4密钥短语密码 变换而成 密强度低。 如果代换字母表由26 …

单字母替换密码及实例通过把信息隐藏起来的这种秘密通信称为Staganography(隐文术)，由希腊词Steganos(意为“覆盖”)和Graphein(意为“写”)派生而来。

从希罗多德以后2000多年，各种形式的隐文术被使用。

例如，中国古代将信息写在小块丝绸上，塞进一个小球里，再用蜡给封上，然后让信使吞下这个蜡球。

16世纪，意大利科学家乔瓦尼·波塔描述了如何将信息埋藏在一个煮熟的鸡蛋里：他把少许明矾和一点醋混在一起制作成一种墨水，再用这种墨水将信息写在鸡蛋壳表面。

墨水溶液就会经蛋壳上的微孔渗透进去，在已凝固的鸡蛋白表面留下印记，这样只能剥去蛋壳后才能读取。

隐文术也包括用隐形墨水来写信息，早在公元一世纪普林尼就解释了体液如何用作隐形墨水。

用这种液体写的字干后即变得透明，但轻轻地加热就能把液体烤焦，从而字体就以棕色显现出来。

许多有机流体都有这样的性质，因为它们富含碳因而变得很容易被烤焦。

事实上，即使是现在间谍也很少知道在标准配备的隐形墨水用完之后还可以用自己的尿来临时代替。

隐文术的长久使用表明它确实起到了一定保密作用，但它也有一个根本的弱点。

如果信使被搜查，信息被发现，那么秘密通信的内容也立即暴露无遗。

一旦信息被截获，所有的安全性也就随之荡然无存。

一个严格的士兵会例行地搜查每一个过境人，包括刮一刮所有上蜡的刻写板，给所有空白纸张加加热，剥开煮熟的鸡蛋，剃光人们的头发等等，难免会有发现隐藏信息的时刻。

因此，在隐文术发展的同时，还有另一种方法也在演化，那就是Cryprography(密码术)，从希腊词Kryptos(意为隐藏)派生而来。

密码术的目的不是隐藏密码本身，而是要隐藏它的意思，也就是一种和加密的过程。

为了使信息无法被外人理解，将信息按照事先在发送者和接收者之间规定好的某种特别规则打乱。

那么接受者可以将打乱的信息恢复原样，信息就可以被理解。

密码术的优势在于即使敌人截住了一条加密的信息，也无法读懂它。

代换密码代换密码代换密码是将明⽂中的字符替换为其他字符的密码体质。

基本⽅法是：建⽴⼀个代换表，加密时将明⽂字符通过查表代换为对应的密⽂字符，代换表即密钥。

（代换表即影视题材中常见的密码本，密码本由机要员保管，有电报需要发送时先由机要员⽤密码本将情报代换成电报代码，发报员负责发报，发报员不知道发报的内容是什么。

）单表代换密码1. 移位密码⾸先建⽴英⽂字母与摸26的剩余之间的对应关系A B C D …… Z0 1 2 3 (25)定义:设P=C=K=Z={0,1,2,……,25},明⽂x密⽂y,对于整数k(0<=k<=25),定义：加密：y=e(x)=x+kmod26,解密：x=d(y)=y-kmod26,x,y属于Z凯撒(Caesar)密码是k=3的移位密码明⽂：A B C D …… W X Y Z密⽂：D E F G …… Z A B C明⽂M=china，密⽂C=FKLQDM=game is over,k=9.加密过程: g a m e i s o v e r6 0 12 4 8 18 14 21 4 176 0 12 4 8 18 14 21 4 17+9mod26------------------------15 9 21 13 17 1 23 4 13 0密⽂C= p j v n r b x e n a解密过程: p j v n r b x e n a15 9 21 13 17 1 23 4 13 015 9 21 13 17 1 23 4 13 0-9mod26------------------------6 0 12 4 8 18 14 21 4 17密⽂C= g a m e i s o v e r2. 单表代换密码定义设P=C=K=Z={0,1,2,……,25},K是0,1,2,……,25的所有置换的集合，对置换π属于K置换π为：π=(0 1 2 (25)0' 1' 2' …… 25')加密: y=e(x)=π(x),解密: y=d(y)=π^-1(y).密钥传递为⽅便使⽤，通常代换后结果还是26个英⽂字母。

