第2章密码学概论
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第2章密码学概论
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3 1 7 2
z
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w q n g r z g v t
w a v z h c q y g l m
维吉尼亚密码示例 明文为polyalphabetic cipher,（多字母替换密码） 密钥K=RADIO， 用维吉尼亚密码加密。 方法：将明文串转化为对应的数字(a-0,…,z-25)，每5个 一组，进行模26运算。
法国密码分析人员断定这种密码是不可破译的。他们甚至根 本就懒得根据搞到的情报去复制一台ENIGMA。
在十年前法国和波兰签订过一个军事合作协议。波兰方面一 直坚持要取得所有关于ENIGMA的情报。既然看来自己拿着 也没什么用，法国人就把从施密特那里买来的情报交给了波 兰人。和法国人不同，破译ENIGMA对波兰来说至关重要， 就算死马也要当作活马医。后来英国应情报部门在波兰人的 帮助下于1940年破译了德国直至1944年还自认安全可靠的 ENIGMA的密码系统。
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2 4 0 1 4 3 8 1 2 1 2 4 1 4 2 1 0 2 4 2 1 2 1 1 4 2 7 8 4 1 7 8 1 4 4 0 7 8
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3
4 2 4 1 1 8 2 4 3 4 2 4 1 1 8 2 4 3 4 2 4 1 1 8 5 9 1 5 9 1 5 9
第2章密码学概论
chapter 2 cryptology
2020/1/9
现代生活 （政治、经济、军事、社会生活）
信息网络 （公网、专网）
信息安全
2020/1/9
密码学
原来密码学这么重要呀！
密码学作为信息安全理论与技术的基石，在 信息安全领域发挥着中流砥柱的作用。密码
学理论的应用，成为现代信息网络得以生存 和不断发展的基本前提。
• 1976年以后 密码学的新方向——公钥密码学
2020/1/9
密码学的发展历史(1)
自人类社会出现战争便产生了密码
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm 的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元 前17世纪。表面有明显字间空格的字 母，至今还没有破解。
Julius Caesar发明了凯撒密码
M=(M1, M2,… ,Mn) ，C=(C1, C2 , … ,Cn,)，其中 Ci=E(Mi,Ke)， i=1,2…,n。
序列密码体制（Stream Cipher）
将明文和密钥都划分为位(bit)或字符的序列，并且对 明文序列中的每一位或字符都用密钥序列中对应的分 量来加密。
M=(M1, M2,… ,Mn) ， Ke=(ke1, ke2,…,ken)，C=(C1, C2,…,Cn)，其中Ci=E(mi,kei) ，i=1,2,…,n。
2020/1/9
密码学的基本概念(3)
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。 密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密 码变换成的一种隐蔽形式。 加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。 解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复 出原明文的过程。 加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加密 操作的人员。
2020/1/9
现代生活 （政治、经济、军事、社会生活）
信息网络 （公网、专网）
信息安全
2020/1/9
密码学
原来密码学这么重要呀！
密码学作为信息安全理论与技术的基石，在 信息安全领域发挥着中流砥柱的作用。密码
学理论的应用，成为现代信息网络得以生存 和不断发展的基本前提。
• 1976年以后 密码学的新方向——公钥密码学
2020/1/9
密码学的发展历史(1)
自人类社会出现战争便产生了密码
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm 的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元 前17世纪。表面有明显字间空格的字 母，至今还没有破解。
Julius Caesar发明了凯撒密码
M=(M1, M2,… ,Mn) ，C=(C1, C2 , … ,Cn,)，其中 Ci=E(Mi,Ke)， i=1,2…,n。
序列密码体制（Stream Cipher）
将明文和密钥都划分为位(bit)或字符的序列，并且对 明文序列中的每一位或字符都用密钥序列中对应的分 量来加密。
M=(M1, M2,… ,Mn) ， Ke=(ke1, ke2,…,ken)，C=(C1, C2,…,Cn)，其中Ci=E(mi,kei) ，i=1,2,…,n。
