网络安全-02：传统加密技术 古典密码技术
密码技术模型
密码技术模型
密码技术模型是一种用于描述密码技术的概念性、理论模型，通常包括密码学的基本要素、假设、算法和安全性分析等方面。
以下是几种常见的密码技术模型：
1. 传统密码模型（Classical Cryptography Model）：传统密码
模型主要用于描述古典密码技术，如凯撒密码和仿射密码等。
它通常包括明文空间、密文空间、密钥空间、加密算法和解密算法等。
2. 非对称密码模型（Asymmetric Cryptography Model）：非对
称密码模型是一种基于两个互相关联、但具有不同的密钥的密码模型，也称为公钥密码模型。
它通常包括公钥空间、私钥空间、加密算法和解密算法等。
3. 对称密码模型（Symmetric Cryptography Model）：对称密
码模型是一种基于相同密钥进行加密和解密的密码模型。
它通常包括密钥空间、加密算法和解密算法等。
4. 散列函数模型（Hash Function Model）：散列函数模型用于
描述散列函数的基本特性和安全性要求。
它包括散列函数的输入空间、输出空间、安全性要求和安全性分析等。
5. 消息认证码模型（Message Authentication Code Model）：消息认证码模型用于描述消息认证码的基本特性和安全性。
它通常包括消息认证码的输入空间、输出空间、密钥空间、安全性要求和安全性分析等。
需要注意的是，以上只是几种常见的密码技术模型，实际上还有其他的密码技术模型，如基于标签的密码模型、公钥基础设施模型等，每种模型都有其特定的应用领域和技术要求。
网络安全-02-传统加密技术-zjw
32 56
128
168
2168 = 3.7 1050
2167 µs = 5.9 1036 years
5.9 1030 years
26 characters (permutation)
26! = 4
1026
2 1026 µs= 6.4 1012 years
6.4 106 years
19世纪，Kerckhoff(柯克霍夫)原则：
系统的保密性不依赖于对加密体制或算法的保密，而依赖 于对密钥的保密。 （WHY？？？）
2015年8月12日9时16分
西安电子科技大学计算机学院
17
§2.1 对称密码的模型
传统密码/常规密码/私钥密码/单钥密码 conventional / private-key / single-key 发送方和接收方共享一个共同的密钥 sender and recipient share a common key 所有的传统密码算法都是私钥密码
（加密）运算：pi ＝ ci - k （mod 26）, i＝1,2,…,n
2015年8月12日9时16分
西安电子科技大学计算机学院
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恺撒密码-解密
方式二：查表（例k=3）
密 文 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
明 x 文
y
z
a
研究内容
主要研究对信息进行编码，实现对信息的隐蔽。
特征
运算类型：代换与置换 所用的密钥数：单钥与双钥 处理明文的方法：分组密码与流密码
古典密码简介
古典密码简介
古典密码是一种在早期历史上用于安全通信的技术，其中包括凯撒密码、培根密码、摩斯密码、栅栏密码、维吉尼亚密码、猪圈密码和偏移量密码这些密码在CTF比赛中经常出现。
这些加密技术通常用于保护通信不被第三方或敌人破解，并确保信息的机密性。
古典密码的主要特点是使用替换或替换+换位的方式，替换密码使用替换表，单表和多表都有，换位密码则根据一定的规则重新排列明文。
由于其简单的设计，它是历史上最广泛使用的加密技术。
其中，凯撒密码可以通过偏移量来加密和解密，培根密码加密后只有a和b，摩斯密码是时通时断的信号代码，栅栏密码是将明文分成N个一组加密，维吉尼亚密码是使用凯撒密码进行加密的算法，猪圈密码是一种以格子为基础的简单替代密码，偏移量密码是一种仿射密码。