古典密码判断题1. 凯撒密码中，加密时将明文中的每个字母按照固定的偏移量进行替换，偏移量为3时，字母A会被替换成D。

（3分）2. 维吉尼亚密码是一种多表代换密码。

（3分）3. 在古典密码中，简单替换密码的密钥空间很小。

（3分）4. 置换密码是通过改变明文字符的位置来加密的，例如将“hello”中的字符顺序打乱为“hlelo”就是一种简单的置换加密。

（3分）5. 古典密码中的转轮密码机属于机械密码。

（3分）6. 单表代换密码很容易被频率分析攻击破解。

（3分）7. 仿射密码是一种特殊的单表代换密码。

（3分）8. 希尔密码是基于矩阵运算的密码。

（3分）9. 在古典密码里，密码的安全性主要取决于密钥的保密性。

（3分）10. 格栅密码是通过特定的格栅模板来加密的。

（3分）11. 古典密码中，密码本是一种常见的加密工具。

（3分）12. 摩尔斯电码不属于古典密码体系。

（3分）13. 恩尼格玛密码机在二战中被广泛使用，它是古典密码发展的高级阶段。

（3分）14. 古典密码的加密和解密操作通常比较简单。

（3分）15. 换位密码中，明文字符的顺序会按照一定规律重新排列。

（3分）16. 古典密码中的密码分析主要就是破解密钥。

（3分）17. 多表代换密码相比单表代换密码更难被破解。

（3分）18. 古典密码在现代密码学中已经完全没有价值了。

（3分）（这个答案是错的，古典密码是现代密码学的基础，有一定的历史和理论价值）19. 古典密码中的代换操作就是用一个字符替换另一个字符。

（3分）20. 密钥长度较短的古典密码相对更容易被破解。

（3分）21. 古典密码的加密算法往往是公开的，只有密钥是保密的。

（3分）22. 单表代换密码中，如果明文字母表和密文字母表是一一对应的，那就是简单替换密码。

（3分）23. 古典密码中的加密和解密是可逆的过程。

（3分）24. 格栅密码的加密和解密过程需要特定的格栅模板来操作。

（3分）25. 在古典密码体系中，加密后的密文通常是不可读的字符组合。

第三章：3-1使用密钥字为common 的代换密码方案，列出字母代换表 解：去除后来重复的字母后，真正的密钥字为comn3-2解密下面的一段恺撒密码密文（明文单词间留空，以便阅读）：EHVWWLPHRIWKHBHDULVVSULQJZKHQIORZHUVEORRP解：将密文字母在英文字母表上前移3个位置，即可得到这段恺撒密码密文对应的明文如下：best time of the year is spring when flowers bloom3-3利用仿射密码算法加密下面的明文，假设k 1=7，k 2=3（要求首先列出明文字母-密文字母代换表，然后给出对应的密文，并以字母t 的加密为例给出计算过程）：解：因为k 1=7，k 2=3，因此仿射密码的加密公式为)26(mod 37)(21+=+==p k p k p e c k字母t （19）被加密为)26(mod 61363197)(G t e k ===+⨯=完整的明文字母-密文字母代换表如下表所示：3-4解密3-3题所得仿射密码密文，并以密文字母F 的解密为例说明计算过程。

解：因为k 1=7，k 2=3，因此，根据仿射密码的解密公式，有)26(mod 1915)3(15)3(71-=-⨯=-⨯=-c c c p密文字母F （5）解密为：)26(mod 4561975195151915e c ===-=-⨯=-3-5使用密钥字student 对明文cryptography 进行维吉尼亚密码加密和解密，要求仿照表3-7（P51）给出其加密和解密过程，并说明相同明文字符的加密结果。

