第2章 古典密码学体制

– 密文： giffg hddn0 njngn cuaa0 inano meiog – 解密：加密的逆过程； 463521
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课堂练习
•
对明文”can you believe her‖分别按以下算 法加密，求密文。
1. 2. 3. 4.
倒序置换密码； 密钥为3421的周期置换密码； 密钥为love的周期置换密码； 密钥为love的列置换密码；
– Vigenere密码；
• （4）多字母组代替密码（polygram substitution cipher）
– Playfair密码
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同音代替密码
• homophonic Substitution cipher • 与简单代替密码系统相似，唯一的不同是单个字符可以映 射成密文的几个字符之一。 • 一个明文字母表的字母a，可以变换为若干密文字母f(a)， 称为同音字母。 • 同样的明文，加密所得的密文可能不相同。 • 举例：
明文：M=m1m2…mi…ml 密文：C=c1c2 …c i …c l 工作钥：K=K1 K 2 …K i …K l
•
加密变换：
– – –
•
例：用户钥为cat，对明文“vigenere cipher‖加密
–
加密：ci=mi＋Ki mod n，其中n为明文字母表的长度
M： K： C：
v c x
i a i
• 置换起到扩散（diffusion）的作用，代替起到混乱 （confusion）的作用。 • 扩散（diffusion）和混乱（confusion）是对称密码 设计的基本思想。置换和代替在现代密码设计中 仍然被采用：S盒，P盒；SP结构。
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提纲
• 1 置换密码 • 2 代替密码 • 3 转轮机 • 4 ENIGMA的兴亡 • 作业
/
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• 例：用Playfair密码加密明文“BOOKSTORE‖，密钥为 harpsicod
H I E M V
A C F N W
R O G Q X
P D K T Y
S B L U Z
明文填充规则：
– ①连续的相同字符间用X填充； – ②明文总长为偶数，末尾用X填充；
古典密码体制
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古典密码与现代密码
• Classical Cryptography 古典密码学 • Contemporary Cryptography 现代密码学 • 许多古典密码都不能抵抗统计分析攻击。
– 替换密码虽然可以抗击穷举密钥攻击，但密码分析者可以利用英 文语言的统计规律来破译 – 经典密码分析的许多技术利用了英文语言的统计特性。
– – – – – – –
明文：ming chen jiu dian fa dong fan gong 加密密钥：3421（i=1,2,3,4的一个置换f (i) =3,4,2,1） 加密：将明文分组（4个字母一组），然后根据规定顺序变换 ming chen jiud ianf adon gfan gong ngim enhc udij nfai onda anfg ngog 密文：ngimenhcudijnfaiondaanfgngog 解密密钥：4312（3421的逆置换）
43,44
28,29,34 39
T
U V W X Y
18,23,24,30,40
37 21
G
H I J K L M 2,3,31 4,8
w
31 l 41 c
a
32 c 42 d
t
33 a 43 f
t
34 h 44 f
a
35 p
c
36 a
n
37 v
h
38 p
h
39 i
t
40 t
Z
“数字－字母”对应表
/
– 密钥：为一段给定的短文； – 将短文每一单词的首字母和一个数字（此单词在短文中出现的顺 序）对应，可得到一个1对多的“字母－数字”对应表； – 加密：明文字母可用其在对应表中的任何一个数字代替；
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Canada’s large land mass and Scattered population make efficient comm. a necessity. Extensive railway, road and other transportation systems, as well as telephone, telegraph, and Cable networks, have helped to Link communities and have played a vital part in the Country’s development for future.
5,11,16,20,22,25 ,33,36 N O P 1,10,26,32,41 42 9,13 Q R S 14,15 6,19, 12,27 17 7,35,38
A
B 1 c 11 a 21 2 l 12 n 22 3 l 13 e 23 4 m 14 r 24 5 a 15 r 25 6 s 16 a 26 7 p 17 o 27 8 m 18 t 28 9 e 19 s 29 10 c 20 a 30 C D E F
5
置换密码（2）
• （3）列置换密码（距阵置换密码）
– 明文：
ming chen jiu dian fa dong fan gong – 密钥：yu lan hua – 加密：
• 去掉密钥重复字母：yulanh，得出距阵 列数为6；将明文按行填充距阵。 • 得到密钥字母顺序： 653142； • 按列（依顺序）写出距阵中的字母。
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7,35,38 14,15 6,19 18,23,24,30,40 37 21
R
S T U V W X Y
E
F G H I J K L M
a
21 w 31 l 41 c
n
22 a 32 c 42 d
e
23 t 33 a 43 f
r
24 t 34 h 44 f
r
25 a 35 p
a
26 c 36 a
A B 1 c 11 2 l 12 3 l 13 4 m 14 5 a 15 6 s 16 7 p 17 8 m 18 9 e 19 10 c 20 C D 1,10,26,32,41 42 9,13 43,44 28,29,34 5,11,16,20,22,25,3 3,36 N 12,27
O
P Q
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明文“can you believe her”
提纲
• 1 置换密码 • 2 代替密码 • 3 转轮机 • 4 ENIGMA的兴亡 • 作业
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• 代替密码（ Substitution cipher）就是明文中的每一个字符 被替换成密文中的另一个字符。接收者对密文进行逆替换 恢复出明文。 • （1）简单代替密码（simple substitution cipher）：
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•
•
The most well known digraph substitution cipher is the Playfair cipher, invented by Sir Charles Wheatstone. As well as devising the Playfair cipher he also invented the Wheatstone bridge. He also initiated the usage of electromagnets in electric generators and devised the stereoscope, a device for viewing pictures in three dimensions still used today. The Playfair cipher was named for Lyon Playfair, the first Baron Playfair of St. Andrews, who championed its usage at the British Foreign Office (although he was unsuccessful).
这本书中，他发明了自动密钥密码，这是一种理论上不可破译的加密算法。
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多字母组代替密码－Playfair密码
• • • • • polygram substitution cipher 字符块成组加密的一种。 Playfair密码是一种2字母组代替密码。 密钥：由25个英文字母（除去J）组成的5阶方阵。 每一对明文字母m1和m2，都根据以下5条规则进行加密：
(1) 分组（2个为一组）加密：
– – – – – BO，同行，右，B→I，O→D OK，长方形，顶点，O→D，K→G ST，长方形，顶点，S→P，T→U OR，同列，下， O→G，R→O EX （填充X） ，长方形，顶点， E→G，X→V
Playfair密钥方阵
(2) 密文：IDDGPUGOGV
• 课堂练习：使用密钥加密明文“attack at nine morning‖ • 思考：解密算法？
– 明文的一个字符用相应的一个密文字符代替；亦称为单表 （monoalphabetic）代替密码； – 加法密码（例：Caesar密码），乘法密码，仿射密码；
• （2）同音代替密码（homophonic substitution cipher） • （3）多表代替密码（polyalphabetic substitution cipher）“字母－数字”对应表 Nhomakorabea13
多表代替密码－Vigenere
• • • Polyalphabetic substitution cipher,由多个简单的代替密码构成。 Vigenere密码是周期代替密码