2020/1/9
密码学的基本概念(3)
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。 密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密 码变换成的一种隐蔽形式。 加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。 解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复 出原明文的过程。 加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加密 操作的人员。
第2章密码学概论70787
举例：
如m=6，用密钥置换
K 13
2 5
3 1
4 6
5 4
62
对明文shesellsseashellsbytheseashore进行加密。
解：首先将明文分成6个字母长的明文组:
shesel | lsseas | hellsb | ythese | ashore
然后将每个6字母长的明文组按密钥置换K重新排列如下：
2、密钥词组代换密码
随机选一个词语，去掉其中的重复字母，写到矩阵的第一行， 从明文字母表中去掉这第一行的字母，其余字母顺序写入矩阵。
然后按列取出字母构成密文字母表。
举例：密钥：HONG YE
矩阵：HONGYE ABCDFI JKLMPQ RSTUVW
选出顺序：按列
注意：改变密钥、 矩阵大小和取出序 列，可以得到不同 的密文字母表。
2.2 经典密码体制——多表代换密码
多表代换密码中最著名的一种密码是维吉尼亚
（Vigenre）密码。
Vigenre密码：以移位代换为基础的周期代换
密码，m个移位代换表由m各字母组成的密钥字
确定。
2.2 经典密码体制——多表代换密码
举例：
设密钥字为deceptive，明文为wearediscovered。其 中密钥字母a,b,…,y,z对应数字0,1,…,24,25。根据
2.1 密码学的基本概念
加密：对需要保密的消息进行编码的过程。编 码的规则称为加密算法。
· 需要加密的消息称为明文。 · 明文加密后的形式称为密文。
解密：从密文中恢复出明文的过程称。解密的 规则称为解密算法。
加密算法和解密算法通常在一对密钥控制下进 行，分别称为加密密钥和解密密钥。
第2章 密码学概论(1)
18
密码分析
试图破译单条消息 试图识别加密的消息格式，以便借助直接的 解密算法破译后续的消息 试图找到加密算法中的普遍缺陷（无须截取加密算法 截取到明文、密文中已知或推测的数据项 数学或统计工具和技术 语言特性 计算机 技巧与运气
20
攻击传统密码方法
穷举攻击 试遍所有密钥直到有一个合法的密钥能够 把密文还原成为明文，就是穷举攻击。 密码分析学 对密码进行分析的尝试称为攻击。
32
单表代换密码
任意替换：26！或者大于4×1026 种可
能的密钥，比DES的密钥空间要大 10个数量级，能够抵挡穷举攻击。 基于语言统计规律仍可破译
33
Brute Force Search穷举攻击
与密钥的长度正比 假设知道或者能够辨认是否明文
34
单表代换密码安全性
共有 26! = 4 x 10^26 密钥 • 有这么多密钥应该安全了吧！ • !!!WRONG!!! • 问题是人类语言的统计特性
C = E(p) = (p + k) mod 26 p = D(C) = (C – k) mod 26
其中，K表示密钥，1≤K ≤ 25，需发送方和接收方事先 协商好。
28
恺撒密码的特点
单字母密码（简单替换技术） 简单，便于记忆 缺点：结构过于简单，密码分析员只使用很 少的信息就可预言加密的整个结构
可以使用最常出现的那些单个字母，双字母对和 38 三字母对。
解密例子
给定密文: UZQSOVUOHXMOPVGPOZPEVSGZWSZOPFPESXUDBMETSXAIZ VUEPHZHMDZSHZOWSFPAPPDTSVPQUZWYMXUZUHSXEPYEPOP DZSZUFPOMBZWPFUPZHMDJUDTMOHMQ 计算每个字母出现的相对频率 猜测 P & Z 对应 e & t 假设 ZW 是 th ，因此 ZWP 就是the 继续试验可以得到下面的明文: it was disclosed yesterday that several informal but direct contacts have been made with political representatives of the viet cong in moscow
密码分析
试图破译单条消息 试图识别加密的消息格式，以便借助直接的 解密算法破译后续的消息 试图找到加密算法中的普遍缺陷（无须截取加密算法 截取到明文、密文中已知或推测的数据项 数学或统计工具和技术 语言特性 计算机 技巧与运气
20
攻击传统密码方法
穷举攻击 试遍所有密钥直到有一个合法的密钥能够 把密文还原成为明文，就是穷举攻击。 密码分析学 对密码进行分析的尝试称为攻击。
32
单表代换密码
任意替换：26！或者大于4×1026 种可
能的密钥，比DES的密钥空间要大 10个数量级，能够抵挡穷举攻击。 基于语言统计规律仍可破译
33
Brute Force Search穷举攻击
与密钥的长度正比 假设知道或者能够辨认是否明文
