第一章 密码学概述02

字母代替
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 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
例如：
密文：rpqld jdoold hvw glylvd lq sduwhv wuhv
1.2
密码学基本概念
（三）密码分析学
唯密文攻击(ciphertext-only attack)：密码分析者有一 个或更多的用同一个密钥加密的密文，目的是通 过对这些截获的密文进行分析得出明文或密钥。
1.2
密码学基本概念
（三）密码分析学
已知明文攻击(known plaintext attack)：除待解的密文 外，密码分析者有一些明文和用同一个密钥加密 这些明文所对应的密文。
1.2
密码学基本概念
通信系统的基本模型
Alice&Bob
m
m 信道
A：信源
B：信宿
1.2
密码学基本概念
被动攻击：窃听等
对一个密码系统采取截获密文进行分析，这类攻击称作被动攻击(passive attack)
m A：信源 m E：对手
m B：信宿
1.2
密码学基本概念
对被动攻击的防护：加密技术
加密 c m A：信源
对明文字符的位置进行重新排列的一种密码。
1.3
古典密码
一 移位密码 1 简单移位
基本思想：是按照一定的规则，简单打乱明文排
列顺序生成密文。 报文倒置法 明文：there was a small attendance at the meeting 密文：gnit eeme htta ecna dnet tall amsa sawe reht 分组倒置法 明文：there wasas malla ttend ancea tthem eetin g 密文：ereht sasaw allam dnett aecna mehtt nitee g
根据对明文消息加密方式的不同，可将密
码体制分为序列密码和分组密码两种。
1.2
密码学基本概念
（四）密码体制
密码体制应当满足下述要求：
（1）系统即使达不到理论上不可破，也应达到
实际上不可破。
（2）系统的保密性不依赖于加密体制或算法， 而依赖于密钥。 （3）加密算法和脱密算法适用于密钥空间中的 所有元素。
1.2
密码学基本概念
（三）密码分析学
• Kerckhoffs假设： • 通常假定密码分析者或敌手（opponent）知道所 使用的密码系统，这个假设称作Kerckhoffs假 设。 当然如果密码分析者或敌手不知道所使用的 密码系统，那么破译密码是更难的，但我们不应 该把密码系统的安全性建立在敌手不知道所使用 的密码系统这个前提下。因此，在设计一个密码 系统时，我们的目的是在Kerckhoffs假设下达到 安全性。
密文为C=3456 9821 7034 1128
C M 0 1 2 3 6 0 9 1 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 8 7
密钥变化量为：10！
对于英文字母也可按同样的方法编制代替 表，即为英文一般代替表。英文一般代替表的 变化量为26！。
1.3
古典密码
二 代替密码 1 单表代替
（2）凯撒密码 最初的凯撒密码是指明文字母由该字母后第三
（4）系统既易于实现又便于使用。
1.2
密码学基本概念
（五）课程内容
古典密码
保密理论
序列密码
分组密码 公钥密码
数字签名
杂凑函数
密钥管理
1.3
古典密码
主要内容
一 移位密码
二 代替密码
1.3
古典密码
一 移位密码
移位密码：按密钥指示规则对明文进行位置移
动的密码。
移位密码包括简单移位、有限密钥指示移位等。
对应0～25的整数，密钥k一旦取定，就确定一个
代替表。密钥变化量为26。
十进制数字单表代替密码的编制方法为：
以顺序的十个单码为明行，以乱序的十个单码
为密行，加密时以密行数据取代相应的明行数 据，脱密时以明行数据取代相应的密行数据。
1.3
M C 0 1 1 3 2 4
古典密码
3 5 4 6 5 7 6 0 7 9 8 8 9 2
例如：明文为M=1234 7890 5612 0098
明文(m)
加密密钥
解密密钥
一个密码体制由明文空间M，密文空间C， 密钥空间K，加密算法E和脱密算法 D五部分组 成。
1.2
密码学基本概念
（四）密码体制