解：去除密钥字student 中后来重复的字母后，真正的密钥为studen 。

因此，应将明文、密文按照6位长度进行分组，每组使用同样的密钥studen 加密、解密。

3-6选择希尔密码的加密密钥矩阵k 为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=07050203k 试以明文love 为例 解：将明文字符love 变换为数字，分别为11、14、21、4。

填空题1、密码学的主要任务是实现机密性、鉴别、数据完整性、抗抵赖性。

1、机密性是一种允许特定用户访问和阅读信息，而非授权用户对信息内容不可理解的安全属性。

在密码学中，信息的机密性通过加密技术实现。

2、完整性数据完整性即用以确保数据在存储和传输过程中不被非授权修改的的安全属性。

密码学可通过采用数据加密、报文鉴别或数字签名等技术来实现数据的完整性保护。

3、鉴别是一种与数据来源和身份鉴别有关的安全服务。

鉴别服务包括对身份的鉴别和对数据源的鉴别。

对于一次通信，必须确信通信的对端是预期的实体，这就涉及到身份的鉴别。

4、抗抵赖性是一种用于阻止通信实体抵赖先前的通信行为及相关内容的安全特性。

密码学通过对称加密或非对称加密，以及数字签名等技术，并借助可信机构或证书机构的辅助来提供这种服务。

5、密码编码学的主要任务是寻求有效密码算法和协议，以保证信息的机密性或认证性的方法。

它主要研究密码算法的构造与设计，也就是密码体制的构造。

它是密码理论的基础，也是保密系统设计的基础。

6、密码分析学的主要任务是研究加密信息的破译或认证信息的伪造。

它主要是对密码信息的解析方法进行研究。

7、明文（Plaintext）是待伪装或加密的消息（Message）。

在通信系统中它可能是比特流，如文本、位图、数字化的语音流或数字化的视频图像等。

8、密文(Ciphertext)是对明文施加某种伪装或变换后的输出，也可认为是不可直接理的字符或比特集，密文常用c表示。

9、加密（Encrypt ）是把原始的信息（明文）转换为密文的信息变换过程。

10、解密（Decrypt）是把己加密的信息（密文）恢复成原始信息明文的过程。

11、密码算法(Cryptography Algorithm)也简称密码（Cipher），通常是指加、解密过程所使用的信息变换规则，是用于信息加密和解密的数学函数。