34
单表代换密码安全性
共有 26! = 4 x 10^26 密钥 • 有这么多密钥应该安全了吧！ • !!!WRONG!!! • 问题是人类语言的统计特性
C = E(p) = (p + k) mod 26 p = D(C) = (C – k) mod 26
其中，K表示密钥，1≤K ≤ 25，需发送方和接收方事先 协商好。
28
恺撒密码的特点
单字母密码（简单替换技术） 简单，便于记忆 缺点：结构过于简单，密码分析员只使用很 少的信息就可预言加密的整个结构
可以使用最常出现的那些单个字母，双字母对和 38 三字母对。
解密例子
给定密文: UZQSOVUOHXMOPVGPOZPEVSGZWSZOPFPESXUDBMETSXAIZ VUEPHZHMDZSHZOWSFPAPPDTSVPQUZWYMXUZUHSXEPYEPOP DZSZUFPOMBZWPFUPZHMDJUDTMOHMQ 计算每个字母出现的相对频率 猜测 P & Z 对应 e & t 假设 ZW 是 th ，因此 ZWP 就是the 继续试验可以得到下面的明文: it was disclosed yesterday that several informal but direct contacts have been made with political representatives of the viet cong in moscow
第2章 密码学概论
28.02.2022
密码体制基本组成
❖ 一个密码系统，通常简称为密码体制，由5部 分组成：
明文空间 全体明文的集合
M
解密算法 一组由C到M的解密变换
D
密文空间 全体密文的集合
C
密钥空间 K
全体密钥的集合
加密算法 E
一组由M到C的加密变换
28.02.2022
信息加密传输的过程
28.02.2022
28.02.2022
国通信中使用广泛，且在破译密钥后 帮助破解德国信号。
密码学的发展历史(5)
❖ 1949年香农发表了一篇题为《保密系统的通信理论》 的著名论文，该文首先将信息论引入了密码，从而 把已有数千年历史的密码学推向了科学的轨道，奠 定了密码学的理论基础。
❖ 1976年，美国密码学家W.Diffie和M.Hellman在一篇 题为《密码学的新方向》一文中提出了一个崭新的 思想，不仅加密算法本身可以公开，甚至加密用的 密钥也可以公开。
28.02.2022
密码分析
密码设计和密码分析是共生的、又是互逆的，两 者密切有关但追求的目标相反。两者解决问题的 途径有很大差别
密码设计是利用数学来构造密码 密码分析除了依靠数学、工程背景、语言学等知识外， 还要靠经验、统计、测试、眼力、直觉判断能力……，有 时还靠点运气。
28.02.2022
密码分析方法—分析法
❖ 1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES ❖ 2001年11月26日，正式颁布AES为美国国家标准。
28.02.2022
定义
❖ 密码学是一门研究秘密信息的隐写技术的学 科；密码学技术可以使消息的内容对(除发送 者和接收者以外的)所有人保密；可以使接收 者验证消息的正确性；是解决计算机与通信 安全问题重要技术。
密码体制基本组成
❖ 一个密码系统，通常简称为密码体制，由5部 分组成：
明文空间 全体明文的集合
M
解密算法 一组由C到M的解密变换
D
密文空间 全体密文的集合
C
密钥空间 K
全体密钥的集合
加密算法 E
一组由M到C的加密变换
28.02.2022
信息加密传输的过程
28.02.2022
28.02.2022
国通信中使用广泛，且在破译密钥后 帮助破解德国信号。
密码学的发展历史(5)
❖ 1949年香农发表了一篇题为《保密系统的通信理论》 的著名论文，该文首先将信息论引入了密码，从而 把已有数千年历史的密码学推向了科学的轨道，奠 定了密码学的理论基础。
❖ 1976年，美国密码学家W.Diffie和M.Hellman在一篇 题为《密码学的新方向》一文中提出了一个崭新的 思想，不仅加密算法本身可以公开，甚至加密用的 密钥也可以公开。
28.02.2022
密码分析
密码设计和密码分析是共生的、又是互逆的，两 者密切有关但追求的目标相反。两者解决问题的 途径有很大差别
密码设计是利用数学来构造密码 密码分析除了依靠数学、工程背景、语言学等知识外， 还要靠经验、统计、测试、眼力、直觉判断能力……，有 时还靠点运气。
28.02.2022
密码分析方法—分析法
❖ 1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES ❖ 2001年11月26日，正式颁布AES为美国国家标准。
28.02.2022
定义
❖ 密码学是一门研究秘密信息的隐写技术的学 科；密码学技术可以使消息的内容对(除发送 者和接收者以外的)所有人保密；可以使接收 者验证消息的正确性；是解决计算机与通信 安全问题重要技术。
[课件]pdf第2章 密码学的基本概念和信息理论基础PPT
![[课件]pdf第2章 密码学的基本概念和信息理论基础PPT](https://img.taocdn.com/s1/m/57157612b90d6c85ec3ac62d.png)
17
代替密码（1）
