古典密码
密码学-第2章古典密码
问题：
置换和换位的定义、区别？
作业：
习题2.1、2.2、2.3、2.4、2.6
抽象代数
群：由一个非空集合和一个二元运算组成，并满 足封闭性、结合性、单位元、逆元的代数系统。
乘法群
环：一个集合，可以在其上进行加法和乘法运算 而封闭。
交换环：对于乘法运算可交换
域：非零元都有乘法逆的交换环。
设明文m = (m1, m2, …, mn) ∈Z26n，密文c= (c1, c2, …, cn) ∈ Z26n ，密钥为Z26上的的n×n阶可逆 方阵K = (kij) n×n ，则 c = mK mod 26, m = cK-1 mod 26。
例2.4 设n＝2，密钥为 11 8 7 18 －1 K＝ ，容易计算 K ＝ 3 7 23 11 设明文为Hill, 则相应的明文向量为（7，8）和（ 11,11）。于是，相应的密文向量 分别为 11 （7，8） 3 11 （ 11,11） 3 8 77 24， 56 56 ）＝（23，8）， ＝（ 7 8 121 33， 88 77 ）＝（24， 9 ）， ＝（ 7
表2.4称为Vigenere方阵（书P12）。当用密钥字 母ki对明文字母mi进行加密时，Vigenere方阵中 的第ki行第mi列的字母就是相应的密文字母。
例2.2
设明文为 This cryptosystem is not secure， 密钥为cipher， 则密文为：
VPXZGI AXIVWP UBTTMJ PWIZIT WZT。
有限域（伽罗瓦域）：GF(2)
第2章 古典密码
主要内容
古典密码中的基本加密运算 几种典型的古典密码体制 古典密码的统计分析
古典密码
41 94 41 81 41 63 41 92 62 23 74
GZGTGOGXNCS
GZGTGOGXNCS OTOEOI OUYVL
OTOEOI OUYVL O T O E O I O U Y V L I LOVE YOU TOO
****-/*----/----*/****-/****-/*----/---**/*----/****-/*----/****/***--/****-/*----/----*/**---/-****/**---/**---/***-/--***/****-/
4194418141634192622374
THANKS
ROT13
2
猪圈密码
这是一种外形古怪的密码，已经传递了几百年。没有人明确 知道它是什么时候发明的，但这个密码被一个叫“自由石匠” 的组织所使用，也被美国内战时的盟军所使用。 早在1700年代，共济会常常使用这种密码 保护一些私密纪录或用来通讯，所以又称共济会密码。
3
栅栏密码
一般比较常见的是2栏的栅栏密码。 比如明文：THERE IS A CIPHER 去掉空格后变为：THEREISACIPHER 两个一组，得到：TH ER EI SA CI PH ER 先取出第一个字母：TEESCPE 再取出第二个字母：HRIAIHR 连在一起就是：TEESCPEHRIAIHR 还原为所需密码。 而解密的时候，我们先把密文从中间分开，变为两 行： TEESCPE HRIAIHR 再按上下上下的顺序组合起来： THEREISACIPHER 分出空格，就可以得到原文了： THERE IS A CIPHER
Crypto
密码学-古典密码
古典密码
凯 撒 密 码
chap2-古典密码
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）
2018/6/26
41/72
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
第2讲古典密码
要求唯一解的充要条件是gcd( a,26)=1它称之为乘数密 码算法。该算法描述为：
设P=C=Z/(26)， K={a ∈Z/(26) |gcd(a,26)=1},
对k=a ∈K,
定义 ek(x)=ax (mod 26)和dk(y)=a-1(y)(mod 26) x,y ∈Z/(26)
例子: a=9,
• 依然保留了字符频率某些统计信息 • 重码分析法：间距是密钥长度整数倍的相同子串有相
同密文，反过来，密文中两个相同的子串对应的密文 相同的可能性很大。
abc def ghi jkl m
000102 030405 060708 091011 12
nop qrs tuv wxy z
131415 161718 192021 222324 25
（1）若q|(a-b)，则a≡b mod q （2）(a mod q)=(b mod q)意味a≡b mod q （3） a≡b mod q等价于b≡a mod q （4）若a≡b mod q且b≡c mod q ，则a≡c mod q
• 模算术（Modular Arithmatic) 在mod q的q个剩余类集{0，1，2，…,q-1}
(5 17)K=(15 16) (8 3)K=(2 5) (0 24)K=(10 20)
⎜⎜⎝⎛125 156⎟⎟⎠⎞ = ⎜⎜⎝⎛85 137⎟⎟⎠⎞K
X −1
=⎟⎠⎞−1
=
⎜⎜⎝⎛
9 2
115⎟⎟⎠⎞
因此，
K
古典密码
基于字符的密码 • 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 收者对密文做反向替换就可以恢复出明文。 • 置换密码(permutation cipher)，又称换位密码 （transposition cipher)：明文的字母保持相 同，但顺序被打乱了。
古典密码汇总
古典密码汇总
古典密码是指在计算机技术出现之前使用的一种数据加密方式。
以下是一些常见的古典密码：
1. 凯撒密码：将明文中的每个字母按照字母表顺序向后移动固定的位置来生成密文。