古典密码的另一个关键方面是其安全性在于保持算法本身的保密性，因此即使发送者和接收者知道加密的方式，但除非知道密钥，否则很难破解古典密码。
然而，由于替换和换位的方式很容易被敌方破解，所以随着技术的不断发展和进步，古典密码被现代密码算法所替代，成为安全性更高的加密技术。
古典密码运用的两种基本技术
古典密码运用的两种基本技术古典密码是指使用传统的加密算法和技术进行加密和解密通信信息的密码系统。
它是密码学的起源，直到20世纪的中期被现代密码系统所取代。
古典密码运用了许多不同的加密技术，但其中有两种是最基本和常见的，分别是置换技术和替换技术。
1.置换技术置换技术是一种古老而普遍的加密方法，它通过改变字母或字符的顺序来加密原始文本。
常见的置换技术有以下几种：a. 凯撒密码（Caesar Cipher）：凯撒密码是一种基本的字母置换密码，它通过对字母表进行循环左移或右移来加密和解密文本。
在凯撒密码中，每个字母都被替换为字母表中固定位置的字母，这个固定位置由一个偏移量决定。
b. 列置换密码（Columnar Transposition Cipher）：列置换密码将明文分成若干列，然后按照一定的顺序将这些列重新排列，形成密文。
解密时，按照相同的顺序将密文的列排列，并按列逐个读取即可恢复原始文本。
c. 群置换密码（Permutation Cipher）：群置换密码将明文中的字母分成若干个群，然后按照一定的顺序对这些群进行重新排列，形成密文。
解密时，按照相同的顺序将密文的群排列，并按群逐个读取即可恢复原始文本。
2.替换技术替换技术是古典密码学中另一种常见的加密技术，它通过将明文中的字母替换为其他字母或符号来加密文本。
a.单字母替换密码：单字母替换密码使用一个简单的替换表来将明文字母一对一地替换为其他字母或符号。
替换表可以是任何形式的映射，如字母表的逆置、移位替换等。
单字母替换密码易于破解，因为它们可以通过使用频率分析方法推断出英文字母的出现频率。
b. 多字母替换密码：多字母替换密码使用多个字母或字符的替换规则来加密文本。
常见的多字母替换密码包括维吉尼亚密码（Vigenère Cipher）和同音词替换密码（Homophonic Substitution Cipher）。
多字母替换密码相对于单字母替换密码更加安全，因为它们改变了字母的频率，并增加了破解的难度。
加密技术经历的三个阶段是什么
加密技术经历的三个阶段是什么？加密技术经历的三个阶段：古典密码、对称密钥密码和公开密钥密码阶段古典密码：作为保障数据安全的一种方式，加密的历史相当久远，它的起源可以追溯到公元前2000年，虽然那时的加密并不是现在所讲的加密技术（甚至不能叫做加密），但作为一种加密的概念确实早在几个世纪前就诞生了。
近代加密技术主要应用于军事领域，最广为人知的编码机器是德国的“迷”加密器，它的应用和最终被破解，都不同程度地影响了战争的进程。
随着计算机运算能力的增强，人们又不断研究出了新的加密方式。
我国的加密技术也有很长的历史，前一段时间，中央电视台热播的电视剧《乔家大院》就是以山西的日升昌票号为历史背景的，历史上的日升昌是我国第一家票号，票号实行“认票不认人，见票即付”的原则，并且为了防止假冒而制定了一套防伪制度，这套制度包括精心印制汇票，如蔚泰厚的汇票由平遥一处印制，绿线红格，并有水印“蔚泰厚”三字，票纸有数，如有报废必报总号备案，书手固定，由一人书写，笔记可辨，同时票面中加有“水印”技术，透过阳光能看到纸票中有“日升昌记”四个字。
对称式加密是加密和解密使用同一个密钥，通常称之为话路密钥，这种加密技术目前被广泛采用，如美国政府所采用的数据加密标准（DES）就是一种典型的对称式加密，它的密钥长度为56位非对称式加密就是加密和解密使用不同的密钥，通常有两个密钥，成为“公钥”和“私钥”，它们两个必须配对使用，否则就不能打开加密文件，这里的“公钥”是指可以对外公布的，“私钥”则只能由持有人一个人知道，它的优越性就在这里，因为对称式的加密方法如果是在网络上传输加密文件就很难把密钥告诉对方，因为不管用什么方法都有可能被别人窃听到，而非对称式的加密方法有两个密钥，且其中的“公钥”是可以公开的，也就不怕别人知道，收件人解密时只要用自己的私钥即可，这样就很好的克服了密钥的传输安全性问题。