• 代替密码（substitution cipher）：明文中的每 个字符被替换成密文中的另一个字符。 – 简单代替，即单字母密码; • 明文中字母的出现频度、重复字母的模式 和字母相互之间的结合模式等统计特性不 变，安全性差。如Caesar密码； – 多码代替密码； • 没有隐藏明文中不同字母的统计特性 ， 安全性有所提高。
15
2.2 经典密码及其破译
• 2.2.1 代替密码 • 2.2.2 置换密码
16
• 【例2．1】简单的加密形式，基于块加密和异或 运算。 • 消息： 00110101010001010011010100101011 10010101 • 消息块：00110101 01000101 00110101 00101011 10010101 • 密钥：01010101 01010101 01010101 01010101 01010101 • 密文：01100000 00010000 01100000 01111110 11000000
• 假定：密码分析者知道对方所使用的密码系统 – 包括明文的统计特性、加密体制（操作方式、 处理方法和加/解密算法 ）、密钥空间及其统 计特性。 – 不知道密钥。 • 在设计一个密码系统时，目标是在Kerckhoffs 假 设的前提下实现安全 。
10
2.1.5 密码分析
• 密码分析 ：从密文推导出明文或密钥 。 • 密码分析常用的方法有以下4类： – 惟密文攻击（cybertext only attack）； – 已知明文攻击（known plaintext attack）； – 选择明文攻击（chosen plaintext attack）； – 选择密文攻击（chosen ciphertext attack）。
北理工-戴林-02密码学概论-2
16
使用此种加密方式用户在正常使用软件时感觉不到 加密的存在，加密相对也比较可靠，为许多软件开发商 采用。有的软件商索性将安装盘用硬件加密后销售，用 户购买安装盘后可自己将软件安装到多台计算机上，为 用户提供了很大方便。 这种加密方式也存在一定缺陷，当用户增减或更换 计算机硬件，压缩硬盘，或出现CMOS掉电等情况都会造 成软件不能正常执行，需重新安装软件。
26
由于现在使用软件狗加密的软件越来越多，针对软件狗的
解密产品也在发展。
一方面是从硬件着手，用逻辑分析仪或利用软件监测并口， 分析软件在运行时向并口写了什么数据，从并口返回了什么数据， 然后在运行软件前先在内存驻留程序监视并口，当软件向并口写 数据时，软件自动代替并口返回相应数据。这样，用软件模拟了 软件狗。 另一方面是从软件着手，寻找软件调用软件狗函数部分，修 改判断软件狗是否存在的语句，将程序直接跳转到正常执行部分； 这种方式要困难一些，但对于只采取简单加密的软件还是比较有 效的。 缺陷是：很难完全保障加密和打印两全齐美。
14
(1) 密码方式 所谓密码方式就是在软件执行过程中在一些重要的 地方询问用户密码，用户依照密码表输入密码，程序才 能继续执行。 优点：实现简单，投入成本少。 缺点：破坏了正常的人机对话，易让用户感到厌烦； 密码相对固定，非法用户只需复制密码表，就可以非法 使用该软件；加密点比较固定，软件容易被解密。 密码方式主要用于价格较低的软件，如早期的一些 游戏软件就采取了此种方式。
23
(3) 硬件加密技术 • 加密卡方式 插在计算机总线上的加密产品一般称为加密卡。加 密卡方式加密强度高，防跟踪措施完备。它的好处是： 在软件的执行过程中可以随时访问加密卡，而不会对软 件运行的速度带来太多的影响，而且由于它是使用完全 由卡的生产厂家制定的数据通讯协议与计算机总线交换 数据的，没有统一的标准接口，使得软件解密者无从下 手。像北大方正早期的印刷软件都是采用这种方法。
密码学概论
密碼學概論
電機四 b90901041 吳秉寰
OUTLINE
何謂密碼學，為何需要它 密碼學基礎定義理論 對稱及非對稱式密碼系統的簡介與分析 常見的密碼系統 網路安全實例 (SSL加密) 結論
何謂密碼學 ?
密碼學(Cryptography)
!~$@#%???
破密學(Cryptanalysis)
B E C F D G E H F I G J H K I L J M K N L O M P N Q O R P S Q T R U S V T U V Y W X Z A Y B Z C
A D
W X
bohn is strong → erkq lv vwurqj Using Key : (π=3.1415 ) 314153141531.. bohn is strong → eplo nv txstqh
優缺點比較 (非對稱)
優點 資訊機密性高 (加密機制較嚴密) 鑰匙方便管理 (一公一私) 不可否認性 (數位簽署認證) 缺點 運算複雜耗時長，速度慢
網路安全應用實例 : SSL
SSL(Secure Socket Layer)是Netscape所提出來 的資料保密協定，採用了RC4、MD5，以及RSA 等加密演算法。如果您想登入的網站具有SSL功 能，而且您是使用較新版的瀏覽器，那麼您與網 站之間所傳的資料都可以使用SSL協定來保密， 除非能破解傳輸密碼，否則其他任何人都無法得 到這些機密資料。
對稱式密碼系統
加密以及解密鑰匙可以互相推得(若加密鑰匙 不幸外漏，則解密鑰匙等於一併外漏) ，故 鑰匙分配需透過安全管道，又稱秘密金鑰。
對稱加密常見方法(傳統式)
電機四 b90901041 吳秉寰
OUTLINE
何謂密碼學，為何需要它 密碼學基礎定義理論 對稱及非對稱式密碼系統的簡介與分析 常見的密碼系統 網路安全實例 (SSL加密) 結論
何謂密碼學 ?
