第4讲_数据加密技术(古典密码)
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古典密码简介从密码学发展历程来看,可分为古典密码(以字符为基本加密单元的密码)以及现代密码(以信息块为基本加密单元的密码)两类。
⽽古典密码有着悠久的历史,从古代⼀直到计算机出现以前,古典密码学主要有两⼤基本⽅法:①置换密码(⼜称易位密码):明⽂的字母保持相同,但顺序被打乱了。
②代替密码:就是将明⽂的字符替换为密⽂中的另⼀种的字符,接收者只要对密⽂做反向替换就可以恢复出明⽂。
古典密码是密码学的根源,虽然都⽐较简单⽽且容易破译,但研究古典密码的设计原理和分析⽅法对于理解、分析以及设计现代密码技术是⼗分有益滴^_^⼀.置换密码1.列置换密码(矩阵置换密码)明⽂:ming chen jiu dian fa dong fan gong密钥:yu lan hua去掉密钥重复字母:yulanh,得出距阵列数为6;将明⽂按⾏填充距阵。
得到密钥字母顺序: 653142;按列(依顺序)写出距阵中的字母。
密⽂:giffg hddn0 njngn cuaa0 inano meiog解密:加密的逆过程;2.周期置换密码 周期置换密码是将明⽂串P按固定长度m分组,然后对每组中的⼦串按1,2,...,m的某个置换重排位置从⽽得到密⽂C。
其中密钥σ包含分组长度信息。
解密时同样对密⽂C按长度m分组,并按σ的逆置换σ-1把每组⼦串重新排列位置从⽽得到明⽂P。
明⽂:State Key Laboratory of Networking and Switching加密密钥:σ=(15623)明⽂分为七组:(StateK)(eyLabo)(ratory)(ofNetw)(orking)(andSwi)(tching)加密变换:密钥⾥没有4,则第4位保持不变,然后对应的第1位换到第5位,第5位换到第6位,第6位换到第2位....密⽂:(aKttSe)(Loyaeb)(tyaorr)(Nwfeot)(kgrion)(dinSaw)(hgcitn)解密密钥:σ-1 = (13265)3.栅栏密码此密码⼀般适⽤于较短的密码,原理是字母的错位。
古典密码的加密和破译组员:庄子元徐诚李金辰钱辰卢稼羿指导老师:王孙斌研究背景:现今网络安全越来越受人重视,密码是一个非常重要的环节。
现代密码是自从二战发展起来的,但由于难度较高,所以本小组研究它的前身古典密码,来对其有一个初步的了解。
研究目标及意义:了解古典密码的起源及发展,了解一些加密和解密过程,掌握一些基本的加密方法,和简单密码的破译,对古典密码有一个更深入的了解。
研究方案:通过网络途径和对图书馆有关书籍的查阅,并询问指导老师,获得一些基本了解后,组内自行设计密码并交换解密,加深了解。
即文献法和自主探究法。
研究成果:关于密码的起源:在人类历史上,对信息保护的需求与对信息本身的需求一样久远。
第一个用于加密和解密文本的编码方式是凯撒密码。
凯撒密码是一种移位密码。
密码加密方法密码的加密种类:密码一般加密方式分为移位和代换两种。
移位法换位法又称置换法或变位法。
换位法改变明文元素的相对位置,但保持其内容不变。
例如,把明文的字母重新排列组合,改变它们在明文中的位置,但字母本身不变。
这种换位可以是一维的,也可以是多维的。
最简单的换位密码是将明文的顺序颠倒过来,然后截成固定长度的字母组作密文。
例如,明文为this cryptosystem is not secure,用这种加密方法加密后以4位为一组,则得到密文ERUC、ESTO、NSIM、ETSY、SOTP、YRCS、IHT。
(为了清楚起见,这里用小写字母表示明文,而用大写字母表示密文。
)凯撒密码:移位密码的代表之一就是凯撒密码,当年恺撒曾用此方法与其将军们进行联系。
凯撒密码就是将字母按字母表顺序向后移动几个。
如cryptography——etarvqitcfja,所给的加密示例就是将字母向后移动两格。
但是此种加密方式易被破解,所以凯撒密码在不断的演变后成为了更复杂的加密方式的其中一个部分,如维吉尼亚密码。
维吉尼亚密码:人们在单一恺撒密码的基础上扩展出多表密码,称为“维吉尼亚”密码。