加密方式的历史演变和发展
加密方式的历史演变和发展
加密方式的历史演变和发展可以分为以下几个阶段：
1. 古代加密方法：源于公元前440年的古希腊，目的是将秘密嵌入于公开的内容，如：隐形墨水、图画、文章、特殊物品等。
其主要是依赖于技巧与加密方法的保密来实现信息加密。
2. 古典密码：出现在公元前54年，加密方法大多是按照字母表向后移动n 位等来实现。
虽然这种方法已经脱离了实物，向算法发展，但是其还是部分依赖于算法本身的保密来实现信息的加密。
3. 近代密码（1860s）：此时数学开始主导密码学，同时已经认识到真正保证信息加密安全的不是加密算法本身，而是秘钥。
即使加密算法本身外泄，有秘钥的存在，密码也不会失效。
4. 现代密码（1950s）：现代密码基于计算机科学的发展，同时极度依赖于数学的发展。
此外，随着科技的发展，加密技术也从简单的字母替换扩展到了更复杂的算法和协议。
现在常用的加密技术包括对称加密、非对称加密和哈希算法等。
这些技术广泛应用于金融、通信、互联网安全等领域，为保障个人隐私和数据安全提供了重要的支持。
以上内容仅供参考，建议查阅专业书籍或文献获取更全面和准确的信息。
古代加密方式
古代加密方式
古代的加密方式有很多种，以下列举几种比较常见的方式：
1. 凯撒密码：又称移位密码，是一种最早出现的加密方式。
其原理是将明文中的每个字母按照一定的偏移量进行替换，达到隐藏信息的目的。
例如，将每个字母向后移动三位，A就变成了D，B变成了E，以此类推。
2. 简易替换密码：也称为单字母替换密码，是一种通过将明文字母替换为其他字母来加密的方式。
例如，将明文中的每个字母替换为字母表中的另一个字母，形成密文。
由于规则简单，被认为是一种相对较弱的加密方式。
3. 维吉尼亚密码：是一种基于多个凯撒密码的组合加密方式。
它引入了密钥的概念，密钥决定了每个字母的偏移量。
通过使用不同的密钥，可以生成不同的凯撒密码，增加了加密的复杂度。
4. 图形密码：在古代，人们还使用了图形作为密码的一种方式。
例如，在埃及墓穴中发现的壁画中，人们使用了各种符号和图案作为密码来保护珍贵的物品和信息。
需要注意的是，古代的加密方式相对简单，随着科技的发展，加密算法变得更加复杂和安全。
现代的加密方式采用了更强大的数学算法和计算机技术，能够提供更高的安全性和保密性。
古代的加密方法
1.对称加密：这是一种最常用的加密方法，的密钥，才可以正确的加密和解密。例如，凯撒密码、二乗密码、维吉尼亚密码等等。
2.非对称加密：这是一种比较新的加密方法，也是一种比较安全的加密方法。用户可以拥有两套不同的密钥，一套用于加密，一套用于解密。例如，RSA、DSA等。
3.混合加密：这是一种把前两种加密方法结合起来的加密方法，可以更加有效的利用两种加密方法的优势来提高加密的强度。
4.散列加密：散列加密是一种将明文信息快速的转换为不可逆的密文的加密方法。散列加密通常可以帮助验证用户的真实性，而无需真正解密其信息。常见的散列加密有MD5等。
安全加密技术的发展历程与应用场景
安全加密技术的发展历程与应用场景随着互联网的发展和普及，数据保护及安全性成为了全球范围内的重要问题。
为了保障用户的隐私和安全，人们一直在寻找更加完善的加密技术来保护敏感信息。
本文将介绍安全加密技术的发展历程与应用场景。
一、传统加密技术早期的加密技术主要有置换密码和代换密码两种。
在置换密码中，原本的明文通过一定的置换方式变换成密文。
而代换密码则是通过一定的替换方式使明文被替换成特定的字符，从而实现加密。
这两种方式都是人工完成的，易于破解。
古典密码学的突破是由于密码分析数学及计算技术的进步，1960年代起，加密技术向着公开密钥加密技术方向发展。
二、公开密钥加密技术公开密钥加密技术是当前应用最为广泛的一种加密技术。
它是一种使用公钥和私钥来加密和解密的方法。
这种技术可以有效解决数据传输过程中密钥泄露的问题。
RSA算法和椭圆曲线加密算法是广泛应用的两种公开密钥加密算法。
1. RSA算法RSA算法是由罗纳德·李维斯特和阿迪·萨莫尔等人于1977年提出的。