2. 维吉尼亚密码：通过使用不同的密钥按字母表顺序对明文逐字母进行移位加密。
3. 单换密码：根据某种规则将明文中的每个字母替换为另一个字母来生成密文。
4. 多换密码：类似于单换密码，但使用多个替换规则来加密明文。
5. 栅栏密码：将明文按照一定长度分成多行，然后按行输出密文。
6. 简单替换密码：将明文中的每个字母替换为另一个字母或符号来生成密文。
7. 维因纳尔方阵密码：使用一个方阵将明文中的字母映射为密文中的其他字母。
8. 培根密码：将明文中的每个字母映射为5个二进制位，然后用A和B表示。
这只是一小部分古典密码，还有许多其他类型的古典密码存在。
由于古典密码的安全性相对较低，现代密码学已经发展出了更加复杂和安全的加密算法。
应用密码学第3章-古典密码
移位密码（Shift Cipher）
ABCD E F GH I J K LMNOPQR S T U VWX Y Z D E F GH I J K L MNOPQR S T U VWX Y Z A B C
凯撒密码的特点
移位密码体制
• 加密： ek (x) x k(mod 26) y C
Plaintext alphabet 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 Ciphertext alphabet 1 T M K G O Y D S I P E L U A V C R J W X Z N H B Q F Ciphertext alphabet 2 D C B A H G F E M L K J I Z Y X W V U T S R Q P O N
01234567891111111111222222 0123456789012345
解密
17 19 236
2 C
0
19
19
7
H
ห้องสมุดไป่ตู้
15 7 19 86 mod26 8 I
破解替换密码（续）
• 密文中的其他二元文法
–IX => *T, I 对应的是 A 或 I. 因为我们前面已经知道谁 对应的A，那么I = I.
隐写术的缺点
• 形式简单但构造费时，要求有大量的开销 来隐藏相对较少的信息
• 一旦该系统的构造方法被发现，就会变得 完全没有价值
• 隐写术一般无稳健性
§3-2 代替
• 就是明文中的字母由其他字母、数字或符号所取 代的一种方法
第1章 古典密码
1.2.3 代换密码
定义1.2.2 代换密码体制
K 令 M = C = Z 26 ， 是 Z 26 上所有可能置换构成的集合。 y 对任意的置换 π ∈ K ，x ∈ M ， ∈ C，定义
eπ ( x) = π ( x)
d π ( y ) = π −1 ( y )
这里π 和 π 互为逆置换。
−1
注：由于所有可能的置换有26！，故代换密码的密钥空间大小为 26！。
基本目的：面对攻击者Oscar，在Alice和Bob的 通信双方之间应用不安全信道通信时，设法保 证通信安全。 发送方：Alice 接收方：Bob 明文(Plaintext)：待发送的信息或消息。 密钥(Key)：用于加密明文的变换法则的参数。 密文(Ciphertext)：明文加密后的结果。
保密通信的一般机制
本章小结
密码学的基本概念 典型的古典密码体制(加、解密算法，密 钥空间，安全性) 古典密码体制的两个基本思想：代换和 置换 常用的密码分析攻击技术及其分类
密码体制定义（续）
关于密码体制需要做以下几点说明： 1. 密码体制的基本条件：对任意的 key ∈ K ，存在一个加密规则 ekey ∈ E 和相应的解密规则 d key ∈ D ，使得对任意的明文 x ∈ M ，e key ( x ) ∈ C且 d key (e key ( x )) = x。 2. 在以上密码体制的定义中，最关键的条件是加密过程 ekey 的可 逆性，即密码体制不仅能够对明文 x 应用 ekey进行加密，而且应 该可以使用相应的 d key 对得到的密文进行解密，从而恢复出明文。 3. 密码体制中的机密函数 ekey 必须是一个一一映射。要避免出现 多个明文对应同一密文的情况，否则在解密过程将无法准确确定 明文。
Lecture03古典密码
多表代替密码： Playfair密码
• 基于一个5×5字母矩阵
• 该矩阵使用一个关键词（密钥）来构造
• 构造方法：从左至右，从上至下依次填入关键 词的字母（去除重复的字母），然后再以字母 表顺序依次填入其他的字母。字母I和J被算 作一个字母
加密方法：
• P1、P2同行：
诗情画意传“密语”
• 牛郎织女会佳期下弹琴又赋诗 寺静惟闻钟鼓響停始觉星斗移 多少黄冠归道观幾而作尽忘机 几时得到桃源洞彼仙人下象棋
牛郎织女会佳期，月下弹琴又赋诗。 寺静惟闻钟鼓響，音停始觉星斗移。 多少黄冠归道观，见幾而作尽忘机。 几时得到桃源洞，同彼仙人下象棋。
王先生：
来信收悉，你的盛情真是难以报答。我已在昨天抵 达广州。秋雨连绵，每天需备伞一把方能上街，苦矣。 大约本月中旬我才能返回，届时再见。
隐写术（信息隐藏）的另外一些例子
• 悠扬琴声奏响“进军号角” • 显微镜里传递情报 • 魔术般的密写术 • 网络与数字幽灵 • 量子技术隐形传递信息
隐写术的优点
☆能够被某些人使用而不容易被发现他们间在进 行秘密通信
☆加密则很容易被发现谁与谁在进行秘密通信， 这种发现本身可能具有某种意义或作用
隐写术的缺点
8 6 9 5
C 7
8
11
11
6
9
5
10 mod26
5 8 4 9
10
6 11
4
＝（9,8,8,24）
＝（JIIY）
解密：
23 20 5 1
K
1
2
11 18
1
2 20 6 25
25 2 22 25
23 20 5 1
古典密码
解密，秘钥指示列，找到密文向 左看 恢复：MEET MEON THUR SDAY
置换密码
周期置换密码
列置换密码
......
