917839-密码学-第一章 密码学概述 1.3古典密码
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密码学
第一章 密码学概述
1.3 古典密码
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。
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。
1.3 古典密码
（3）博福特密码 博福特密码与维吉尼亚密码类似，使用长度
为l的密钥k=k1kl，加密时先以l长为单位对明 文进行分组，对每一组明文m=m1ml，用同一
密钥k=k1kl加密得密文 c=c1cl。
加密变换 Ek： ci (ki mi ) mod 26
脱密变换 Dk： mi (ki ci ) mod 26 i 1, 2, ,l 博福特密码相当于l 行代替，用第一密行加
1.3 古典密码
（2）维吉尼亚密码 维吉尼亚密码使用长度为l的密钥k=k1kl，
加密时先以l长为单位对明文进行分组，对每一
组明文m=m1ml，用同一密钥k=k1kl加密得密
文 c=c1cl。 加密变换Ek： ci (mi ki ) mod 26
脱密变换Dk ：mi (ci ki ) mod 26 i 1, 2, ,l 维吉尼亚密码相当于l 行代替，每一密行是
1.3 古典密码
二 代Baidu Nhomakorabea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
第三字母代替
abc defghijklmnopqrstuvwxyz de f ghi jklmnopqrstuvwxyzabc
例如：
密文：rpqld jdoold hvw glylvd lq sduwhv wuhv
密钥表为：
35421 2 4 5 3 6 1
1.3 古典密码
按行密钥指示顺序将明文填入方格
35421 2 fgh i j 4pqr s t 5uvwxy 3 k l mn o 6 zab Z Z 1abcde
按列密钥指示顺序抄出即为密文 C = jtyozeisxnzdfpukzahrwmbcgqvlab
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 Z26 {0,1, , 25}
加密变换 ： c (m 3) mod 26 脱密变换 ： m (c 3) mod 26
其中 m, c {0,1, 2, , 25}，这里英文字母A～Z对 应0～25的整数。
1.3 古典密码
一个自然序代替表。用第一密行加密第一明文， 第二密行加密第二明文，依此类推。当明文长 度超过 l 时，则重用密钥。
1.3 古典密码
例如： 设维吉尼亚密码使用的密钥为：K＝BAND 明文为： M = RENAISSANCE
= (RENA)(ISSA)(NCE) 则密文为： C = SEADJSFDOCR。
1.3 古典密码
一 移位密码 优点
明文字符 的位置发 生了变化
打乱了明文 字符之间的 跟随关系
1.3 古典密码
一 移位密码 缺点
明文字符 的形态没 有变化
密文字符出 现次数也是 该字符在明 文中的出现 次数
1.3 古典密码
二 代替密码
代替密码：按照一定规则，以特定的数码、字 母等隐蔽明文原形的密码。其表现形式一般为 代替表，收发双方按事先约定的代替表和使用 方法实现收发报。
（1）单码密钥指示移位
单码密钥指示移位所用密钥可表示为置换T。 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
例如，设明文 M=wewillmeet，加密置换T如下：
密文字符位置 1 2 3 4 5 6 明文字符位置 2 5 4 1 6 3
加密时，首先将明文分成长为6的明文组， 若不能分成整组，可将最后一组补虚码使成整 组，不妨设虚码为z，按密钥指示的顺序从明文 中取出字母即得密文。 分组处理后明文为：M = (wewill)(meetzz) 加密后所得密文为：C = (eliwlw)(eztmze)
(1) 明文字符相同，则密文字符相同； (2) 密文字符的频次，就是对应的明文字符频次； (3) 明文字符之间的跟随特性反映在密文中。
因此，明文字符的统计规律完全暴露在密文字符的 统计规律之中，形态变但位置不变。
1.3 古典密码
二 代替密码 2 多表代替
为改变单表代替相同明文生成相同密文的弱 点，在单表代替的基础上，出现了多表代替。
C2 3 4 5 6 7 1 8 9 0 2
加密时约定每组的第一、二单码用第一密行 加密，第三、四单码用第二密行加密。 明文为：0101 3377 8888 4524 3333 密文为：1334 2299 0000 5657 2266 密钥变化量当密行可重时为：10! 10!， 密行不可重时为：10! (10!1)。
（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
例如：明文M= abcdefghijklmnopqrstuvwxyzab
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 (m k) mod 26 脱密变换 ： m (c k) mod 26
其中 m,c, k {0,1, 2, , 25}，这里英文字母A～Z 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。