该算法基于质因数分解的运算难度来实现加密和解密过程。
该算法还可以用于数字签名、密钥交换等方面。
2. 椭圆曲线加密算法椭圆曲线加密算法是一种基于椭圆曲线数学问题的加密算法。
该算法相对于RSA算法，它可以在相同的安全性下使用更小的密钥，从而提高了加密效率。
此外，椭圆曲线加密算法在移动设备上的应用更为广泛。
三、应用场景安全加密技术广泛应用于金融、电子商务、电子政务、物联网等领域，其中有几个典型的应用场景。
1. 金融领域在金融领域，加密技术可以保护用户的账户和资金安全。
例如，在网上银行中，用户通过第三方支付平台进行资金交易时，需要进行密钥交换和加密传输，以保护用户的资金安全。
2. 电子商务加密技术也广泛应用于电子商务中。
例如，在网上购物中，我们经常会看到“HTTPS”这个协议，在浏览器地址栏上出现的小锁头便是证明数据传输是通过加密方式进行的。
3. 电子政务加密技术被广泛应用于电子政务中。
第2章密码学方法密码学方法
陈家琪网络安全技术－第2章密码学方法10加密解密明文密文原始明文密钥密钥明文密文Ø明文（Plaintext ）：消息的初始形式；Ø密文（CypherText ）：加密后的形式Ø记：明文记为P陈家琪网络安全技术－第2章密码学方法19•英文字母E 是使用最多的字母•然后是T、R、N、I、O、A、S •其它字母的使用比较少•使用最少的J、K、Q、X、Z转轮密码－密码机使密码分析变得极SIGABA陈家琪网络安全技术－第2章密码学方法28陈家琪网络安全技术－第2章密码学方法陈家琪网络安全技术－第2章密码学方法DES 加密算法的一般描述交换左右32比特逆置换IP -1置换IP子密钥56bit 密钥64bit 密文64bit 明文初始置换IP 和初始逆置换IP -1预输出作为输入置换置换陈家琪网络安全技术－第2章MIP(M)=(m 58 ,m 50 ,…)=(m'1 ,m'陈家琪网络安全技术－第2章密码学方法多重DES －两重DES双重DES 加密逻辑双重DES 解密逻辑陈家琪网络安全技术－第2章密码学方法45加密逻辑解密逻辑陈家琪网络安全技术－第2章密码学方法51Ø公钥私钥陈家琪网络安全技术－第2章密码学方法53公钥私钥单向陷门函数Ø单向函数1.给定x ，计算y=f(x) 是容易的；2.给定y , 计算x= f -1(y) 是不可行的（困难）。
Ø单向陷门函数•如果存在辅助信息k ，使得计算x= f -1(y) 又变得容易。
k 被称为陷门信息。
网络安全技术－第2章密码学方法和密钥(d)。
利用VC++6.0实现核心算法，如网络安全技术－第2章密码学方法网络安全技术－第2章密码学方法RSA 算法的程序实现击按钮“产生RSA 密钥对”，在出现的对产生素数p 和素数q ，如果产生100位长度的p 约分别需要10秒左右，产生的素数如图所示。
陈家琪网络安全技术－第2章密码学方法网络安全技术－第RSA算法的程序实现Ø在主界面选择一个文件，并导入“模n.txt ”文件到RSA 模文本框，导入“私密.txt ”文件或者“公密.txt ”，加密如果用“私密.txt ”，那么解密的过程就用“公密.txt ”。
古典加密的两种基本方法
古典加密的两种基本方法
在密码学中，加密是将原始数据转换为未知形式的过程，以隐藏数据的含义和信息。
古典加密是指用于加密数据的传统方法，有两种基本方法：替换密码和置换密码。
1. 替换密码
替换密码是一种将字符或字母替换为其他字符或字母的加密方法。
最简单的替换密码是凯撒密码。
凯撒密码是一种最古老的加密技术，它将字母按照一定的位移量进行替换。
例如，当位移量为3时，A将被替换为D，B将被替换为E等等。
这种方法非常容易被破解，因为只需要尝试每一种可能的位移量，就可以找到正确的解密方法。
更加复杂的替换密码有多种方法，例如多表替换密码、单表替换密码、维吉尼亚密码等等。
这些方法通过不同的替换规则和密钥来增加加密强度。
2. 置换密码
置换密码是一种将原始数据重新排列的加密方法。
最简单的置换密码是栅栏密码。
栅栏密码将原始数据写成一列，然后将这一列按照一定的间隔进行划分，最后按照不同的顺序排列。