明文：Alice is a murderer 加密：按列2143写出密文 秘钥：keys = （2143）
liur aeme cadr isre
解密：按秘钥序排出密文， 按行读出
Frequency analysis
加标点
Hereupon Legrand arose, with a grave and stately air, and brought me the beetle from a glass case in which it was enclosed. It was a beautiful scarabaeus, and, at that time, unknown to naturalists—of course a great prize in a scientific point of view. There were two round black spots near one extremity of the back, and a long one near the other. The scales were exceedingly hard and glossy, with all the appearance of burnished gold. The weight of the insect was very remarkable, and, taking all things into consideration, I could hardly blame Jupiter for his opinion respecting it.
《古典密码学》课件
03
古典密码学的加密 方式
替换式密码
原理：将明文中的每个字符 替换为其他字符
例子：凯撒密码，每个字符 向后移动3位
优点：简单易用，易于实现
缺点：安全性较低，容易破 解
错位式密码
原理：通过改变字母的 位置来加密信息
应用：广泛应用于古代 军事、外交等领域
政治机密保护
古代战争：传递军事情报，保护军事机密 外交谈判：保护外交机密，防止泄露 皇室宫廷：保护皇室机密，防止篡位夺权 商业贸易：保护商业机密，防止竞争对手窃取商业信息
商业秘密保护
商业合同：保护商业合同中的机密信息 商业谈判：保护商业谈判中的机密信息 商业计划：保护商业计划中的机密信息 商业策略：保护商业策略中的机密信息
文艺复兴时期的密码学
起源：文艺复 兴时期，密码 学开始兴起
代表人物：莱 昂纳多·达·芬奇、 伽利略等
密码类型：替 换密码、移位 密码等
应用领域：军 事、外交、商 业等
古典密码学的概念
古典密码学的主要目的是 保护信息的机密性
古典密码学是研究如何将 明文转换为密文的学科
古典密码学的主要方法包 括替换密码和置换密码
古典密码学与现代密码学的关系
古典密码学： 基于数学和 逻辑的加密 方法，如凯 撒密码、维 吉尼亚密码 等
现代密码学： 基于计算机 和通信技术 的加密方法， 如RSA、 AES等
关系：古典 密码学是现 代密码学的 基础，现代 密码学在古 典密码学的 基础上进行 了改进和创 新
局限性：古 典密码学在 安全性和效 率上存在局 限性，容易 被破解
步骤：收集足够多的密文 样本，统计字符频率，找
出最可能的字符
古典密码的加密方法
古典密码的加密方法
古典密码是指在密码学中较早出现和较简单的加密方法，主要包括凯撒密码、凯恩密码、维吉尼亚密码等。
1. 凯撒密码：由罗马帝国大军领袖凯撒所使用的密码。
加密时，将明文中的每个字母向后移动固定的位置。
例如，将明文中的每个字母向后移动三位。
解密时，将密文中的每个字母向前移动三位。
2. 凯恩密码：由大英帝国舰队司令官查尔斯·凯恩所使用的密码。
加密时，将明文中的每个字母移动一个随机位置。
解密时，将密文中的每个字母移动一个相反的位置。
3. 维吉尼亚密码：由伊丽莎白一世女王的情报官员布尔内特所使用的密码。
加密时，根据明文中的字母在密钥中找到对应的字母，将明文字母替换为密钥字母。
密钥是一个周期性的字母序列，长度与明文相同。
解密时，根据密文中的字母在密钥中找到对应的字母，将密文字母替换为密钥字母。
这些古典密码的加密方法在现代密码学中已经不再安全，容易被破解，因此不再被广泛使用。
现代密码学更多地采用基于数学原理的复杂加密算法，如对称加密算法、非对称加密算法等。
密码学第1章
第1章 古典密码 1.2.3 代换密码
26个英文字母和Z26的元素之间可以建立一个一一对应关系， 于是Z26上的任一个置换也就对应了26个英文字母表上的一个置 换。因此可以借助Z26上的置换来改变英文字符的原有位置，以 达到加密的目的，Z26上的置换看成了加密所需的密钥。这样可 以将加密和解密过程直接看做是对英文字母表进行了置换变换。
第1章 古典密码 定义1.2.1 移位密码体制 令M=C=K=Z26。对任意的
key∈Z26，x∈M，y∈C，定义 ekey(x)=(x+key) mod26 dkey(y)=(y-key) mod26 在使用移位密码体制对英文符号进行加密之前，首先需要 在26个英文字母与Z26中的元素之间建立一一对应关系，然后应 用以上密码体制进行相应的加密计算和解密计算。 例1.2 设移位密码的密钥为key=7，英文字符与Z26中的元
中，如下表所示：
第1章 古典密码
1 1 2 3 4 5 q y a h c
2 w u s k v
3 e i/j d l b
4 r o f z n
5 t p g x m
