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对密码学的认识

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对密码学的认识

一、密码学的发展历史

密码学的发展历程大致经历了三个阶段：古代加密方法、古典密

码和近代密码。 1.古代加密方法（手工阶段）

源于应用的无穷需求总是推动技术发明和进步的直接动力。存于

石刻或史书中的记载表明，许多古代文明，包括埃及人、希伯来人、亚述人都在实践中逐步发明了密码系统。从某种意义上说，战争是科

学技术进步的催化剂。人类自从有了战争，就面临着通信安全的需

求，密码技术源远流长。 古代加密方法大约起源于公元前440年出现在古希腊战争中的

隐写术。当时为了安全传送军事情报，奴隶主剃光奴隶的头发，将情

报写在奴隶的光头上，待头发长长后将奴隶送到另一个部落，再次剃光头发，原有的信息复现出来，从而实现这两个部落之间的秘密通信。

公元前400年，斯巴达人就发明了“塞塔式密码”，即把长条纸

螺旋形地斜绕在一个多棱棒上，将文字沿棒的水平方向从左到右书写，写一个字旋转一下，写完一行再另起一行从左到右写，直到写完。

解下来后，纸条上的文字消息杂乱无章、无法理解，这就是密文,但

将它绕在另一个同等尺寸的棒子上后，就能看到原始的消息。这是最早的密码技术。

我国古代也早有以藏头诗、藏尾诗、漏格诗及绘画等形式，将要

表达的真正意思或“密语”隐藏在诗文或画卷中特定位置的记载，一般人只注意诗或画的表面意境，而不会去注意或很难发现隐藏其中的

“话外之音”。比如：我画蓝江水悠悠，爱晚亭枫叶愁。秋月溶溶照

佛寺，香烟袅袅绕轻楼 2.古典密码（机械阶段）

古典密码的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，它比古代加密方法复杂，其变化较小。古典密码的代表密码体制主要有：单表代替密码、多表代替密码及转轮密码。

