转位式密码与替换式密码

1、密码体制分类及典型算法描述密码体制分为三类：1、换位与代替密码体质2、序列与分组密码体制3、对称与非对称密钥密码体制。

典型算法描述：2、试对代替密码和换位密码进行安全性分析。

1.单表代替的优缺点优点: 明文字符的形态一般将面目全非缺点: (A) 明文的位置不变; (B) 明文字符相同,则密文字符也相同; 从而导致:(I) 若明文字符e被加密成密文字符a,则明文中e的出现次数就是密文中字符a的出现次数; (II) 明文的跟随关系反映在密文之中. 因此,明文字符的统计规律就完全暴露在密文字符的统计规律之中.形态变但位置不变 2. 多表代替的优缺点优点: 只要(1) 多表设计合理,即每行中元互不相同,每列中元互不相同.(这样的表称为拉丁方表) (2) 密钥序列是随机序列即具有等概性和独立性。

这个多表代替就是完全保密的。

等概性:各位置的字符取可能字符的概率相同独立性在其它所有字符都知道时也判断不出未知的字符取哪个的概率更大。

2. 多表代替的优缺点密钥序列是随机序列意味着1密钥序列不能周期重复2密钥序列必须与明文序列等长3这些序列必须在通信前分配完毕4大量通信时不实用5分配密钥和存储密钥时安全隐患大。

缺点周期较短时可以实现唯密文攻击。

换位密码的优缺点优点: 明文字符的位置发生变化;缺点: (A) 明文字符的形态不变;从而导致: (I) 密文字符e的出现频次也是明文字符e的出现次数; 有时直接可破! (如密文字母全相同) 换位密码优缺点总结:位置变但形态不变. 代替密码优缺点总结: 形态变但位置不变3、ADFGX密码解密过程分析1918年第一次世界大战已经接近尾声。

为了挽回日趋不利的局面德军集中了500万人的兵力向协约国发动了猛烈的连续进攻。

采用一种新密码ADFGX密码体制。

该密码用手工加解密费时不多符合战地密码的基本要求。

进行了两次加密有两个密钥一个是代替密钥棋盘密钥一个是换位密钥。

其结果是把前面代替加密形成的代表同一明文字符的两个字母分散开破坏密文的统计规律性。

背景了解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。

单表替代密码又可分为一般单表替代密码、移位密码、仿射密码、密钥短语密码。

多表替代密码的密码算法加解密时使用多个替换表。

多表替代密码有弗吉尼亚密码、希尔(Hill)密码、一次一密钥密码、Playfair密码。

多表替代密码单表替代密码表现出明文中单字母出现的频率分布与密文中相同，多表替代密码使用从明文字母到密文字母的多个映射来隐藏单字母出现的频率分布，每个映射是简单替代密码中的一对一映射多表替代密码将明文字母划分为长度相同的消息单元，称为明文分组，对明文成组地进行替代，同一个字母有不同的密文，改变了单表替代密码中密文的唯一性，使密码分析更加困难。

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。

⒈维吉尼亚密码维吉尼亚密码是最古老而且最著名的多表替代密码体制之一，与位移密码体制相似，但维吉尼亚密码的密钥是动态周期变化的。

该密码体制有一个参数n。

在加解密时，同样把英文字母映射为0－25的数字再进行运算，并按n个字母一组进行变换。

明文空间、密文空间及密钥空间都是长度为n的英文字母串的集合，因此可表示加密变换定义如下：设密钥k=(k1,k2,…,kn), 明文m=(m1,m2,…,mn), 加密变换为：Ek(m)=(c1,c2,…,cn),其中ci(mi + ki)(mod26)，i =1,2,…,n对密文c=(c1,c2,…,cn), 解密变换为：Dk(c)=(m1,m2,…,mn), 其中 mi=(ci －ki)(mod26)，i =1,2,…,n⒉希尔（Hill）密码Hill密码算法的基本思想是将n个明文字母通过线性变换，将它们转换为n个密文字母。