代替密码包括单表代替、多表代替等。
1.3 古典密码
二 代替密码 1 单表代替
只有一个代替表的代替密码称为单表代替。如： （1）十进制数字单表代替
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 古典密码
一 移位密码 1 简单移位
几何图形密码 以一种图形写下消息，以另一种图形读取消息
1.3 古典密码
一 移位密码 2 有限密钥指示移位
基本思想是按密钥指示的规则对明文进行 位置移动生成密文。分为单码密钥指示移位和 双重密钥指示移位。
1.3 古典密码
一 移位密码 2 有限密钥指示移位
1.3 古典密码
例如：明文为M=1234 7890 5612 0098
M 0123456789 C 1345670982
密文为C=3456 9821 7034 1128
C 0123456789 M 6091234587
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！。
福尔摩斯密码
E —E—E— ？
NEVER
N-V-R
1.3 古典密码
福尔摩斯密码
AM HERE ABE SLANEY
AT ELRIGES COME ELSIE
NEVER
ELSIE PREPARE TO MEET THY GOD
1.3 古典密码
二 代替密码 1 单表代替
单表代替的优缺点 优点：改变了明文原形，明文得到了掩蔽。 缺点：
1.3 古典密码
二 代替密码 1 单表代替
（3）仿射凯撒密码 加密变换 ：c (am k) mod 26 脱密变换 ：m a1(c k) mod 26 (a, 26) 1, k 0,1, 2, , 25, aa1 1mod 26
仿射凯撒密表的密钥变化量为26×12 = 312。
1.3 古典密码
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 1 2 3 4 5 6 密文字符位置 4 1 6 3 2 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
1.3 古典密码
一 移位密码 2 有限密钥指示移位
密第一明文，第二密行加密第二明文，依此类 推。当明文长度超过 l 时，则重用密钥。
多表代替是使用两个或两个以上的代替表按 约定方法对明文字母进行代替的加密方法。
（1）十进制数字双表代替
十进制数字双表代替密码的编制方法为：在十进制 数字单表代替的基础上增加一个密行，加密时按约定的 方法交替使用两密行，以增加密码强度。
1.3 古典密码
M 0123456789
C1 1 3 4 2 5 6 8 7 0 9
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
第一章 密码学概述
1.3 古典密码
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。
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。
1.3 古典密码
（3）博福特密码 博福特密码与维吉尼亚密码类似，使用长度
为l的密钥k=k1kl，加密时先以l长为单位对明 文进行分组，对每一组明文m=m1ml，用同一
密钥k=k1kl加密得密文 c=c1cl。
加密变换 Ek： ci (ki mi ) mod 26
脱密变换 Dk： mi (ki ci ) mod 26 i 1, 2, ,l 博福特密码相当于l 行代替，用第一密行加
1.3 古典密码
（2）维吉尼亚密码 维吉尼亚密码使用长度为l的密钥k=k1kl，
加密时先以l长为单位对明文进行分组，对每一
组明文m=m1ml，用同一密钥k=k1kl加密得密
文 c=c1cl。 加密变换Ek： ci (mi ki ) mod 26
脱密变换Dk ：mi (ci ki ) mod 26 i 1, 2, ,l 维吉尼亚密码相当于l 行代替，每一密行是
1.3 古典密码
二 代Baidu Nhomakorabea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
第三字母代替
abc defghijklmnopqrstuvwxyz de f ghi jklmnopqrstuvwxyzabc
例如：
密文：rpqld jdoold hvw glylvd lq sduwhv wuhv
密钥表为：
35421 2 4 5 3 6 1
1.3 古典密码
按行密钥指示顺序将明文填入方格
35421 2 fgh i j 4pqr s t 5uvwxy 3 k l mn o 6 zab Z Z 1abcde
按列密钥指示顺序抄出即为密文 C = jtyozeisxnzdfpukzahrwmbcgqvlab
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 Z26 {0,1, , 25}
加密变换 ： c (m 3) mod 26 脱密变换 ： m (c 3) mod 26
其中 m, c {0,1, 2, , 25}，这里英文字母A～Z对 应0～25的整数。
1.3 古典密码
一个自然序代替表。用第一密行加密第一明文， 第二密行加密第二明文，依此类推。当明文长 度超过 l 时，则重用密钥。
1.3 古典密码
例如： 设维吉尼亚密码使用的密钥为：K＝BAND 明文为： M = RENAISSANCE