第1章 古典密码 在给定了字母排列结果的基础上，每一个字母都会对应一
个数字αβ，其中α是该字母所在行的标号，β是该字母所在列的 标号。通过设计的棋盘就可以对英文消息进行加密，如u对应 的是22，f对应的是34。
可见，加密方法、解密方法、密钥和消息(明文、密文) 是保密
通信中的几个关键要素，它们构成了相应的密码体制。
第1章 古典密码 定义1.1.1 密码体制
密码体制的构成包括以下要素： (1) M：明文消息空间，表示所有可能的明文组成的有限集。 (2) C：密文消息空间，表示所有可能的密文组成的有限集。 (3) K：密钥空间，表示所有可能的密钥组成的有限集。 (4) E：加密算法集合。 (5) D：解密算法集合。
古典算法密码百科
古典算法密码
换位密码
加密过程：保持明文的所有字符不变，根据一定的规则重新排列明文。
解密过程：加密过程的逆过程。 注解：加密过程和解密过程都是创建索引的过程，即用数组存储哪个位置放哪个字 符，最后再通过索引重新组合成密文或明文。 示例： 明文矩阵： asdfg hjklm nbvc
密文矩阵： dagsf khmjl vnbc
加密:FRPXSXWHUSURJUDPDL
The user can demonstrate on a projector or computer, or print the presentation and make it into a film to be used in a wider field.
(计算结果中n和b之间有一个空格，但输出时将空格去掉了)
明文：asdfghjklmnbvc 密钥：31524
替代密码
设k=3 , p = computer / programming f(c) = (3+3)mod26=6=F f(o)=(15+3)mod26=18=R f(m)=(13+#43;3)mod26=10=J
法。传统加密方法加密的对象是文字信息。
古典算法密码
古典密码可以分为代替密码和置换密码两种，这里实现了代替密码中的仿射变换和置换密码中的换位 变换。
仿射变换： 加密过程：e(x) = ax + b (mod m) 解密过程：d(e(x)) = a^(-1)*(e(x) - b) mod m 参数要求：a,m互质；a,b互质；m是集合中元素的个数。（例如当前取1~9和a~z中的所有元素作为集 合，m为36）
汇报人：稻壳儿
The user can demonstrate on a projector or computer, or print the presentation and make it into a film to be used in a wider field.
密码学第2章 古典密码体制
密码体制 2.2： 代换密码
令 P C Z26 。 K 由 26 个数字 0，1，…，25 的所有
可能置换组成。对任意的置换 K ，定义：
再定义
e (x) (x) ，
d ( y) 1 ( y) ，
这里 1 代表置换 的逆置换。
也可以认为 P 和 C 是 26 个英文字母（而不是 Z26 元
解密法则 dK D 。并且对每一 eK : P C ， dK : C P ，对任意
的明文 x P ，均有 d K (eK (x)) x 。
保密通信过程示意图
实用密码体制需要满足的基本条件
1．每个加密函数 ek 和每个解密函数 d k 应当能被有效地 计算。
2．即使看到密文串 y，窃听者 Oscar 确定所用的密钥 k 或明文串 x 是不可行的。
性质 1－10，说明 Zm 是一个环。
由于在 Zm 中存在加法逆，我们可以在 Zm 中做减法。定 义 Zm 中 a b 为 (a b) mod m 。即，我们计算整数 a b ， 然后对它进行模 m 约化。例如，为了在 Z31 中计算，我们 首先用 11 减去 18，得到 7 ，然后计算 (7) mod 31 24 。
N O P Q R S T U VWX Y Z
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
2.1 移位密码（Shift Cipher）
模运算 定义 2.2：假设 a 和 b 均为整数， m 是一正整数。若 m 整 除 b a 则可将其表示为 a b(modm) 。式 a b(modm) 读 作“ a 与 b 模 m 同余”，正整数 m 称为模数。
例：计算101mod7 ，101 7 14 3 ，因为 0 3 6 ，故 101mod7 3
古典密码学教学
古典密码学教学⼀.⽬录0x01.常见的古典密码1.凯撒密码2.栅栏密码3.猪圈密码4.埃特什码5.希尔密码6.培根密码7.QWE密码/键盘密码8.enigma密码9.摩斯密码10.跳舞的⼩⼈0x02.凯撒密码恺撒密码(恺撒加密、恺撒变换、变换加密)，是⼀种最简单且最⼴为⼈知的加密技术。
它是⼀种替换加密的技术，明⽂中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照⼀个固定数⽬进⾏偏移后被替换成密⽂。
例如，当偏移量是3的时候，所有的字母A将被替换成D，B变成E，以此类推。
代码实现，此处使⽤python来实现：plaincode= input("请输⼊明⽂：") for p in plaincode: if ord("a") <= ord(p) <= ord("z"): print(chr(ord("a")+(ord(p)-ord("a")+3)%26),end='') else: print(p,end='')0x03.栅栏密码①把将要传递的信息中的字母交替排成上下两⾏。