Intelligent Information Security密码技术1，密码学简介置换密码3. 古典密码－－置换密码1）最简单的置换密码是把明文中的字母顺序倒过来，然后将其截成固定长度的字母组作为密文。

3. （3.（n把明文按n密钥3. （3.（n把明文按3. （3.（（无3.特殊n已知：明文：MING CHEN WU DIAN FA DONG FAN GONG密钥：n置换密码的最是 3. 作n1，已知作n 2，顺序颠倒八百里分麾下炙，n回文诗矩阵（十六字方阵回文诗[四言]·龙苍分析n营连角吹回梦剑看灯挑里醉醉灯梦角里看回连挑剑吹营结n文字隐意最n一价值最大的地方银票n月对暗号：谨防假票冒取，勿忘细视书章。

nn平遥古城日升昌票号博物馆务室陈列的密押n“国宝流通”四个字分“万、千、百、十”四个数字单位。

27置换密码中断换位----法国读预定的对角线，再读各列，忽略已读字母明文：This is a weak cipher it was broken密文：haieaito sk eeb ick twhs sw pan irr双重n式置换密码n美国南置换密码----单词换位n We will attack at down with the first division on the right and the second division on the left Surprise is置换密码n1，3×n明文：this is a testn密文：tiehsstsiat35Rail-fence4×7的三角排列明文：You must do that now 密文：tuhosayuttmdnoow旋明文及说明37dimensions 8x842n43置换密码Rail Fence矩阵列换位的分析可能性正确性，矩阵的列位置还原矩阵列换位的分析n举例469 17×493 Array双重。

实验一古典密码—单表代换【实验目的】理解代换密码的基本思想理解移位密码、仿射密码等算法的原理掌握上述各个算法的输入输出格式和密钥格式掌握上述各个算法的加解密过程和实现方法【实验原理】代换密码体制的一般定义为M=C=K=Z26，其中M为明文空间、C为密文空间、K为密钥空间、Z26为26个整数(对应26个英文字母)组成的空间；要求26个字母与模26的剩余类集合{0,1,2,…,25}建立一一对应的关系。

一、移位密码移位密码的加密实现上就是将26个英文字母向后循环移动k位，其加解密可分别表示为：c=E k(m)=m+k(mod 26)m=D k(c)=c-k(mod 26)其中，m、c、k是满足0≤m,c,k≤25的整数。

二、乘法密码乘法密码是通过对字母等间隔抽取以获得密文，其加解密可分别表示如下：-1c=mk(mod 26)m=ck(mod26)其中，m、c、k是满足0≤m,c,k≤25，且gcd(k,26)=1的整数。

三、仿射密码仿射密码的加密是一个线性变换，将移位密码和乘法密码相结合，其加解密可分别表示为：C=E a,b(m)=am+b(mod 26)M=D a,b(C)=a-1(c-b)(mod 26)其中：a、b是密钥，是满足0≤a,b≤25和gcd(a,26)=1的整数，即a和26互素；a-1的逆元，即a•a-1≡1 mod 2【实验环境】ISES客户端Microsoft CLR Debugger 2005或其它调试器【实验内容】通过运算器工具实现移位密码、乘法密码、仿射密码对各个算法的加解密进行扩展实验和算法跟踪【实验步骤】此处以移位密码为例说明，乘法密码、仿射密码可参照完成。

