中 国 地 质 大 学
古典密码学介绍
课程名称：趣味密码学
教师姓名：刘 勇
姓 名： 肖 国 栋
班 级 ： 052098j-18
学 号： 20091002670
专 业： 土 木 工 程
所在院系：工 程 学 院
日 期： 2011 年 12 月
目 录
前 言 ………………………………………………………………1
第一章 古典密码学概念和意义…………………………………..3
第二章 古典密码学发展历史……………………………………..5
第三章 古典密码学内容及分类…………………………………..8
第一节 代换密码 ………………………………………………………………..9
第二节 置换密码.................................................................................................11
第四章 几种典型的古典密码……………………………………..13
第一节 滚筒密码和掩格密 ……………………………………………………...13
第二节 棋盘密码…………………………………………………………………14
第三节 移位代换密码……………………………………………………………15
第四节 Playfair密码……………………………………………………………..15
古典密码 课程设计
一、课程目标
知识目标：
1. 学生理解古典密码的基本概念，掌握不同种类的古典密码方法，如替换密码和移位密码。
2. 学生能够描述古典密码的历史背景及其在通信安全中的作用。
3. 学生了解加密和解密的基本原理，掌握至少两种古典密码的加密和解密技巧。
技能目标：
1. 学生能够运用所学知识，独立完成古典密码的加密和解密过程。
2. 学生通过小组合作，解决古典密码的相关问题，培养团队协作能力和问题解决能力。
3. 学生能够运用信息技术工具，如密码生成器，对古典密码进行实践操作。
情感态度价值观目标：
1. 学生培养对古典密码学的兴趣，激发对信息安全和密码学的探究欲望。
2. 学生认识到古典密码在历史和现代社会中的重要性和实际应用，增强对科学知识的尊重和求知欲。
3. 学生通过学习密码学，培养保密意识，认识到信息安全对个人和社会的价值。
本课程针对六年级学生设计，结合学生的认知水平和好奇心，采用生动的案例和互动式教学，提高学生的学习兴趣和参与度。课程注重理论与实践相结合，使学生能够在掌握知识的同时，提升解决问题的能力，并培养积极的情感态度和价值观。通过具体的学习成果分解，为教学设计和评估提供明确的方向。
二、教学内容
本章节教学内容主要包括以下三个方面：
1. 古典密码学基础
- 介绍密码学的发展简史，重点讲解古典密码学的起源和演变。
- 分类介绍替换密码和移位密码的原理及方法，如凯撒密码、替换密码等。
- 分析古典密码的安全性及其在通信安全中的应用。
2. 加密与解密技巧
- 详细讲解凯撒密码、替换密码等古典密码的加密与解密方法。
- 通过实例分析，让学生掌握如何运用这些技巧进行信息加密与解密。
- 引导学生运用信息技术工具，如密码生成器，进行实践操作。
3. 实践与拓展
- 设计小组合作任务，让学生在实践中解决古典密码相关问题，提高团队协作能力。
- 分析古典密码在现代密码学中的影响，拓展学生视野，激发学生对密码学的兴趣。
古典密码之代换密码
继上⼀篇博客讲了古典密码的置换密码之后，这⼀篇博客我们接着来写古典密码之置换密码。
代换密码（代替密码）就是明⽂中每⼀个字符被替换成密⽂中的另外⼀个字符，代替后的各字母保持原来位置。对密⽂进⾏逆替换就可恢复
出明⽂。有四种类型的代替密码：
（1）单表代替密码：就是明⽂的⼀个字符⽤相应的⼀个密⽂字符代替。加密过程中是从明⽂字母表到密⽂字母表的⼀⼀映射。
（2）同⾳代替密码：它与简单代替密码系统相似，唯⼀的不同是单个明⽂字符可以映射成密⽂的⼏个字符之⼀，列⼊A可能对应于5、13、25或56，B可能对应于7、19、31或42，所以，同⾳代替的密⽂并不唯⼀。
（3）多字母组代替密码：字符块被成组加密，例如”ABA”可能对应于“RTQ”，”ABB“可能对应于“SLL”等。
（4）多表代替密码：由多个简单的代替密码构成，例如，可能有5个被使⽤的不同的简单代替密码，单独的⼀个字符⽤来改变明⽂的每个字
符的位置。
就四种代替密码举例如下：
1、单表代替密码：凯撒密码就是⼀种简单的单表代替，字母表中每⼀个字母⽤它向后移动三位后所对应的字母代换得到密码表。
明码表 a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
密码表 D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C
明⽂ v e n i, v i d i , v i c i
密⽂ Y H Q L. Y L G L. Y L F L
2、同⾳代替密码：
在同⾳代替中，⼀个明⽂字母表的字母a，可以变换为若⼲个密⽂字母，称为同⾳字母，因此，从明⽂到密⽂的映射的形式是
，其中A，C分别为明⽂和密⽂的字母表。
例：假定⼀个同⾳代替密码的密钥是⼀段短⽂，该⽂及其中各个单词的编号，如下所⽰：
（1）Canada’S large land mass and
（6）Scattered population make efficient communication
实验2古典密码
1 实验2 古典密码
1.实验目的
（1）了解古典密码中的基本加密运算。
（2）了解几种典型的古典密码体制。
（3）掌握古典密码的统计分析方法。
2.实验内容
（1）古典密码体制
① 简单移位加密（单表代换）
该加密方法中，加密时将明文中的每个字母向前推移K位。经典恺撒密码加密变换就是这种变换，取k=3。
步骤1：打开CAP4软件，并加载实验一附带的“mw.txt”，如图2-1所示。
图2-1 加载文件 实验2古典密码
2 步骤2：采用恺撒加密方法手工加密“mw.txt”;打开CAP4菜单栏“Cipher”菜单项选择“simple shift”选项，并选择移位值“shift value”为3，加密步骤1中加载的文件，如图2-2所示。
图2-2 参数设置
图2-3 加密文件 实验2古典密码
3 步骤3：比较二者的加密结果是否相同。
步骤4：点击CAP4软件中的“Simple analysis”下的“shift”键，观察恺撒加密法的可能密钥值，并分析其攻击的难度，如图2-4所示。
图2-4 密钥分析
②仿射密码加密（单表代换）
在仿射密码加密(affine cipher)中，字母表中的字母被赋予一个数字，例如，a=0,b=1,c=2,„,z=25.仿射密码加密法的密钥为0~25之间的数字对（a,b）。a与26的最大公约数必须为1，这就是说能整除a和26的数只有1.现在假设m为明文字母的数字，而c为密文字母的数字，那么，这两个数字之间有如下关系：
c=(am+b)(mod 26)
m=a-1(c-b)(mod 26)
其中，（mod 26）的操作是：除以26，得其余数。