②再将下⾯⼀⾏字母排在上⾯⼀⾏的后边，从⽽形成⼀段密码。
③例如：明⽂：THE LONGEST DAY MUST HAVE AN END加密：1、把将要传递的信息中的字母交替排成上下两⾏。
T E O G S D Y U T A E N NH L N E T A M S H V A E D2、密⽂：将下⾯⼀⾏字母排在上⾯⼀⾏的后边。
TEOGSDYUTAENN HLNETAMSHVAED解密：先将密⽂分为两⾏T E O G S D Y U T A E N NH L N E T A M S H V A E D再按上下上下的顺序组合成⼀句话明⽂：THE LONGEST DAY MUST HAVE AN ENDpython代码实现：`def encode():hang1 = []hang2 = []string = input('请输⼊要加密的字符串：')li = list(string) # 将字符串转换为列表# print(li)for i in range(0, len(li)): # 循环遍历列表长度if i % 2 == 0: # 模2取余hang1.append(li[i])# print(hang1)else:hang2.append(li[i])he = hang1 + hang2 # 列表连接print('加密成功，密⽂为：')# print(he)for i in he:print(i, end='') # 遍历输出he，end为空（不换⾏）def decode():hang1 = []hang2 = []string = input('请输⼊要解密的字符串：')li = list(string) # 将字符串转换为列表for i in range(0, len(li)): # 循环遍历列表长度if i % 2 == 0: # 模2取余hang1.append(li[i])else:hang2.append(li[i])he = hang1 + hang2 # 列表连接print('解密成功，明⽂为：')for i in he:print(i, end='') # 遍历输出he，end为空（不换⾏）if name == 'main':def start():print('*栅栏密码')print('请选择功能：1.加密 2.解密 3.退出')print('请输⼊数字以选择:')choose = input()if choose == '1': # 条件选择encode()elif choose == '2':decode()else:exit()start() # ⾸次⽅法调⽤while input('请输⼊是否继续(y/n):') == 'y': # 循环⽅法调⽤start()`0x03.猪圈密码猪圈密码（Pigpen cipher，亦称朱⾼密码、共济会密码）是⼀种以格⼦为基础的简单替代式密码。
古典密码和流密码的原理及应用
古典密码和流密码的原理及应用1. 引言1.1 古典密码和流密码的原理及应用古典密码和流密码是密码学领域中两种基本的密码体制。
古典密码是一种基于替换或移位的加密方法，其原理是通过替换明文中的字母或移动字母的位置来生成密文。
流密码则是一种基于流的加密方法，其原理是通过不断产生伪随机密钥流并与明文进行异或运算来生成密文。
古典密码的应用可以追溯到古代，如凯撒密码和维吉尼亚密码等。
这些密码体制在军事情报传递和个人通信中起到了重要作用。
而流密码则在现代密码学中得到了广泛应用，例如在无线通信、网络安全和数据加密领域。
古典密码和流密码在现代密码学中都扮演着重要的角色。
古典密码虽然在安全性上存在较大的局限性，但对于理解密码学的基本原理和历史发展仍具有重要意义。
而流密码则由于其高效性和安全性，被广泛应用于现代通信系统和加密协议中。
古典密码和流密码都是密码学中不可或缺的一部分，它们各自的原理和应用为我们提供了深入了解密码学的基础，并在现代密码学中扮演着重要的角色。
在不断发展和完善的密码学领域中，古典密码和流密码仍然具有不可替代的地位。
2. 正文2.1 古典密码的原理古典密码是指使用固定密钥对明文进行加密的一种密码方法，其原理主要包括替换密码和移位密码两种基本形式。
替换密码是通过将明文中的每个字母替换为密钥字母表中对应的字母来加密信息，而移位密码则是通过将明文中的每个字母向后或向前移动固定的位置来实现加密。
这些方法都可以通过简单的数学运算来实现，但由于其固定密钥的特性，容易受到破解攻击。
古典密码的应用主要体现在历史上的军事通信领域，比如凯撒密码就是一种简单的移位密码，被用于古罗马军队的通信中。
古典密码的安全性很差，容易被破解，因此在现代密码学中已经被淘汰。
古典密码的原理虽然简单，但在密码学发展的历程中扮演了重要的角色，为后来更加复杂的密码算法奠定了基础。
通过研究古典密码的原理，人们也更深入地理解了密码学的发展轨迹和演变过程，对于现代密码学的发展具有积极的意义。
密码发展史之古典密码
密码发展史之古典密码密码(Cryptology)是一种用来混淆的技术,它希望将正常的、可识别的信息转变为无法识别的信息。
密码学是一个即古老又新兴的学科,密码学一词源自希腊文“krypto's”及“logos”两字,直译即为“隐藏”及“讯息”之意。
密码学是一门拥有几千年历史的学科。
密码学的发展大概经历了三个阶段:古典密码阶段、近代密码阶段、现代密码阶段。