密碼學(Cryptography)
!~$@#%???
破密學(Cryptanalysis)
B E C F D G E H F I G J H K I L J M K N L O M P N Q O R P S Q T R U S V T U V Y W X Z A Y B Z C
A D
W X
bohn is strong → erkq lv vwurqj Using Key : (π=3.1415 ) 314153141531.. bohn is strong → eplo nv txstqh
優缺點比較 (非對稱)
優點 資訊機密性高 (加密機制較嚴密) 鑰匙方便管理 (一公一私) 不可否認性 (數位簽署認證) 缺點 運算複雜耗時長，速度慢
網路安全應用實例 : SSL
SSL(Secure Socket Layer)是Netscape所提出來 的資料保密協定，採用了RC4、MD5，以及RSA 等加密演算法。如果您想登入的網站具有SSL功 能，而且您是使用較新版的瀏覽器，那麼您與網 站之間所傳的資料都可以使用SSL協定來保密， 除非能破解傳輸密碼，否則其他任何人都無法得 到這些機密資料。
對稱式密碼系統
加密以及解密鑰匙可以互相推得(若加密鑰匙 不幸外漏，則解密鑰匙等於一併外漏) ，故 鑰匙分配需透過安全管道，又稱秘密金鑰。
對稱加密常見方法(傳統式)
第二章 密码学概述
为m个字符的小段，也就是说，每一小段是m个字符的 串，可能的例外就是串的最后一小段不足m个字符。加 密算法的运算同于密钥串和明文串之间的移位密码，每 次的明文串都使用重复的密钥串。解密同于移位密码的 解密运算。
维吉尼亚密码
例子：令密钥串是gold，利用编码规则，这个
密钥串的数字表示是(6, 14, 11, 3)。明文串
第二章主要内容
基本概念
密码体制及其分类
古典密码算法
学科定义和内容
密码学(Cryptology)是研究信息系统安全保密
的科学，是对信息进行编码实现隐蔽信息的一
门学问 信息安全就是利用密码学中提供的算法实现信 息在存储、传输、处理等过程中不被损坏的一 门学问
区别：一个是研究算法，一个是研究协议
为可能
相关技术的发展主要包括三个标志性成果
1949年Shannon的“The Communication Theory of Secret Systems” 1967年David Kahn的《The Codebreakers》
1971-73年IBM Watson实验室的Horst Feistel等几篇 技术报告
第三阶段其它成果
除了提出公钥加密体制外，在对称算法方面也
有很多成功的范例
1977年DES正式成为标准
80年代出现“过渡性”的“Post DES”算法,如
IDEA、RCx、CAST等 90年代对称密钥密码进一步成熟 Rijndael、 RC6、 MARS、Twofish、Serpent等出现 2001年Rijndael成为DES的替代者，被作为高
例如：明文为：proceed meeting as agreed
第二章 密码学概论
4
一 概述—密码体制分类
• 对称密码体制
• 又叫传统密码算法 : 加密密钥能够从解密密钥中推算出 来，反过来也成立。在大多数对称算法中，加解密密钥 是相同的。 • 这些算法也叫秘密密钥算法或单密钥算法，它要求发送 者和接收者在安全通信之前，商定一个密钥。
明文
加密
密文
解密Biblioteka 明文密钥密钥
5
•对称密码体制 •对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味 着任何人都能对消息进行加/解密。 •加密和解密用函数表示为： •EK（M）=C •DK（C）=M •对称算法可分为两类
Attack at dawn
Dwwdfn dw gdzq
17
Attack at dawnt
Dwwdfn dw gdzqt
• • • •
加密信息将字母向前移动三位 解密信息将字母向后移动三位 移动的位数是关键，称之为密钥 加密和解密的密钥是相同的，我们称之 为对称密码器
18
二 古典密码体制－恺撒密码
y2, …, yn) ，则解密函
•((y1-k1)mod 26，(y2-k2)mod 26，…，(ym-km)mod 26， • (ym+1-k1)mod 26，(ym+2-k2)mod 26，…，(y2m-km)mod 26， • (y2m+1-k1)mod 26，(y2m+2-k2)mod 26，…，(y3m-km)mod 26， • …… • (yN-m+1-k1) mod 26，(yN-m+2-k2) mod 26，…，(yN-km) mod 26 )
plaintext attack)。
•密码分析者不仅能选择被加密的明文，而且也能 基于以前加密的结果修正这个选择。在自适应选 择密文攻击中，可选取较小的明文块，然后再基 于第一块的结果选择另一明文块，以此类推。 •密码分析者已知的素材是：①.加密算法、②.待 破译的密文、③.由密码分析者选择的明文，连同 它对应的由密钥生成的密文、④.由密码分析者选 择的猜测性密文，连同它对应的由密钥生成的已 12 破译的明文。
一 概述—密码体制分类
• 对称密码体制