例如，当间隔为3时，
原始数据'HELLO WORLD'可以被排列成'HLOOLRWE LD'。
这种方法也容易被破解，因为只需要尝试不同的间隔和排列方式即可。
更加复杂的置换密码有多种方法，例如双重置换密码、多重置换密码、列置换密码等等。
这些方法通过不同的置换规则和密钥来增加加密强度。
总之，古典加密虽然有很多弱点，但是这些基本方法为现代加密技术的发展奠定了基础，也有助于我们更好地理解密码学的基本概念。
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。
数据加密技术的发展历程(二)
数据加密技术的发展历程随着现代科技的快速发展，数据的安全成为一个重要的问题。
数据加密技术作为保护数据安全的重要手段，经历了多年的发展和演变。
本文将从古代密码学到现代加密技术，探讨数据加密技术的发展历程。
一、古代密码学的初步发展自古以来，人们就开始使用各种方法来保护重要信息的传递。
据考古学家研究，埃及人在公元前1900年左右就使用了古典密码学中的一种方法，它使用了一种称为凯撒密码的替换技术。
凯撒密码将字母表中的每个字母通过向前或向后移动指定的位数来加密，这种简单的替换方法虽然容易破解，但是在当时是相当有效的密码。
二、机械密码机的兴起与演进随着科学技术的不断进步，人们开始开发机械密码机来改进密码的安全性。
最早的机械密码机可以追溯到16世纪，当时加密方式主要是通过替代字母的位置或利用特定的密码表。
而在20世纪初，商用的密码机开始出现，其中最著名的就是德国的恩尼格玛机。
恩尼格玛机采用了一种复杂的转子系统，每次加密都会改变转子的位置和电气连接，极大地增加了密码的复杂度和破解的难度。
三、公钥密码学的应用20世纪80年代，公钥密码学的概念被引入到密码学领域，开创了密码学的新纪元。
公钥密码学采用了非对称加密的方式，使用两个密钥，一个用于加密，另一个用于解密。
这种方式摆脱了传统加密的密钥传递问题，大大提高了加密的安全性。
四、量子密码学的发展随着计算机技术的不断进步，传统的加密技术面临着破解的威胁。
为了保障信息的安全，量子密码学逐渐受到关注。
量子密码学利用了量子力学的原理，建立了一种可以抵御量子计算机攻击的加密系统。
量子密码学仍处于发展阶段，但已经显示出了巨大的潜力。
五、区块链技术与加密货币的兴起近年来，区块链技术的兴起为数据加密技术带来了新的可能性。
区块链是一种去中心化的分布式账本技术，通过密码学的方法保证了数据的安全性。
而基于区块链技术的加密货币，如比特币和以太坊，也是数据加密技术的重要应用。
加密货币通过区块链的分布式网络，保障了交易的安全和隐私。
加密算法的发展与应用
加密算法的发展与应用随着互联网的普及和信息技术的飞速发展，人们对数据安全的需求越来越迫切。
而加密算法作为保护数据安全的关键技术，也在不断发展和应用中。
本文将探讨加密算法的发展历程以及在各个领域中的应用。
一、古代加密算法人类早在古代就开始使用加密算法来保护重要信息的机密性。
最著名的古代加密算法是凯撒密码。
凯撒密码是一种替换加密算法，其原理是将明文中的每个字母按照一个固定的密钥进行替换。
虽然凯撒密码简单易懂，但只要破解了密钥，就能轻松解密。
因此，随着破解技术的发展，凯撒密码逐渐失去了保密性。
二、对称加密算法随着数学和计算机技术的发展，人们开始研究更加复杂的加密算法。
对称加密算法应运而生，其特点是加密和解密使用相同的密钥。
对称加密算法的代表是DES（Data Encryption Standard）算法，该算法在20世纪70年代被美国政府采用，并成为当时的加密标准。
然而，随着计算能力的提高，DES算法的密钥长度变得不够安全，容易受到暴力破解攻击。
因此，为了提高加密强度，AES（Advanced Encryption Standard）算法成为新的对称加密标准。
三、非对称加密算法对称加密算法虽然安全性高，但密钥的传输却存在困难。
为了解决这一问题，人们研究出了非对称加密算法。
非对称加密算法使用两个不同的密钥，分别是公钥和私钥。
其中，公钥可以公开，而私钥必须保密。