下面我们一起了解古典密码阶段。
古典密码阶段是指从密码的产生到发展成为近代密码之间的这段时期密码的发展历史。
我们从古代产生密码的各个国家和几个简单的古典密码体制等方面来认识一下古典密码。
一、古典密码在古代各国的使用古代中国:从古到今,军队历来是使用密码最频繁的地方,因为保护己方秘密并洞悉敌方秘密是克敌制胜的重要条件。
正如中国古代军事著作《孙子兵法》中所说:知己知彼,百战不殆;不知彼而知己,一胜一负;不知彼不知己,每战必败。
中国古代有着丰富的军事实践和发达的军事理论,其中不乏巧妙、规范和系统的保密通信和身份认证方法。
中国古代兵书《六韬》中的阴符和阴书:《六韬》又称《太公六韬》或《太公兵法》,据说是由西周的开国功臣太公望(又名吕尚或姜子牙,约公元前1128—公元前1015)所著。
书中以周文王和周武王与太公问答的形式阐述军事理论,其中《龙韬•阴符》篇和《龙韬•阴书》篇,讲述了君主如何在战争中与在外的将领进行保密通信。
以下是关于“阴符”使用方法对话的译文。
武王问太公说:领兵深入敌国境内,军队突然遇到紧急情况,战事或有利,或失利。
我要与各军远近相通,内外相应,保持密切的联系,以便及时应对战场上军队的需求,应该怎么办呢?太公回答说:国君与主将之间用阴符秘密联络。
阴符共有八种:一种长一尺,表示大获全胜,摧毁敌人;一种长九寸,表示攻破敌军,杀敌主将;一种长八寸,表示守城的敌人已投降,我军已占领该城;一种长七寸,表示敌军已败退,远传捷报;一种长六寸,表示我军将誓死坚守城邑;一种长五寸,表示请拨运军粮,增派援军;一种长四寸,表示军队战败,主将阵亡;一种长三寸,表示战事失利,全军伤亡惨重。
古典密码和流密码的原理及应用
古典密码和流密码的原理及应用1. 引言1.1 古典密码和流密码的概念定义古典密码和流密码是密码学中两种重要的加密技术。
古典密码是一种根据特定规则对明文进行替换或移位加密的方法，常见的古典密码包括凯撒密码、维吉尼亚密码等。
流密码则是一种通过生成伪随机密钥流对明文进行加密的方法，相较于古典密码更加安全和高效。
古典密码和流密码在信息安全领域扮演着不可或缺的角色。
古典密码的加密原理简单直接，易于理解和实现，被广泛运用于历史上的通信保密中。
流密码则更适合于现代网络通信的加密保护，其高强度和高速性能满足了当今信息传输的安全需求。
通过对古典密码和流密码的深入理解和应用，我们能够更好地保护个人隐私和企业机密，确保信息传输过程的安全性和私密性。
古典密码和流密码的概念定义及其在加密通信中的重要性，将在下文中详细探讨和阐述。
1.2 古典密码和流密码的重要性古典密码和流密码在信息安全领域中扮演着至关重要的角色。
古典密码作为最早的密码形式之一，其原理和应用影响了后续密码学的发展。
通过对明文进行替换、置换或加密等操作，古典密码可以有效保护敏感信息的安全性，防止未经授权的访问和窃取。
在古代，古典密码曾被用于军事、外交和商业领域，起到了至关重要的保密作用。
而流密码则是一种更加现代化和复杂的密码形式，其原理在信息传输中起着重要作用。
流密码以流式加密和解密为基础，可以实现更高级别的加密算法和更加安全的信息传输。
在当今信息化时代，随着互联网的普及和数据传输量的增加，流密码的应用变得愈加广泛。
古典密码和流密码的重要性体现在它们可以帮助保护个人隐私、商业机密和国家安全。
在信息安全风险不断增加的背景下，加强对密码学原理和技术的研究和应用，对于确保信息的保密性和完整性至关重要。
古典密码和流密码不仅仅是传统密码学的重要组成部分，更是信息安全领域中不可或缺的重要工具。
对于个人、企业和政府机构而言，了解和应用古典密码和流密码是确保信息安全的必由之路。
古典密码和流密码的原理及应用
古典密码和流密码的原理及应用1. 引言1.1 古典密码和流密码的定义古典密码是一种利用固定的密码算法对明文进行加密的加密方式，其加密和解密过程都是通过固定的规则来进行的。
古典密码通常采用替换或移位等简单的算法进行加密操作，如凯撒密码、栅栏密码等。
流密码是一种利用流加密算法对明文进行加密的加密方式，其加密过程是通过不断变化的密钥流和明文进行异或运算来实现的。
流密码不像古典密码那样只进行一次加密操作，而是通过不断更新密钥流来生成大量密文。
古典密码和流密码在密码学领域有着重要的应用价值。
古典密码作为密码学的起源，为人们提供了了解密码学基础原理的重要途径，同时也为密码算法的发展奠定了基础。
流密码则在现代通信领域有着广泛应用，如在无线通信、网络安全等方面都有着不可或缺的作用。
古典密码和流密码的定义和应用价值对于理解密码学的基本概念和实际应用具有重要意义。
1.2 古典密码和流密码的应用价值古典密码和流密码在当今信息安全领域发挥着重要作用，它们的应用价值不可忽视。
古典密码通过对明文进行加密处理，保护了信息的机密性。
它们被广泛应用于军事、政府机构以及商业组织中，用于保护机密通信和数据。
古典密码的应用还涉及个人隐私保护、电子支付安全等方面，为社会的稳定和发展提供了有力支持。
古典密码和流密码的应用价值不仅体现在保护信息安全和维护隐私方面，还有助于促进信息技术的发展和推动数字化社会的进步。
随着信息安全需求的不断增加和密码学技术的不断发展，古典密码和流密码将在未来的社会中发挥更加重要的作用。
2. 正文2.1 古典密码的原理古典密码是一种利用简单的替换或移位规则来加密信息的传统密码体制。
其原理是根据特定的规则将明文转换为密文，以达到保障信息安全的目的。
古典密码的加密过程通常涉及到替换、移位、排列等操作，而解密过程则是反向的操作，将密文转换为明文。