古典密码和流密码的原理及应用1. 引言1.1 古典密码和流密码的定义古典密码是一种利用固定的密码算法对明文进行加密的加密方式,其加密和解密过程都是通过固定的规则来进行的。
古典密码通常采用替换或移位等简单的算法进行加密操作,如凯撒密码、栅栏密码等。
流密码是一种利用流加密算法对明文进行加密的加密方式,其加密过程是通过不断变化的密钥流和明文进行异或运算来实现的。
流密码不像古典密码那样只进行一次加密操作,而是通过不断更新密钥流来生成大量密文。
古典密码和流密码在密码学领域有着重要的应用价值。
古典密码作为密码学的起源,为人们提供了了解密码学基础原理的重要途径,同时也为密码算法的发展奠定了基础。
流密码则在现代通信领域有着广泛应用,如在无线通信、网络安全等方面都有着不可或缺的作用。
古典密码和流密码的定义和应用价值对于理解密码学的基本概念和实际应用具有重要意义。
1.2 古典密码和流密码的应用价值古典密码和流密码在当今信息安全领域发挥着重要作用,它们的应用价值不可忽视。
古典密码通过对明文进行加密处理,保护了信息的机密性。
它们被广泛应用于军事、政府机构以及商业组织中,用于保护机密通信和数据。
古典密码的应用还涉及个人隐私保护、电子支付安全等方面,为社会的稳定和发展提供了有力支持。
古典密码和流密码的应用价值不仅体现在保护信息安全和维护隐私方面,还有助于促进信息技术的发展和推动数字化社会的进步。
随着信息安全需求的不断增加和密码学技术的不断发展,古典密码和流密码将在未来的社会中发挥更加重要的作用。
2. 正文2.1 古典密码的原理古典密码是一种利用简单的替换或移位规则来加密信息的传统密码体制。
其原理是根据特定的规则将明文转换为密文,以达到保障信息安全的目的。
古典密码的加密过程通常涉及到替换、移位、排列等操作,而解密过程则是反向的操作,将密文转换为明文。
古典密码主要有几种经典的类型,包括凯撒密码、恺撒密码、栅栏密码等。
这些密码各有特点,但都是基于简单的规则进行加密,容易被破解。
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。
古典密码学课程主要内容第1章密码学概述第2章古典密码技术第3章分组密码第4章公钥密码体制第5章散列函数与消息鉴别第6章数字签名技术第7章密钥管理技术第8章身份鉴别技术第9章序列密码第10章密码技术应用第2章古典密码技术本章主要内容替代密码置换密码周期置换密码列置换密码转轮机密码古典密码的统计分析单表替代密码分析多表替代密码分析对Hill密码的已知明文分析第2章古典密码技术2.1替代密码替代是古典密码中用到的最基本的处理技巧之一;替代密码是指先建立一个替换表,加密时将需要加密的明文依次通过查表,替换为相应的字符,明文字符被逐个替换后,生成无任何意义的字符串,即密文,替代密码的密钥就是其替换表;根据密码算法加解密时使用替换表多少的不同,替代密码又可分为单表替代密码和多表替代密码。
单表替代密码的密码算法加解密时使用一个固定的替换表;多表替代密码的密码算法加解密时使用多个替换表。
第2章古典密码技术2.1.1单表替代密码单表替代密码对明文中的所有字母都使用一个固定的映射(明文字母表到密文字母表)。
设A={a0,a1,…,an-1}为包含了n个字母的明文字母表;B={b0,b1,…,bn-1}为包含n个字母的密文字母表,单表替代密码使用了A到B的映射关系:f:A→B,f(ai)=bj一般情况下,f是一一映射,以保证加密的可逆性。
加密变换过程就是将明文中的每一个字母替换为密文字母表的一个字母。
而单表替代密码的密钥就是映射f或密文字母表。
经常密文字母表与明文字母表的字符集是相同的,这时的密钥就是映射f。
下面给出几种典型的单表替代密码。
第2章古典密码技术一般单表替代密码一般单表替代密码的原理是以26个英文字母集合上的一个置换π为密钥,对明文消息中的每个字母依次进行变换。
可描述为:明文空间M和密文空间C都是26个英文字母的集合,密钥空间K={π:Z26→Z26|π是置换},是所有可能置换的集合。
对任意π∈K,定义:加密变换:eπ(m)=π(m)=c解密变换:dπ(c)=π-1(c)=m,π-1是π的逆置换。