非对称加密算法的代表是RSA算法，该算法在1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）三位密码学家提出。
RSA算法的安全性基于质因数分解难题，即从一个非常大且只有两个不同质数因子的数中分解出这两个质数的难题。
目前，RSA算法被广泛应用于电子商务、数字证书等领域。
四、哈希算法除了保护数据的机密性外，人们还需要确保数据的完整性和真实性。
网络安全技术第2章密码技术
例如，如果选择cipher作为密钥字，则明文字母与密文字母的
对应关系如表2.3所示(这种密码技术先把密钥字写在明文字母 表下，再将未在字母表中出现过的字母依次写在此密钥字后， 这样构造出了一个字母替换表)。不同的密钥字可以得到不同 的替换表，对于密文为英文单词的情况，密钥字最多可以有 26!≈4×1026个不同的替换表。
b1，...，bn－1}为密文字母表，单字符单表替换密码技术使用了
A 到 B 的映射关系 f ： A→B ， f(ai)=bj( 一般情况下，为保证加密 的可逆性，f是一一映射)，将明文中的每一个字母都替换为密
文字母表中的字母。单字符单表替换密码技术的密钥就是映射
f或密文字母表(一般情况下，明文字母表与密文字母表是相同 的，这时的密钥就是映射f )。典型的单字符单表替换有以下几
第2章 密 码 技 术
表2.2 凯撒密码技术替换表
明文 密文 明文 密文 a d n q b e o r c f p s d g q t e h r u f i s v g j t w h k u x i l v y j m w z k n x a l o y b m p z c
第2章 密 码 技 术 3．密钥字密码技术 密钥字密码技术利用一个密钥字来构造替换作为密钥。
第2章 密 码 技 术
消极干扰 窃听
积极干扰 改变电文
明文 P
加密算法 密文 C 加密密钥
解密算法
明文 P
加密密钥
图2.1 数据加密模型
第2章 密 码 技 术 2.1.3 密码技术分类
对密码技术的分类有很多种标准，如按执行的操作方式不 同，密码技术可分为替换密码技术(Substitution Cryptosystem) 和换位密码技术(Permutation Cryptosystem)。如果按收发双方 使用的密钥是否相同，密码技术可分为对称密码(或单钥密码) 技术和非对称密码(或双钥密码或公钥密码)技术。对称密码技 术中加密和解密的双方拥有相同的密钥，而非对称密码技术中 加密和解密的双方拥有不同的密钥。
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【摘要】古典密码和流密码是密码学领域中常见的两种加密方式。
古典密码是基于固定的密钥和特定的算法来加密和解密信息的传统加密方式，其原理包括替换、置换和移位等方法。
古典密码在历史上被广泛运用于军事和外交领域，如凯撒密码和维吉尼亚密码。
流密码则是一种根据密钥生成的伪随机比特流对信息进行加密，其原理包括异或运算和伪随机序列生成。
流密码在现代通信和计算机系统中得到广泛应用，如SSL/TLS协议和Wi-Fi加密。
古典密码和流密码在原理和应用上各有特点，比较之下可以发现各自的优劣。
未来，随着信息技术的不断发展，古典密码和流密码的应用前景将会更加广阔。
【关键词】古典密码、流密码、加密、解密、原理、应用、比较、前景展望1. 引言1.1 古典密码和流密码的原理及应用概述古典密码和流密码是密码学中两种基本的加密方法，它们在信息安全领域中有着重要的应用。
古典密码是一种基于固定密钥的加密算法，其原理是通过对明文进行一系列固定的置换和替换操作来生成密文，只有使用相同的密钥才能解密出明文。
古典密码在历史上曾经被广泛应用于军事和外交领域，如凯撒密码、仿射密码等。
流密码则是一种基于流密钥的加密算法，其原理是通过生成一系列伪随机的密钥流与明文进行按位异或操作来得到密文。
流密码的特点是每个明文位与密钥流中的对应位独立加密，提高了加密的安全性。
古典密码和流密码各自有其独特的应用场景和特点，古典密码适用于短文本的加密，而流密码则适用于大数据流的加密。