3.近代密码（计算机阶段） 密码形成一门新的学科是在20世纪70年代，这是受计算机科

学蓬勃发展刺激和推动的结果。快速电子计算机和现代数学方法一方

面为加密技术提供了新的概念和工具，另一方面也给破译者提供了有力武器。计算机和电子学时代的到来给密码设计者带来了前所未有的

自由，他们可以轻易地摆脱原先用铅笔和纸进行手工设计时易犯的错

误，也不用再面对用电子机械方式实现的密码机的高额费用。总之，利用电子计算机可以设计出更为复杂的密码系统。

二、密码学的研究现状

计算机密码学(Cryptgmphy)包括密码编码学和密码分析学。密码体制设计是密码编码学的主要内容，密码体制的破译是密码分析学的主要

内容。密码编码技术和密码分析技术是相互支持、密不可分的两个方

面。 2.1 传统加密法

传统加密法也称为对称密码算法。主要由两个动作所组成，一是换位

（Transposition），另一个是替换（或代换，Substitution）。不论多么复杂的传统加密法绝对脱离不了这两种最基本的动作。

2.2 公开密钥算法

公开密钥算法也称为非对称密码算法。其有两个密钥：一个公开作为加密密钥，称为公钥；另一个作为用户专用的解密密钥，称为私钥。

这样，甲方要发送秘密信息给乙方，只要用乙方的公钥来对信息加密

并发送给乙方， 掌握对应私钥的乙方就可以对加密消息进行解 密， 而任何其他人都无法解密。目前，公开密钥加密算法主要有RSA、

Fertezza、EIGama 等，除加密功能外，公钥系统还可以提供数字签

名。但是主要的缺点是处理速度慢。 2.3 混合密码系统

所谓混合密码系统，就是将传统密钥算法和公开密钥算法结合在一起

使用，即用传统加密算法处理文件，而用公钥密码算法来传送对称密码算法使用的密钥。 这样既利用了对称密码算法的加密速度，又有效地解决了密钥分发问题。

2.4 量子密钥算法 量子密码是一种以现代密码学和量子力学为基础、 利用量子物理学

方法实现密码思想和 操作的新型密码体制。 它利用单光子的量子性

质， 借助量子密钥分配协议可实现数据传输的 可证性安全。 量子密码具有无条件安全的特性（即不存在受拥有足够时闻和计算机能力

的窃听者攻击的危险），而在实际通信发生之前，不需要交换私钥。

2.5 DNA 密钥算法 DNA密码是近年来伴随着DNA计算的研究而出现的密码学新领域，其

特点是以DNA为信息载体，以现代生物技术为实现工具，挖掘 DNA

固有的高存储密度和高并行性等优点，实现加密、认证及签名等密码学功能。

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密码学

密码学

绪论

密码学的发展历史(1)

1.3 密码学的发展历史

密码学的发展历程大致经历了三个阶段：古代加密方法、古典密码和近代密码。

1.3.1 古代加密方法（手工阶段）

源于应用的无穷需求总是推动技术发明和进步的直接动力。存于石刻或史书中的记载表明，许多古代文明，包括埃及人、希伯来人、亚述人都在实践中逐步发明了密码系统。从某种意义上说，战争是科学技术进步的催化剂。人类自从有了战争，就面临着通信安全的需求，密码技术源远流长。

古代加密方法大约起源于公元前440年出现在古希腊战争中的隐写术。当时为了安全传送军事情报，奴隶主剃光奴隶的头发，将情报写在奴隶的光头上，待头发长长后将奴隶送到另一个部落，再次剃光头发，原有的信息复现出来，从而实现这两个部落之间的秘密通信。

密码学用于通信的另一个记录是斯巴达人于公元前400年应用Scytale加密工具在军官间传递秘密信息。Scytale实际上是一个锥形指挥棒，周围环绕一张羊皮纸，将要保密的信息写在羊皮纸上。解下羊皮纸，上面的消息杂乱无章、无法理解，但将它绕在另一个同等尺寸的棒子上后，就能看到原始的消息。 我国古代也早有以藏头诗、藏尾诗、漏格诗及绘画等形式，将要表达的真正意思或“密语”隐藏在诗文或画卷中特定位置的记载，一般人只注意诗或画的表面意境，而不会去注意或很难发现隐藏其中的“话外之音”。

由上可见，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。这些古代加密方法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。

传输密文的发明地是古希腊，一个叫Aeneas Tacticus的希腊人在《论要塞的防护》一书中对此做了最早的论述。公元前2世纪，一个叫Polybius的希腊人设计了一种将字母编码成符号对的方法，他使用了一个称为Polybius的校验表，这个表中包含许多后来在加密系统中非常常见的成分，如代替与换位。Polybius校验表由一个55的网格组成（如表1-1所示），网格中包含26个英文字母，其中I和J在同一格中。每一个字母被转换成两个数字，第一个是字母所在的行数，第二个是字母所在的列数。如字母A就对应着11，字母B就对应着12，以此类推。使用这种密码可以将明文“message”置换为密文“32 15 43