• 又叫传统密码算法 : 加密密钥能够从解密密钥中推算出 来，反过来也成立。在大多数对称算法中，加解密密钥 是相同的。 • 这些算法也叫秘密密钥算法或单密钥算法，它要求发送 者和接收者在安全通信之前，商定一个密钥。
明文
加密
密文
解密Biblioteka 明文密钥密钥
5
•对称密码体制 •对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味 着任何人都能对消息进行加/解密。 •加密和解密用函数表示为： •EK（M）=C •DK（C）=M •对称算法可分为两类
Attack at dawn
Dwwdfn dw gdzq
17
Attack at dawnt
Dwwdfn dw gdzqt
• • • •
加密信息将字母向前移动三位 解密信息将字母向后移动三位 移动的位数是关键，称之为密钥 加密和解密的密钥是相同的，我们称之 为对称密码器
18
二 古典密码体制－恺撒密码
y2, …, yn) ，则解密函
•((y1-k1)mod 26，(y2-k2)mod 26，…，(ym-km)mod 26， • (ym+1-k1)mod 26，(ym+2-k2)mod 26，…，(y2m-km)mod 26， • (y2m+1-k1)mod 26，(y2m+2-k2)mod 26，…，(y3m-km)mod 26， • …… • (yN-m+1-k1) mod 26，(yN-m+2-k2) mod 26，…，(yN-km) mod 26 )
plaintext attack)。
•密码分析者不仅能选择被加密的明文，而且也能 基于以前加密的结果修正这个选择。在自适应选 择密文攻击中，可选取较小的明文块，然后再基 于第一块的结果选择另一明文块，以此类推。 •密码分析者已知的素材是：①.加密算法、②.待 破译的密文、③.由密码分析者选择的明文，连同 它对应的由密钥生成的密文、④.由密码分析者选 择的猜测性密文，连同它对应的由密钥生成的已 12 破译的明文。
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❖ 伪装就是对数据施加一种可逆的数学变换，伪 装前的数据称为明文，伪装后的数据称为密文， 伪装的过程称为加密，去掉伪装恢复明文的过 程称为解密。加密和解密的过程要在密钥的控 制下进行。
பைடு நூலகம்
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的基本概念(2)
❖ 密码学(Cryptology)：研究信息系统安全保密的 科学。它包含两个分支
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的基本概念(4)
加密算法(Encryption algorithm)：密码员对明文进行 加密时所采用的一组规则。
接收者(Receiver)：传送消息的预定对象。
解密算法：接收者对密文进行解密时所采用的一组规 则。
密钥(Key)：控制加密和解密算法操作的数据处理，分 别称作加密密钥和解密密钥。
❖ Cryptography=crypto+ graphy
密码
隐藏或秘密 写
一般来讲，人们通常认为密码学是一种 将信息表述为不可读内容的方式（加密）， 并且可以采用一种秘密方法将信息恢复出来 （解密）。
2021/3/5
第2章密码学概论
2.1 密码学的发展历史
❖ 自人类社会出现战争便产生了密码
Julius Caesar发明了凯撒密码 二战时德国使用Enigma机器加密 美国军事部门使用纳瓦霍语(Navaho)通信员
❖ 1976年，美国密码学家W.Diffie和M.Hellman在一篇 题为《密码学的新方向》一文中提出了一个崭新的 思想，不仅加密算法本身可以公开，甚至加密用的 密钥也可以公开。
❖ 1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES
❖ 2001年11月26日，正式颁布AES为美国国家标准。
2021/3/5
按照预先编排的顺序编号和使用，主
要用于低级的军事通信。
2021/3/5
第2章密码学概论
442，周期固定。一个由数量不 等的齿的轮子引导密文轮不规则 运动。
密码学的发展历史(4)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
转轮密码机ENIGMA，由Arthur Scherbius于1919年发明，面板 前有灯泡和插接板；4轮
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的发展历史(2)
❖ 1834年，伦敦大学的实验物理学教授惠斯顿 发明了电机，这是通信向机械化、电气化跃 进的开始，也为密码通信采用在线加密技术 提供了前提条件。
❖ 1920年，美国电报电话公司的弗纳姆发明了 弗纳姆密码。其原理是利用电传打字机的五 单位码与密钥字母进行模2相加。
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的发展历史(3)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
二战中美国陆军和海军使用的条形密
Kryha密码机大约在1926年由
码设备M-138-T4。根据1914年Parker