根据加密密钥和脱密密钥是否相同，可将 密码体制分为单密钥(one-key)密码体制（对称密 码体制symmetric cryptosystem ）和双密钥(two-key)密码 体制（非对称密码体制asymmetric cryptosystem ） 。
这些明文可能是不大明了的），这些密文使用的密钥与解密
待解的密文的密钥是一样的。
1.2
密码学基本概念
（三）密码分析学
穷举攻击：密码分析者依次试用密钥空间中的密 钥逐个对截获的密文进行脱密测试，从而找出正 确密钥的一种攻击方法。
统计攻击：密码分析者通过分析密文与明文之间
或明文-密文对与密钥之间的统计规律来进行破 译的攻击方法。
例如：明文M= abcdefghijklmnopqrstuvwxyzab
密钥表为：
3 2 4 5 3 6 1 5 4 2 1
1.3
古典密码
按行密钥指示顺序将明文填入方格
3 f p u k z a 5 g q v l a b 4 h r w m b c 2 i s x n
Z
2 4 5 3 6 1
1 j t y o
1.2
密码学基本概念
（三）密码分析学
解析攻击（数学分析攻击）：密码分析者针对密
码算法设计所依赖的数学问题，利用数学求解的
方法破译密码。
代数攻击：把破译问题归结为有限域上的某个低
次的多元代数方程组求解问题的攻击方法。
1.2
密码学基本概念
（四）密码体制
明文(m)
加密算法(E)
密文(c) 公共信道
解密算法(D)
1.2
密码学基本概念
（二）密码编码学
明文：被隐蔽的消息称作明文，通常用m表示。 密文：将明文隐蔽后的结果称作密文或密报， 通常用c 表示。 密钥：控制或参与密码变换的可变参数称为密 钥，通常用k表示。 分为加密密钥和解密密钥。
1.2
密码学基本概念
（二）密码编码学
加密：将明文变换成密文的过程称作加密，该 过程表示为：c = Ek(m)。 解密：由密文恢复出明文的过程称作解密或脱 密，该过程表示为：m = Dk(c)。
1.3
古典密码
二 代替密码 1 单表代替
（2）凯撒密码
将明文空间和密文空间都选为
加密变换 ： c
(m 3) (c 3)
Z 2 6 {0 ,1, , 2 5}
m od 26 m od 26
脱密变换 ： m
其中
m , c {0 ,1, 2 , , 2 5} ，这里英文字母A～Z对
1.3
古典密码
一 移位密码
2 有限密钥指示移位
（2）双重密钥指示移位 双重密钥指示移位密码的编制方法为: 通信 双方事先约定好一 n×m 的方格及相应的行、列
密钥。加密时，首先将明文分成长为 n×m 的明
文组，对每一组，按行密钥指示顺序将明文填入 方格，再按列密钥指示顺序抄出即为密文。
1.3
古典密码
形而生成的一组具有随机特性的特定符号。 密码学：研究密码编码、密码破译和密钥管理
的一门综合性应用科学。
1.2
密码学基本概念
（一）密码学
传统上，密码学主要包括密码编码学和密
码分析学两部分。
密码编码学：使消息保密的技术和科学。 密码分析学：破译密码的技术和科学。
1.2
密码学基本概念
（二）密码编码学
主要目的是寻求保证消息保密性或认证性的 方法。隐蔽和保护需要保密的消息，使未授权者 不能提取信息。 主要任务是研究安全、高效的信息加密算法 和信息认证算法的设计理论与技术。
加密后所得密文为：C = (eliwlw)(eztmze)
1.3
古典密码
由加密置换T求得脱密置换 T-1如下： 明文字符位置 密文字符位置 1 4 2 3 1 6 4 3 5 2 6 5
密文为：C = (eliwlw)(eztmze) 按T-1指示的规则对密文进行位置移动得： M´ = (wewill)(meetzz) 去掉虚码即得明文
1.2
密码学基本概念
主动攻击—中断
1.2
密码学基本概念
对主动攻击的防护：认证技术
签名 m A：信源 c E：对手
认证 m B：信宿
1.2
密码学基本概念
密码学的主要目标
1、机密性 2、数据完整性 3、真实性认证 4、不可否认性
1.2
密码学基本概念
（一）密码学
密码：通信各方按约定的规则，为隐蔽消息原
应0～25的整数。
1.3
古典密码
二 代替密码 1 单表代替
（2）凯撒密码 后来统称所有自然序密表为凯撒密表 加密变换 ： c 脱密变换 ： m 其中
(m k ) (c k ) m od 26 m od 26
m , c , k {0 ,1, 2 , , 2 5} ，这里英文字母A～Z
设密钥长度为t，加密时，首先将明文分成长为 t
的明文组，对每一组用同一密钥T加密。
1.3
古典密码