对明文进行加密时所采用的规则称作加密算法，而对密文进行解密时所采用的规则称作解密算法。

古典加密⽅法（⼀）代换技术⼀、凯撒密码 已知最早的密码，将字母表的每个字母⽤之后的第3个字母来代换（循环代换）。

由于以下三个特征导致可以轻易被穷举攻击分析⽅法破解。

1、已知加密和解密算法；2、密钥空间过⼩；3、明⽂所⽤语⾔已知，且意义易于识别。

为改善密钥空间过⼩的问题，便发展成单表代换密码。

⼆、单表代换密码 允许字母表任意代换，使得密钥空间由25种可能性急剧增长到26！种可能（⼤于4×1026）。

然⽽，由于密⽂保留了原始字母使⽤频率的统计学特征，因⽽很容易被破解。

为了尽量消除密⽂中残留的语法模式和结构，⼜发展成两种路⼦，⼀是对明⽂中多个字母⼀起加密，另⼀种是采⽤多表代换密码。

三、Playfair密码--最著名的多表代换密码 把明⽂中的双字母⾳节作为⼀个单元进⾏两两代换。

在19世纪发挥了重要作⽤，⼀战中被攻破。

Playfair算法基于⼀个由密钥词组成的5×5字母矩阵（字母I和J当做⼀个字母）。

选择好密钥词后，⾸先将密钥次词从左到右、从上⾄下填在矩阵格⼦中，再将剩余字母按字母顺序依次填满格⼦。

如使⽤china作为秘钥词，可得如下矩阵： 对明⽂按如下规则⼀次加密两个字母 1、如果该字母对的两个字母相同，则在它们之间插⼊⼀个填充字母，⽐如x。

例如：ballon先把它变成ba lx lo on。

2、字母对落在同⼀⾏，则向右循环代换，如ca变成hc。

3、字母对落在同⼀列，则向下循环代换，如cv变成bc。

4、其他情况则代换为与该字母同⾏，另⼀字母同列的字母。

如dt变成fr。

以上算法使得对单个字母的判断变得困难许多。

然⽽由于它的密⽂仍然保留了明⽂语⾔的结构，因⽽仍可破解。

四、Hill密码-多表代换密码 采⽤m阶可逆矩阵（等效于m个线性等式）对m个连续的明⽂字母（转换成数字）进⾏加密。

如 同playfair相⽐，Hill的优点是完全屏蔽了字母（⼩于m-1个）频率特性，⾜以对抗唯密⽂攻击，然⽽却很容易被已知明⽂攻击破解。

代换密码解码算法代换密码是一种简单的加密算法，它通过将明文中的字符替换为其他字符来隐藏真实信息。

解码代换密码算法的过程相对简单，只需按照密文中字符与明文中字符的对应关系，逐个替换就可以得到明文信息。

本文将介绍代换密码的解码算法以及其在实际应用中的一些局限性。

首先，我们需要了解代换密码的加密规则。

代换密码算法使用一个密钥表，密钥表将明文中的字符映射到密文中的字符。

根据密钥表的不同，代换密码可以有多种实现方式。

最简单的代换密码算法是凯撒密码，它将明文中的字母按照一定规律进行移位替换。

例如，密钥表中字母A对应密文中字母D，字母B对应密文中字母E，以此类推。

解码代换密码算法的关键就是找到密钥表的映射关系。

解码代换密码的第一步是确定使用了哪种代换密码算法。

根据密文中的特征，我们可以尝试不同的代换密码算法进行解码。

如果我们能够确认使用了凯撒密码，那么解码的工作就相对简单了。

凯撒密码的密钥表是固定的，只需要将密文中的字符按照相应的规则进行移位替换即可得到明文。

例如，如果密钥是3，那么密文中的字母A将替换为明文中的字母X，字母B将替换为明文中的字母Y，以此类推。

我们只需根据这种规律逆向操作，即将密文中的字符按照相应的规则向前移位，就能得到明文。

对于其他类型的代换密码，解码过程可能需要更多的分析工作。

我们需要观察密文中字符的频率分布情况。

在英文中，一些字母的使用频率较高，例如E、T和A等。

如果密文中的某个字符在出现的频率非常高，那么很有可能这个字符对应的是明文中的字母E。

通过观察频率分布情况，我们可以逐步建立密文字符与明文字符的映射关系，从而逐步解码出整个明文。

然而，代换密码算法也存在一些局限性。

首先，代换密码中的密钥表是固定的，只有知道了密钥表才能够正确解码。

如果对方使用了不同的密钥表，我们需要重新分析密文和明文之间的映射关系。

另外，代换密码只对单个字符进行替换，无法处理多个字符的组合。

这导致代换密码在处理较长的文本时效果不佳，因为它无法考虑到单词和词组之间的相关性。

代换密码的加密原理
代换密码的加密原理是通过将明文中的每个字符（或一组字符）替换成密文中的另一个字符（或一组字符）来实现加密。

代换密码通常使用一个称为替换表的工具，该表将明文字符映射到密文字符。

代换密码可以分为两种类型：单字母代换密码和多字母代换密码。