密码学复习题

密码学复习题

一、选择

1. 若一个单向函数存在一个附加信息，当不知道该附加信息时从函数值求原像是困难的，但是知道该附加信息时从函数求原像是容易的，则该单向函数是

A.陷门单向函数 B.门陷单向函数 C.完全单向函数 D容量单向函数

2. 标志着公钥密码学诞生的事件是

A. C.Shannon发表的保密系统的通信理论

B. W.Diffle和M.Hellman发表“密码学的新方向”一文

C. C.RSA加密公钥的提出D.维吉利亚密码体制的提出。

3. 下列密码体制中，被认为无条件安全的是

A.一次一密乱码本(one-time pad) B.ElGamal C.RSA D.Cramer-Shop

4. 下列密码体制中，不属该分组密码的是

A. IDEA B.AES C.ElGamal D.DES

5. 目前通称的AES算法指的是

A. Terpent算法 B.RCG算法 C.Rijndael算法 D.Tuofish算法

二、填空

1. 按照一个明文字母是否总是被一个固定的字母代换进行划分，代换密码可分为 单表代换密码 和

多表代换密码 。

2. 经典密码学的2个分支： 密码编码学 和 密码分析学 。

3. 根据攻击者所拥有的信息不同，对数字签名方案的攻击主要有 惟密钥攻击 ， 已知消息攻击 ， 选择消息攻击 ， 适应性选择消息攻击 四种常见的类型。

4. 分组密码主要有 电子密码本模式(ECB) ， 密码分组链接模式(CBC) ， 密码反馈模式(CFB) ，

输出反馈模式(OFB) 。

5. 根据密码分析者破译时已具备的条件，把对密码系统的常见攻击分为 惟密文攻击 ， 已知明文攻击 ， 选择明文攻击 ， 选择密文攻击 。

三、问答

1.Feistel 密码结构主要部件是哪些？它在迭代运算中起到什么作用？

ANS：Feistel密码是通过代替和置换(S-P网络)交替的方式来构造分组密码，其实就是基于混乱和扩散原理实现加解密运算。

密码学 2

密码学 2

北京银长城CISP培训 模拟题

第 1 页 共 7页 密码学

一、快速提示

·密码编码学是通过把信息加密成不可读格式来保护信息的一门科学。

·最著名的转子加密机是德国人在二次世界大战中使用的Enigma机。

·可读消息就是一种叫做明文的文件形式，明文一旦被加密，就处于一种叫做密文的

形式。

·加密就是把明文转化成密文的过程，解密就是把密文还原成原始明文。

·加密算法就是那些决定加密和解密函数的数学规则。

·密码分析学就是研究对密码系统的攻击。

·防抵赖性是这样一种服务：发送者不能在发送消息之后否认已经发送的消息。

·密钥类是从相同明文产生相同密文的两个不同的密钥。

·可能的密钥所在的范围就是密钥空间。密钥空间越大，密钥空间利用得越充分，允

许创建的随机密钥就越多，带来的安全水平也就越高。

·两个最基本的加密密码类型是代换和置换。代换密码是把一个字符(或比特)用另一个来替换，置换密码是搅乱字符集(或比特串)。

·多字母替换密码使用多个字母表来挫败频率攻击。

·隐藏术是用不同的形式比如图像、声音文件或者文档来隐藏数据的一种方法。这种方法用来隐藏数据的存在性。

·Clipper·芯片是一种加密芯片，美国政府想把它应用在许多美国制造的设备中，以使得他们能够监听包含有关于非法活动的可疑信息的通信。

·Clipper-芯片使用的是飞鱼算法，这个算法是美国国家安全局开发的，它使得美国政府能够解密任何使用clipper芯片加密的流量。

·密钥托管是把解密信息所必需的密钥分成几个部分的一种措施。不同的代理或者实体保存着密钥的不同部分，需要的时候联合在一起以解密。

·公平加密系统也将解密所必需的密钥分开，但这种方法在使用公钥加密术的时候用软件加密程序来实现，而密钥托管主要在人们利用硬件加密芯片的时候使用。

·密钥是插入加密算法中的随机比特串。这一结果决定对消息执行哪些加密函数以及按什么顺序执行。

密码学 3

密码学 3

1.密码体制分类及其典型算法描述 换位与代替密码体制 序列与分组密码体

制 对称与非对称密钥密码体制

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 密码学涉及到的数学

数论

研究整数性质的一个数学分支。用于密码算法设计。

信息论

从概率统计的观点出发研究信息的传输和保密问题。

复杂度理论

分析密码算法的复杂度，并能确定算法的安全性

4 《8个人秘密通信》

公钥密码体制如何进行保密通信和数字签名应用？

采用两个相关密钥将加密和解密能力分开，