了提高凯撒密码的安全性，人们对凯撒密码进行了改进。选取k,b 作为两个参数，其中要求k 与26互素，明文与密文的对应规则为 1 2 3 4 5 1 a b c d e 2 f g h ij k 3 l m n o p 4 q r s t u 5 v w x y z
量子通信技术与量子密码学近年来，量子通信技术和量子密码学备受瞩目，被认为是未来信息安全和通信领域的重要技术。量子通信技术和传统通信技术相比，具有更高的安全性和更快的数据传输速度。量子密码学则是基于量子通信的密码学，可以实现绝对安全的加密和解密。本文将简要介绍量子通信技术和量子密码学的基础概念和原理。 一、量子通信技术 1. 量子概念 在量子物理学中，量子是最基本的物理单位，物质和能量都是由量子构成的。量子的特点是可以同时存在于多个状态，称为叠加态。当观察时，量子只会以其中一个状态出现，其他状态将消失，这种现象称为量子测量。 2. 量子态
量子态是描述一个系统在不同状态下的状态向量。量子状态可 以用一个复数向量表示，其中每个向量元素的平方表示系统出现 在该态的概率。 3. 量子比特 量子比特是量子信息的基本单元，与传统二进制位不同，量子 比特可以同时处于多个状态。量子比特有一个基本属性叫做纠缠，即两个量子比特之间的相互作用，使得它们的状态必须一起描述，不能分开考虑。这种特性称为量子纠缠。 4. 量子通信 量子通信是基于量子纠缠和量子测量原理的通信方式。量子通 信的基本方法是，将一个光子携带的信息量子态发送给接收方， 接收方通过量子测量来接收这个量子态，从而实现信息传输。量 子通信的安全性来源于量子态不可克隆定理，即不能复制量子比特。如果有人试图在通信过程中窃取信息，那么就会使量子比特 发生测量，从而破坏量子态的原始状态，从而被发现。
二、量子密码学 1. 古典密码学的缺陷 古典密码学是指传统的加密和解密算法，如对称加密算法和公钥加密算法。这些算法的基本思想是，将明文转换成密文，并通过密钥来保护信息的安全。然而，古典密码学存在一些缺陷，如密钥管理困难、密钥被泄露、密文被窃取等问题。 2. 量子密码学的原理 量子密码学是基于量子通信的密码学。量子密码学的核心思想是，通过量子态和量子测量来实现绝对安全的加密和解密。量子密码学包括量子密钥分发、量子验证码和量子认证等技术。 3. 量子密钥分发 量子密钥分发是一种基于量子通信的安全通信协议，可以产生一个绝对安全的密钥。量子密钥分发的原理是，通过量子信道发送量子比特，发送方向接收方发送一个绝对加密的密钥。如果有
班级：信息111 姓名：刘秉森学号：201112030119 1引言 1.1信息安全的重要性 信息安全技术作为一门综合学科，它涉及信息论、计算机科学和密码学等多方面知识，研究计算机系统和通信网络内信息的保护方法以实现系统内信息的安全、保密、真实和完整。21世纪是信息时代，信息的传递在人们日常生活中变得非常重要。如：电子商务，电子邮件，电子政务，银行证券等，无时无刻不在影响着人们的生活。这样信息安全问题也就成了最重要的问题之一。在信息交换中，“安全”是相对的，而“不安全”是绝对的，随着社会的发展和技术的进步，信息安全标准不断提升，因此信息安全问题永远是一个全新的问题。信息安全的核心是密码技术。如今，计算机网络环境下信息的保密性、完整性、可用性和抗抵赖性，都需要采用密码技术来解决。公钥密码在信息安全中担负起密钥协商、数字签名、消息认证等重要角色，已成为最核心的密码。 1.2密码学的研究对象及作用范畴 1.2.1密码学的研究对象 经过一学期的学习，我理解了学习密码学的学习目的，掌握了基本的密码学基础知识，了解了密码算法的多种分类和密码学研究的对象。密码学是主要研究通信安全和保密的学科，他包括两个分支：密码编码学和密码分析学。密码编码学主要研究对信息进行变换，以保护信息在传递过程中不被敌方窃取、解读和利用的方法，而密码分析学则于密码编码学相反，它主要研究如何分析和破译密码。这两者之间既相互对立又相互促进。对于一个密码系统，加密者对需要进行伪装机密信息（明文）进行伪装进行变换（加密变换），得到另外一种看起来似乎与原有信息不相关的表示（密文），如果合法者（接收者）获得了伪装后的信息，那么他可以通过事先约定的密钥，从得到的信息中分析得到原有的机密信息（解密变换） 1.2.2密码学的重要性 长期以来，密码技术总是和政治、经济、军事联系在一起。密码学的发展经历了从古典密码学到现代密码的演变。现代密码是以信息块为基本加密单元的密码。密码在当今社会生活中的作用可以说十分巨大，军事国防方面，现代金融、贸易、生产等无不在大规模使用密码．计算机网络的广泛应用，使人们对密码的依赖达到了新的高