第十三章古典密码与破译

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② Vernam（弗纳姆）密码技术
其加密方法是，将明文和密钥分别表示成二进制序列，再 把它们按位进行模二加法。设19明17文年m美=国电m1话m电2…报，公密司钥的kG=ilbke1rkt 2… ，其中mi，ki∈GF(2)，i≥V1e，rn则am密为文电c报=通c1信c2设…计，了其一中种ci=十m分i方便的密 ki 。这里 为模二加法。 码技术。后来称之为Vernam密码技术，它是
应用密码学
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西安电子科技大学出版社 二0一七年一月
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第二章 古典密码算法
主要内容： 传统隐写术 替换密码技术 换位密码技术 古典密码体制的安全性分析
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④ 仿射密码技术：是加法密码技术和乘法密码技术的结合体。
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k，b为该算法的密钥。当b=0时，仿射密码技术退化为乘法密码技术，当 k=1时，仿射密码退化为移位替换密码技术。
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（1）单字符单表替换密码技术：单字符单表替换密码技术是对明文中的所有 字符都使用一个固定的映射。
设A={a0，a1 ，…，an-1}为明文字母表，B={b0，b1 ，…，bn-1}为密文字母表， 单字符单表替换密码技术使用了A到B的映射关系：f：A→B，f(ai)= bj（一般情况 下，为保证加密的可逆性，f是一一映射）将明文中的每一个字母替换为密文字 母表中的一个字母。

♦ OK!
♦ 加密算法： ♦ Ek: i -> i + k (mod 26)
♦ 解密算法： ♦ Dk: i -> i - k (mod 26)
1.古典加密技术
♦ 两个基本组成部分：
替换与置换 (substitution and transposition)
3.密码分析（Cryptanalysis of Caesar ciphers）
Plaintext: IFWEWISHTOREPLACELETTERS Ciphertext: WIRFRWAJUHYFTSDVFSFUUFYA
9。打乱的密码代换的ຫໍສະໝຸດ 全性♦ 密钥总数：26！ ♦ 如此多的密钥，可以认为安全吗？ ♦ !!!NO!!! ♦ 仍然有语言统计规律 ♦ 需要其它方法隐藏这种规律性 ♦
♦ 熵（Entropy，定义为事件集X中事件出现 的信息的统计平均值
∑ H (X ) =
i
1 p(xi) loga p(xi)
≥0
它表示X中出现一个事件平均给出的信息量，
或事件的平均不确定性
Exercises
♦ encrypt and then decrypt by hand, the text below using a general monoalphabetic cipher with a key of "NIFTY":
equivalents
11. 一般单码替换密码 举例
♦ 给定密钥字 "STARWARS" ♦ 去掉重复字母得到 "STARW" ♦ 填写剩余字母：
STARW BCDEF GHIJK LMNOP QUVXY Z ♦ 按列读取字母得到密文 ♦ Plain: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ Cipher: SBGLQZTCHMUADINVREJOXWFKPY ♦ 可以用这个密钥加密、解密 ♦ 例如 Plaintext: I KNOW ONLY THAT I KNOW NOTHING ♦ Ciphertext: H UINF NIAP OCSO H UINF INOCHIT ♦

通过网络非法获取和利用信息可能随时发生
➢ 互联网的开放性是根源 ➢ 网络安全已成为网络设计、建设和维护的重要内容
密码学/密码算法成为保护网络信息的利器
➢ 以数学为工具，将信息明文变换为密文 ➢ 成为保护信息的核心屏障
32021精选ppt 网络与信息安全
简单加密系统模型
密码学的目的
➢ 合法通信双方Alice和Bob在不安全的信道上进行安全通信， 而破译者Oscar不能理解他们通信的内容
让每个字母对应一个数值
则基本型凯撒密码可以表示为
加密： 解密：
Ci = E(pi) = (pi+3) mod 26 pi = D(Ci) = (Ci3) mod 26
密钥数量：1
152021精选ppt 网络与信息安全
凯撒密码
凯撒密码
实例
➢ 明文： meet me after the party ➢ 密文： PHHW PH DIWHU WKH SDUWB
192021精选ppt 网络与信息安全
移位密码
移位密码
202021精选ppt 网络与信息安全
例如，k = 5
明文字母表： 密文字母表：
明文
移位密码
密文
密钥数量：25
212021精选ppt 网络与信息安全
移位密码
特点
➢ 非常简单 ➢ 密钥数为25，仍非常脆弱
222021精选ppt 网络与信息安全
指定一个关键词（词组、句子…） 去除关键词中的重复字母和空格，前置于密码表 将剩余的字母依次按序后置于密码表
密钥数量： 26!（≈ 4×1026 = 400亿亿亿）
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短语密码
实例
➢ 关键词： ➢ 去重前置： ➢ 剩余后置：

密钥 密文
密钥
明文


加密算法
明文 解密算法
加密密钥(Encryption Key) 解密密钥(Decryption Key)
基本概念
需要密钥的加密算法，记为：C=E(K,P),即密文消息同时
依赖于初始明文和密钥的值。实际上，E是一组加密算法， 而密钥则用于选择其中特定的一个算法。
加密与解密的密钥相同，即：P=D(K,E(K,P)) 加密与解密的密钥不同，则：P=D(K ,E(K ,P))
除了一次一密的方案外，没有无条件安全的算法 安全性体现在任意一条：
• 破译的成本超过加密信息的价值 • 破译的时间超过该信息有用的生命周期
密钥搜索所需平均时间
目录
1.
2. 3.
密码学的起源、发展和现状
密码学基本概念 典型几种古典密码技术
经典加密技术
替代 置换 隐写术

古典密码：替代（代替）
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古典密码：置换
改变明文内容元素的相对位置，保持内容的表现形式不 变 通常称为transposition或者permutation密码 通过重新安排消息字母的位置来隐藏明文信息，而不是 用其他字母来代换明文字母 这种方法是很容易破译的，因为密文拥有与明文一样的 字母频率统计特性
（4）任意k∈ K，有一个加密算法 ek E 和相应的解密 算法 d k D ，使得 ek : P C 和 dk : C P 分别为加 密解密函数， 满足dk(ek(x))=x ，这里 x ∈P。
密码编码系统分类
保密内容 密钥数量 明文处理的方式
保密内容
受限制的（restricted)算法