= (RENA)(ISSA)(NCE) 则密文为： C = SEADJSFDOCR。
1.3 古典密码
一 移位密码 优点
明文字符 的位置发 生了变化
打乱了明文 字符之间的 跟随关系
1.3 古典密码
一 移位密码 缺点
明文字符 的形态没 有变化
密文字符出 现次数也是 该字符在明 文中的出现 次数
1.3 古典密码
二 代替密码
代替密码：按照一定规则，以特定的数码、字 母等隐蔽明文原形的密码。其表现形式一般为 代替表，收发双方按事先约定的代替表和使用 方法实现收发报。
（1）单码密钥指示移位
单码密钥指示移位所用密钥可表示为置换T。 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
例如，设明文 M=wewillmeet，加密置换T如下：
密文字符位置 1 2 3 4 5 6 明文字符位置 2 5 4 1 6 3
加密时，首先将明文分成长为6的明文组， 若不能分成整组，可将最后一组补虚码使成整 组，不妨设虚码为z，按密钥指示的顺序从明文 中取出字母即得密文。 分组处理后明文为：M = (wewill)(meetzz) 加密后所得密文为：C = (eliwlw)(eztmze)
(1) 明文字符相同，则密文字符相同； (2) 密文字符的频次，就是对应的明文字符频次； (3) 明文字符之间的跟随特性反映在密文中。
因此，明文字符的统计规律完全暴露在密文字符的 统计规律之中，形态变但位置不变。
1.3 古典密码
二 代替密码 2 多表代替
为改变单表代替相同明文生成相同密文的弱 点，在单表代替的基础上，出现了多表代替。
C2 3 4 5 6 7 1 8 9 0 2
加密时约定每组的第一、二单码用第一密行 加密，第三、四单码用第二密行加密。 明文为：0101 3377 8888 4524 3333 密文为：1334 2299 0000 5657 2266 密钥变化量当密行可重时为：10! 10!， 密行不可重时为：10! (10!1)。
（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
例如：明文M= abcdefghijklmnopqrstuvwxyzab
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 (m k) mod 26 脱密变换 ： m (c k) mod 26
其中 m,c, k {0,1, 2, , 25}，这里英文字母A～Z 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。
代替密码包括单表代替、多表代替等。
1.3 古典密码
二 代替密码 1 单表代替
只有一个代替表的代替密码称为单表代替。如： （1）十进制数字单表代替
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 古典密码
一 移位密码 1 简单移位
几何图形密码 以一种图形写下消息，以另一种图形读取消息
1.3 古典密码
一 移位密码 2 有限密钥指示移位
基本思想是按密钥指示的规则对明文进行 位置移动生成密文。分为单码密钥指示移位和 双重密钥指示移位。
1.3 古典密码
一 移位密码 2 有限密钥指示移位
1.3 古典密码
例如：明文为M=1234 7890 5612 0098
M 0123456789 C 1345670982
密文为C=3456 9821 7034 1128
C 0123456789 M 6091234587
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！。
福尔摩斯密码
E —E—E— ？
NEVER
N-V-R
1.3 古典密码
福尔摩斯密码
AM HERE ABE SLANEY
AT ELRIGES COME ELSIE
NEVER
ELSIE PREPARE TO MEET THY GOD
1.3 古典密码
二 代替密码 1 单表代替
单表代替的优缺点 优点：改变了明文原形，明文得到了掩蔽。 缺点：
1.3 古典密码
二 代替密码 1 单表代替
（3）仿射凯撒密码 加密变换 ：c (am k) mod 26 脱密变换 ：m a1(c k) mod 26 (a, 26) 1, k 0,1, 2, , 25, aa1 1mod 26
仿射凯撒密表的密钥变化量为26×12 = 312。
1.3 古典密码
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 1 2 3 4 5 6 密文字符位置 4 1 6 3 2 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
1.3 古典密码
一 移位密码 2 有限密钥指示移位
密第一明文，第二密行加密第二明文，依此类 推。当明文长度超过 l 时，则重用密钥。
多表代替是使用两个或两个以上的代替表按 约定方法对明文字母进行代替的加密方法。
（1）十进制数字双表代替
十进制数字双表代替密码的编制方法为：在十进制 数字单表代替的基础上增加一个密行，加密时按约定的 方法交替使用两密行，以增加密码强度。
1.3 古典密码
M 0123456789
C1 1 3 4 2 5 6 8 7 0 9
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