1. 单字母代换密码：在单字母代换密码中，每个明文字符都直接映射到一个密文字符。

例如，替换表可以是：A→D，B→E，C→F...，X→A，Y→B，Z→C。

明文中的每个字符都被替换
成替换表中对应的字符。

2. 多字母代换密码：在多字母代换密码中，每个明文字符（或一组字符）都映射到一个或多个密文字符（或一组字符）。

例如，替换表可以是：THE→XYW，IS→BA，GREAT→PQR...，明文中的每个字符（或一组字符）都被替换成替换表中对应的字符（或一组字符）。

代换密码的安全性取决于替换表的复杂性和保密性。

如果替换表是固定的且容易被猜测到，那么加密的安全性就容易被攻击。

因此，为了增加代换密码的安全性，可以通过使用多个替换表、周期性更换替换表、随机选择替换表等方式来增加复杂性和保密性。

另外，代换密码也可以和其他加密技术（如置换密码或密码分组加密）结合使用，以进一步增强安全性。

密码学与网络安全试题一、判断题1）网络安全应具有以下四个方面的特征：保密性、完整性、可用性、可查性。

（）2）安全是永远是相对的，永远没有一劳永逸的安全防护措施。

（）3）为了保证安全性，密码算法应该进行保密。

（）4）密钥短语密码是一种单字母代换密码。

（）5）一次一密体制即使用量子计算机也不能攻破。

（）6）不可能存在信息理论安全的密码体制。

（）7）Kasiski测试法和重合指数法都可以用来估计Vigenere密文所用密钥字的长度。

（）8）囚徒问题说明了密码学的重要应用。

（）9）现代密码体制把算法和密钥分开，只需要保证密钥的保密性就行了，算法是可以公开的。

（）10）一种加密方案是安全的，当且仅当解密信息的代价大于被加密信息本身的价值。

（）11）对称加密算法的基本原则是扩散（Diffusion）和混淆（Confusion），其中混淆是指将明文及密钥的影响尽可能迅速地散布到较多个输出的密文中。

（）12）拒绝服务攻击属于被动攻击的一种。

（）13）为AES开发的Rijndael算法的密钥长度是128位，分组长度也为128位。

（）14）DES算法中对明文的处理过程分3个阶段：首先是一个初始置换IP，用于重排明文分组的64比特数据。

然后是具有相同功能的64轮变换，每轮中都有置换和代换运算。

最后是一个逆初始置换从而产生64比特的密文。

（）15）公开密钥密码体制比对称密钥密码体制更为安全。

（）16）现代分组密码都是乘法密码，分为Feistel密码和非Feistel 密码两类，非Feistel密码只可以运用不可逆成分。

（）17）现代分组密码都是乘法密码，分为Feistel密码和非Feistel 密码两类，其中Feistel密码只可以运用不可逆成分。

（）18）流密码可以分为同步流密码和异步流密码，其中密钥流的产生并不是独立于明文流和密文流的流密码称为同步流密码。

（）19）流密码可以分为同步流密码和异步流密码，其中密钥流的生成独立于明文流和密文流的流密码称为同步流密码。

密码学基础知识【1】古典密码1、置换密码置换密码将明⽂中的字母顺序重新排列，但字母本⾝不变，由此形成密⽂。

换句话说，明⽂与密⽂所使⽤的字母相同，只是它们的排列顺序不同。

我们可以将明⽂按矩阵的⽅式逐⾏写出，然后再按列读出，并将它们排成⼀排作为密⽂，列的阶就是该算法的密钥。

在实际应⽤中，⼈们常常⽤某⼀单词作为密钥，按照单词中各字母在字母表中的出现顺序排序，⽤这个数字序列作为列的阶。

【例1】我们以coat作为密钥，则它们的出现顺序为2、3、1、4，对明⽂“attack postoffice”的加密过程见图1：图1 对明⽂“attack postoffice”的加密过程按照阶数由⼩到⼤，逐列读出各字母，所得密⽂为：t p o c a c s f t k t i a o f e.对于这种列变换类型的置换密码，密码分析很容易进⾏：将密⽂逐⾏排列在矩阵中，并依次改变⾏的位置，然后按列读出，就可得到有意义的明⽂。

为了提⾼它的安全性，可以按同样的⽅法执⾏多次置换。

例如对上述密⽂再执⾏⼀次置换，就可得到原明⽂的⼆次置换密⽂：o s t f t a t a p c k o c f i e还有⼀种置换密码采⽤周期性换位。

对于周期为r的置换密码，⾸先将明⽂分成若⼲组，每组含有r个元素，然后对每⼀组都按前述算法执⾏⼀次置换，最后得到密⽂。

【例2】⼀周期为4的换位密码，密钥及密⽂同上例，加密过程如图2：图2 周期性换位密码2、 替代密码单表替代密码对明⽂中的所有字母都⽤⼀个固定的明⽂字母表到密⽂字母表的映射。