古典密码主要有几种经典的类型，包括凯撒密码、恺撒密码、栅栏密码等。
这些密码各有特点，但都是基于简单的规则进行加密，容易被破解。
第4讲 数据加密技术(古典密码)
字 X XYZAB C D EF G H I J K LM N O PQ R STUVW 母 Y YZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWX Z ZAB CD EFG H I J KLM N O PQR STUVWXY
一、古典密码 一、古典密码
Vigenre密码的代替规则是用明文字母在Vigenre 密码的代替规则是用明文字母 明文字母在 方阵中的列和密钥字母 方阵中的列和密钥字母在Vigenre方阵中的行的交 密钥字母在
一、古典密码 一、古典密码
⑵、多表代替密码
• 单表代替密码的安全性不高，一个原因是 单表代替密码的安全性不高，
一个明文字母只由一个密文字母代替。 一个明文字母只由一个密文字母代替。
• 构造多个密文字母表， 构造多个密文字母表， • 在密钥的控制下用相应密文字母表中的一个字
母来代替明文字母表中的一个字母。一个明文 母来代替明文字母表中的一个字母。 字母有多种代替。 字母有多种代替。
一、古典密码 一、古典密码
⑴单表代替密码 ①、加法密码 • A和B是有 n个字母的字母表。 个字母的字母表。 • 定义一个由A到B的映射：f:A→B 定义一个由A 的映射：
f(ai )= bi=aj j=i+ j=i+k mod n • 加法密码是用明文字母在字母表中后面第 k 个字母来代替。 个字母来代替。 • K=3 时是著名的凯撒密码。 时是著名的凯撒密码。
一、古典密码 一、古典密码
扩散： 扩散：将每一位明文和密钥的影响 扩大到尽可能多的密文位中。 扩大到尽可能多的密文位中。
“扩散”是一种将明文冗余度分散到密文中的方 法，即将单个明文或密钥位的影响尽可能扩大 到更多的密文中去，不仅将统计关系隐藏起来， 也使密码分析者寻求明文冗余矿度增加了难度。 最简单的“扩散”方法是“置换 （Permutation）”法。
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实验1: 古典密码一、实验名称和性质二、实验目的掌握古典密码体制中的基本加密解密运算，如加法密码、仿射密码等，几种典型的古典密码体制，如Hill体制，以及关于这些古典密码体制的一些破译方法。
三、实验的软硬件环境要求硬件环境要求：单机，无需上Internet网。
使用的软件名称、版本号以及模块：使用Matlab，版本6.0或以上。
四、知识准备前期要求掌握的知识：Matlab编程实验相关理论或原理：古典密码的基本加密解密运算，几种典型古典密码的加密解密算法。
实验流程：五、实验要求和注意事项1．完成给出的程序中标有“-----------------------”部分的编程。
2．参照例子的做法，完成实验题目。
要求给出完整的过程，包括程序，实验结果。
六、实验步骤和内容1．基本的加密解密运算例1. 使用加法密码（或称为移位密码）获得密文kddkmu，尝试所有的可能性来解密它。
解：编写allshift程序，调用该程序allshift('kddkmu')运行结果为kddkmuleelnvmffmownggnpxohhoqypiiprzqjjqsarkkrtbsllsuctmmtvdunnuwevoovxfwppwygxqqxzhyrryaizsszbjattack 是列表上出现的唯一单词，所以它就是明文buubdlcvvcemdwwdfnexxegofyyfhpgzzgiqhaahjribbiksjccjltfunction y = allshift(x);% This function displays all of the shifts of the message xfor j=0:25,------------ ;disp(z);endfunction y = shift(x,b);% This function performs the shift encryption function% y = x + b mod 26% We assume that x is a text string and b is a number% The result is kept in text representationxnum=text2int(x);-----------------------;y=int2text(ynum);function y = text2int (x)% This function takes the letter in the string x and converts% it to an integer.% The convention for this function is% a --> 0% b --> 1% and so on...if ( (x < 'a') | (x > 'z') ),error('Text character out of range a-z');end;y=x - 'a'; %It helps to know Matlab tricksfunction y = int2text (x)% This function takes the number in the variable x and converts% it to a character y.% The convention for this function is% a <-- 0% b <-- 1% and so on...if ( (x < 0) | (x > 25) ),error('Integer out of range 0 - 26');end;y=char(x + 'a'); %It helps to know Matlab tricks例2. 运用仿射函数7x ＋8 加密明文信息cleopatra 。