Alexander vo Kryha发明。这是
Hitt的提议而设计。25个可选取的纸条
一个多表加密设备，密钥长度为
截收者(Eavesdropper)：在信息传输和处理系统中的 非受权者，通过搭线窃听、电磁窃听、声音窃听等来窃 取机密信息。
2021/3/5
第2章密码学概论
密码体制基本组成
❖ 一个密码系统，通常简称为密码体制，由5部 分组成：
明文空间 全体明文的集合
chapter 2 cryptology
2021/3/5
第2章密码学概论
现代生活 （政治、经济、军事、社会生活）
信息网络 （公网、专网）
2021/3/5
信息安全
密码学
原来密码学这么重要呀！
第2章密码学概论
❖ 密码学作为信息安全理论与技术的基石，在 信息安全领域发挥着中流砥柱的作用。密码 学理论的应用，成为现代信息网络得以生存 和不断发展的基本前提。
英国的TYPEX打字密码机，是德国3 轮ENIGMA的改进型密码机。它在英 国通信中使用广泛，且在破译密钥后
ENIGMA在1942年装备德国海军， 帮助破解德国信号。
英国从1942年2月到12月都没能
解读德国潜艇的信号。
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的发展历史(5)
❖ 1949年香农发表了一篇题为《保密系统的通信理论》 的著名论文，该文首先将信息论引入了密码，从而 把已有数千年历史的密码学推向了科学的轨道，奠 定了密码学的理论基础。
第2章密码学概论
定义
❖ 密码学是一门研究秘密信息的隐写技术的学 科；密码学技术可以使消息的内容对(除发送 者和接收者以外的)所有人保密；可以使接收 者验证消息的正确性；是解决计算机与通信 安全问题重要技术。
2021/3/5
第2章密码学概论
2.2 密码学的基本概念(1)
❖ 密码技术的基本思想是伪装信息。
• 1976年以后 密码学的新方向——公钥密码学
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的发展历史(1)
❖ 自人类社会出现战争便产生了密码
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm 的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元 前17世纪。表面有明显字间空格的字 母，至今还没有破解。
❖ Julius Caesar发明了凯撒密码
❖ 密码由军事走向生活
电子邮件 自动提款机 电话卡
2021/3/5
第2章密码学概论
美国电报电话公司的弗纳姆发明了弗纳姆密码
11010 + 11101
00111
00111 + 11101
11010
2021/3/5
第2章密码学概论
三个阶段：
• 1949年之前 密码学是一门艺术
• 1949～1975年 《保密系统的通信理论》 密码学成为科学
密码编码学(Cryptography)，研究各种加密方案的学 科，是对信息进行编码实现隐蔽信息的一门学问。加 密方案则被称为密码体制或者密码 。
密码分析学(Cryptanalytics)，研究破译密码的学科， 是研究分析破译密码的学问。
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的基本概念(3)
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。 密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密码 变换成的一种隐蔽形式。 加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。 解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复出 原明文的过程。 加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加密 操作的人员。
பைடு நூலகம்
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的基本概念(2)
❖ 密码学(Cryptology)：研究信息系统安全保密的 科学。它包含两个分支
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的基本概念(4)
加密算法(Encryption algorithm)：密码员对明文进行 加密时所采用的一组规则。
接收者(Receiver)：传送消息的预定对象。
解密算法：接收者对密文进行解密时所采用的一组规 则。
密钥(Key)：控制加密和解密算法操作的数据处理，分 别称作加密密钥和解密密钥。
❖ Cryptography=crypto+ graphy
密码
隐藏或秘密 写
一般来讲，人们通常认为密码学是一种 将信息表述为不可读内容的方式（加密）， 并且可以采用一种秘密方法将信息恢复出来 （解密）。
2021/3/5
第2章密码学概论
2.1 密码学的发展历史
❖ 自人类社会出现战争便产生了密码
Julius Caesar发明了凯撒密码 二战时德国使用Enigma机器加密 美国军事部门使用纳瓦霍语(Navaho)通信员