换句话说，对于明⽂，相应的密⽂为=。

下⾯介绍⼏种简单的替代密码。

1. 加法密码在加法密码中，映射规则可表⽰为，其中k为密钥，加密算法就是。

例如，我们可以将英⽂的26个字母分别对应于整数0~25，则n=26，对应关系如表加法密码也称为移位密码，凯撒密码就是k=3的加法密码。

【例1】取密钥k=9，明⽂为“attackpostoffice”，则转换为密⽂的过程如下：⾸先将其转化为数字序列：0 19 19 0 2 10 15 14 18 19 14 5 5 8 2 4然后每个数值加9，并做模26运算，得到以下序列：9 2 2 9 11 19 24 23 1 2 23 14 14 17 11 13再将其转化为英⽂字母，可得密⽂：jccjltyxbcxoorln.2.乘法密码乘法密码的映射规则可表⽰为，其中k为密钥，加密算法就是。

古典密码实验【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：c=mk(mod 26)m=ck-1(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(m)=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表示a的逆元，即a-1•a≡1 mod 26。

四、Playfair密码Playfair是一个人工对称加密技术，由Charles Wheatstone在1854年发明，得名于其推广者Lord Playfair。

Playfair密码是一种著名的双字母单表替代密码，实际上Playfair密码属于一种多字母替代密码，它将明文中的双字母作为一个单元对待，并将这些单元转换为密文字母组合。

Playfair密码基于一个5×5的字母矩阵，该矩阵通过使用一个英文短语或单词串即密钥来构造，去掉密钥中重复的字母得到一个无重复字母的字符串，然后再将字母表中剩下的字母依次从左到右、从上往下填入矩阵中。

例如，若密钥为“playfair is a digram cipher”，去除重复字母后，得到有效密钥“playfirsdgmche”，可得字母矩阵如图1.1.1-1所示。

《移动互联网安全》习题参考答案第一次习题1. 什么特性使得加密绝对不可攻破？什么特性将使得加密在实际应用中是不可攻破的？ 答：在没有密钥的情况下，解密的计算难度远远超过加密的计算难度，或者解密成本远远大于密文本身的价值，或者在密文的有效时间内使用当前的计算技术根本无法解密。

在实际应用中,解密成本远远大于密文本身的价值，或者在密文的有效时间内使用当前的计算技术根本无法解密,使得加密在实际应用中是不可攻破的。

2. 解释为什么双字母替换密码比单字母替换更安全？答: (1)虽然只有26个字母，但有26*26=676种双字母组合；识别各种双字母组合要困难得多。

(2) 各个字母组的相对频率要比双字母组合呈现出大得多的范围，因此使用频率分析困难得多3. 密文为c ，明文为m, 26个字母编号为0~25，加密算法为c=7m+11(mod26),当明文为hello 时，对应的密文是什么？解: hello 对应的数字: 7,4,11,11,147184113711(mod 26)11110111101115⎛⎫⎧⎫⎧⎫ ⎪⎪⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪+=⎨⎬⎨⎬ ⎪⎪⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪⎪⎪ ⎪⎪⎪⎪⎪⎝⎭⎩⎭⎩⎭ 对应密文:inkkf4. 设π为集合{1, 2, …, 8}上的置换，求出逆置换π -1。

-15. 解释为什么两个相对简单的密码（如代替和换位）的积可将安全提高到较高层次。

答：两个相对简单的密码的积会使密码的搜索空间在大大有增加，例如，转轮机如果有3个转轮，所有整个系统重复使用：26*26*26=17576个不同的替换字母表。

从而提高了安全层次。

6. 编程实现一种古典加密算法(Caesar 、Playfair 或Hill)。

第二次习题1. 混乱与扩散的差别是什么？扩散：指使明文的统计特性消散在密文中。

等价于说每个密文数字被许多明文数字影响。

混乱：尽可能的使密文和加密密钥之间的统计关系更复杂。

阻止攻击者发现密钥。