解：编写affinecrypt 程序，调用该程序，得affinecrypt('cleopatra',7,8)ans =whkcjilxifunction y = affinecrypt(x,a,b);% This function performs the affine encryption function% y = a x + b mod 26% where (a,26) = 1% The result is kept in numerical representation--------------------------------2．典型的古典密码体制例3. 密文22, 09, 00, 12, 03, 01, 10, 03, 04, 08, 01, 17是使用如下的Hill 密码加密的：1234567810⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭试破解它。
解：首先将加密矩阵放入变量K 。
>> K=[1 2 3;4 5 6;7 8 10]K =1 2 34 5 67 8 10然后，求解密矩阵，即求逆矩阵并mod 26：>> format rat %使用有理数格式>> Kinv=inv(K)Kinv =-2/3 -4/3 1-2/3 11/3 -21 -2 1>> K1=Kinv*3K1 =-2 -4 3-2 11 -63 -6 3>> K2=round(mod(K1*9,26))K2 =8 16 18 21 241 24 1K2是矩阵K mod 26的逆矩阵，能按如下方法检验：>> mod(K2*K,26)ans =1 0 00 1 00 0 1下面是利用解密矩阵K2进行破解：>> mod([22, 09, 00]*K2,26)ans =14 21 4>> mod([12, 03, 01]*K2,26)ans =17 19 7>> mod([10, 03, 04]*K2,26)ans =4 7 8>> mod([08, 01, 17]*K2,26)ans =11 11 23因此，明文是14 ,21,4,17,19,7,4,7,8,11,11,23。
可以还原回原来的字母：>> int2text([14 ,21,4,17,19,7,4,7,8,11,11,23])ans =overthehillx注意，最后的x 被附加到明文后是为了要构成3个的分组七、实验题目1．使用加法密码获得密文ycvejqwvhqtdtwvwu ，请解密。
2．使用仿射函数57(mod26)x +加密 How are you?3． 密文 zirkzwopjjoptfapuhfhadrq 是使用如下的Hill 密码加密的：12344321112462964⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭试破解它。
K=[1 2 3 4;4 3 2 1;11 2 4 6;2 9 6 4];x='zirkzwopjjoptfapuhfhadrq';format rat; %使用有理数格式Kinv=inv(K);Kabs=abs(det(K));K1=Kinv*Kabs;K2=round(mod(K1*Kabs^2,26));mod(K2*K,26)xnum=text2int(x)mod([ 25,8,17,10]*K2,26)mod([25,22,14,15]*K2,26)mod([9,9,14,15]*K2,26)mod([19,5,0,15]*K2,26)mod([20,7,5,7]*K2,26)mod([0,3 ,17,16]*K2,26)int2text([9,0,2,10,0,13,3,9,8,11,11,22,4,13,19,20,15,19,7,4,7,8,11,11 ])1、ycvejqwvhqtdtwvwuxbudipvugpscsvuvtwatchoutforbrutusvzsbgntsenqaqtstruyrafmsrdmpzpsrsqtxqzelrqcloyorqrpswpydkqpbknxnqpqorvoxcjpoajmwmpopnqunwbionzilvlonomptmvahnmyhkuknmnlosluzgmlxgjtjmlmknrktyflkwfisilkljmqjsxekjvehrhkjki lpirwdjiudgqgjijh kohqvcihtcfpfihig jngpubhgsbeoehghf imfotagfradndgfge hlenszfeqzcmcfefd gkdmryedpyblbedec fjclqxdcoxakadcdb eibkpwcbnwzjzcbca dhajovbamvyiybabz cgzinuazluxhxazay bfyhmtzyktwgwzyzx aexglsyxjsvfvyxyw zdwfkrxwirueuxwxv2、Mznuhobuxzdt。