❖ 1976年，美国密码学家W.Diffie和M.Hellman在一篇 题为《密码学的新方向》一文中提出了一个崭新的 思想，不仅加密算法本身可以公开，甚至加密用的 密钥也可以公开。
❖ 1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES
❖ 2001年11月26日，正式颁布AES为美国国家标准。
2021/3/5
按照预先编排的顺序编号和使用，主
要用于低级的军事通信。
2021/3/5
第2章密码学概论
442，周期固定。一个由数量不 等的齿的轮子引导密文轮不规则 运动。
密码学的发展历史(4)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
转轮密码机ENIGMA，由Arthur Scherbius于1919年发明，面板 前有灯泡和插接板；4轮
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的发展历史(2)
❖ 1834年，伦敦大学的实验物理学教授惠斯顿 发明了电机，这是通信向机械化、电气化跃 进的开始，也为密码通信采用在线加密技术 提供了前提条件。
❖ 1920年，美国电报电话公司的弗纳姆发明了 弗纳姆密码。其原理是利用电传打字机的五 单位码与密钥字母进行模2相加。
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的发展历史(3)
❖ 两次世界大战大大促进了密码学的发展。
二战中美国陆军和海军使用的条形密
Kryha密码机大约在1926年由
码设备M-138-T4。根据1914年Parker
Alexander vo Kryha发明。这是
Hitt的提议而设计。25个可选取的纸条
一个多表加密设备，密钥长度为
截收者(Eavesdropper)：在信息传输和处理系统中的 非受权者，通过搭线窃听、电磁窃听、声音窃听等来窃 取机密信息。
2021/3/5
第2章密码学概论
密码体制基本组成
❖ 一个密码系统，通常简称为密码体制，由5部 分组成：
明文空间 全体明文的集合
chapter 2 cryptology
2021/3/5
第2章密码学概论
现代生活 （政治、经济、军事、社会生活）
信息网络 （公网、专网）
2021/3/5
信息安全
密码学
原来密码学这么重要呀！
第2章密码学概论
❖ 密码学作为信息安全理论与技术的基石，在 信息安全领域发挥着中流砥柱的作用。密码 学理论的应用，成为现代信息网络得以生存 和不断发展的基本前提。
英国的TYPEX打字密码机，是德国3 轮ENIGMA的改进型密码机。它在英 国通信中使用广泛，且在破译密钥后
ENIGMA在1942年装备德国海军， 帮助破解德国信号。
英国从1942年2月到12月都没能
解读德国潜艇的信号。
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的发展历史(5)
❖ 1949年香农发表了一篇题为《保密系统的通信理论》 的著名论文，该文首先将信息论引入了密码，从而 把已有数千年历史的密码学推向了科学的轨道，奠 定了密码学的理论基础。
第2章密码学概论
定义
❖ 密码学是一门研究秘密信息的隐写技术的学 科；密码学技术可以使消息的内容对(除发送 者和接收者以外的)所有人保密；可以使接收 者验证消息的正确性；是解决计算机与通信 安全问题重要技术。
2021/3/5
第2章密码学概论
2.2 密码学的基本概念(1)
❖ 密码技术的基本思想是伪装信息。
• 1976年以后 密码学的新方向——公钥密码学
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的发展历史(1)
❖ 自人类社会出现战争便产生了密码
Phaistos圆盘，一种直径约为160mm 的Cretan-Mnoan粘土圆盘，始于公元 前17世纪。表面有明显字间空格的字 母，至今还没有破解。
❖ Julius Caesar发明了凯撒密码
❖ 密码由军事走向生活
电子邮件 自动提款机 电话卡
2021/3/5
第2章密码学概论
美国电报电话公司的弗纳姆发明了弗纳姆密码
11010 + 11101
00111
00111 + 11101
11010
2021/3/5
第2章密码学概论
三个阶段：
• 1949年之前 密码学是一门艺术
• 1949～1975年 《保密系统的通信理论》 密码学成为科学
密码编码学(Cryptography)，研究各种加密方案的学 科，是对信息进行编码实现隐蔽信息的一门学问。加 密方案则被称为密码体制或者密码 。
密码分析学(Cryptanalytics)，研究破译密码的学科， 是研究分析破译密码的学问。
2021/3/5
第2章密码学概论
密码学的基本概念(3)
明文(消息)(Plaintext) ：被隐蔽消息。 密文(Ciphertext)或密报(Cryptogram)：明文经密码 变换成的一种隐蔽形式。 加密(Encryption)：将明文变换为密文的过程。 解密(Decryption)：加密的逆过程，即由密文恢复出 原明文的过程。 加密员或密码员(Cryptographer)：对明文进行加密 操作的人员。