一、加解密计算(一) 加密(1) 参照实验原理，在明文栏输入所要加密的明文，在密钥栏输入相应的密钥，如下图1.1-2所示。

图 1.1-2(2) 点击“加密”按钮，在密文文本框内就会出现加密后的密文，如图1.1-3所示。

转位式密码与替换式密码第一节转位式密码转位式密码就是将明文做移位和重排加密，借由重新安排字母的顺序来隐藏信息，是一种比较简单的加密方式。

单纯的转位式密码很容易被破解，因为频率分布与原始文字一样，所以这种加密方式很不安全。

第二节栅栏密码所谓栅栏密码，就是把要加密的明文分成N个一组，然后把每组的第1个字连起来，形成一段无规律的话。

不过栅栏密码本身有一个潜规则，就是组成栅栏的字母一般不会太多（一般不超过30个，也就是一、两句话）。

例如加密information，先将其分行：i f r a i nn o m t o之后再合并：ifrainnomto这样就得到了密文ifrainnomto解密的时候，我们先把密文从中间分开，变为两行：i f r a i nn o m t o再按上下上下的顺序组合起来得到information。

若是英文长句再分出空格即可。

有些栅栏密码并非只有2栏，这时需先观察字母数，如有30个字母，30可写成2×3×5、3×10、2×15的乘积，则可以依次尝试2栏、3栏、5栏……即可找出明文。

第三节列置换加密法列置换加密法是一种比较复杂的加密方法，它是在行数固定的情况下，将明文一列一列地写成矩阵的结构，然后再一列一列写出之前，根据某种密钥将其重新排序。

例如：密钥：4 3 1 2 5 6 7明文：a t t a c k po s t p o n ed u n t i l tw o a m x y z密文：TTNAAPTMTSUOAODWCOIXKNLYPETZ第四节替换式密码替换式密码，又名取代加密法，是密码学中按规律把文字加密的一种方式。

替换式密码中可以用不同的字母数为单元，例如每一个或两个字母为一单元。

密文接收者解密时需用原加密方式解码才能获得原文本。

由于英语中替换式密码会把26个字母拆开，使用替换式密码较为容易；相反，中文需要建立密码本，然后遂字替换。

第1篇一、实验目的1. 理解置换密码算法的基本原理和特点。

2. 掌握置换密码算法的实现方法。

3. 通过编程实践，加深对置换密码算法的理解。

二、实验原理置换密码算法是一种通过对明文进行字符或位顺序的重新排列来实现加密的算法。

其基本原理是将明文中的字符或位按照一定的规则重新排列，形成密文。

解密时，按照相同的规则将密文恢复为明文。

常见的置换密码算法有：1. 旋转密码（Caesar密码）：将明文中的每个字符按照密钥k向右或向左旋转k 个位置。

2. 列置换密码：将明文矩阵中的列按照密钥顺序进行置换。

3. 矩阵换位密码：将明文矩阵中的字符按照密钥顺序进行置换。

三、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：Python3.8.03. 开发环境：PyCharm四、实验步骤1. 旋转密码实现（1）定义密钥k，表示旋转的位数。

（2）定义明文字符串，将每个字符按照密钥k向右或向左旋转k个位置。

（3）输出密文。

2. 列置换密码实现（1）定义密钥，表示列的置换顺序。

（2）将明文矩阵中的列按照密钥顺序进行置换。

（3）输出密文。

3. 矩阵换位密码实现（1）定义密钥，表示矩阵的置换顺序。

（2）将明文矩阵中的字符按照密钥顺序进行置换。

（3）输出密文。

五、实验结果与分析1. 旋转密码实验结果明文：Hello, World!密钥：3密文：Khoor, Zruog分析：旋转密码将明文中的每个字符向右旋转3个位置，实现了加密。

2. 列置换密码实验结果明文：Hello, World!密钥：[2, 0, 3, 1]密文：oHlel, Wrold!分析：列置换密码将明文矩阵中的列按照密钥顺序进行置换，实现了加密。

3. 矩阵换位密码实验结果明文：Hello, World!密钥：[2, 0, 3, 1]密文：oHlel, Wrold!分析：矩阵换位密码与列置换密码类似，将明文矩阵中的字符按照密钥顺序进行置换，实现了加密。

六、实验总结通过本次实验，我们对置换密码算法有了更深入的了解。