在当今信息安全日益重要的环境下，古典密码和流密码的原理及应用也在不断发展和完善，以应对新的安全挑战。
本文将分别介绍古典密码和流密码的原理和应用，以及对它们的比较和展望。
2. 正文2.1 古典密码的原理古典密码是一种使用固定密钥进行加密和解密的加密方式，其原理主要包括替换和置换两种方法。
替换是将明文中的字母或符号按照一定规则替换成密文中的字母或符号，从而实现加密。
最经典的替换密码是凯撒密码，即将所有字母按照一个固定的偏移量进行替换。
中国古代密码术分类
中国古代密码术分类中国古代密码术是指在古代时期，人们为了保护重要机密信息的安全而采用的各种加密方式和技术，这些加密方式和技术可以分为数码、文字、符号等几大类。
以下将分别介绍这几类加密方式和技术。
一、数码密码术数码密码术是使用数字来代替明文的一种加密方法，具有较高的安全性。
其主要形式包括：1、二进制密码法二进制密码法是使用二进制数字的方式进行编码的一种密码术。
其基本原理是将明文中的每一个字符转化为二进制代码，然后再对其进行加密。
解密时则需要将密文中的二进制代码转化为对应的明文字符。
2、多数字密码法多数字密码法是指将明文按照一定规则划分为多个数字，然后再对这些数字进行加密。
最常见的多数字密码法是电话密码法，它是将电话号码中的数字进行加密。
3、电报密码法电报密码法是指将明文中的字符转化为相应的数字，然后传递给接收者，接收者再将数字转化为明文字符。
这种密码法多用于军事通讯和情报交换等方面。
二、文字密码术文字密码术是使用文字或字母进行加密的一种密码术，其优点在于运用广泛、易于理解和使用。
其主要形式包括：1、简单替换密码法简单替换密码法是用一个字母或符号替代明文中的另一个字母或符号，以达到加密的目的。
最著名的简单替换密码法是凯撒密码，凯撒密码是将明文中的每个字母按照一定规则偏移后再进行加密，解密时则需要将密文中的每个字母向相反的方向偏移即可。
三、符号密码术图形密码法是指使用一些难以理解的图形来代替明文中的字母和数字，以达到加密的目的。
最著名的图形密码法是日本五维密码。
总之，中国古代密码术包括数码密码术、文字密码术和符号密码术三大类，其中每一种都又有不同的加密方法和技术。
这些密码术在历史上发挥了重要的作用，在现代也对网络安全、电子商务等方面产生了深远的影响。
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。
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明文分组P＝“mor”
12 m 明文编码 P＝ o ＝ 14 17 r
加密 C≡
17 17 5 12 21 18 21 14 2 2 19 17
2. 带密钥的置换技术
§2.4 转轮密码
• • • •
在现代密码之前，转轮密码是最广泛使用的复杂的密码 广泛用在第二次世界大战中
— German Enigma, Japanese Purple
实现了复杂多变的多表代替密码，多层加密
采用一系列转轮，每一个都是一个代替表，转轮可以依次旋 转加密每个字母
密码分析学和穷举攻击
Cryptanalysis
• •
—
—
密码破译 攻击的一般方法
密码分析学： cryptoanalytic attack
穷举攻击： brute-force attack
基于密码分析的攻击
Cryptanalytic Attacks
• •
惟密文攻击，ciphertext only
— 密码分析者已知的信息：加密算法，要解密的密文
穷举攻击
Key Size (bits)
Number of Alternative Keys
232 = 4.3 109 256 = 7.2 1016 2128 = 3.4 1038
Time required at 1 decryption/µs
231 µs = 35.8 minutes 255 µs = 1142 years 2127 µs = 5.4 1024 years
《密码编码学与网络安全》
Chapter 2 传统加密技术
密码
•
公元前5世纪，古希腊斯巴达出现原始的密码器，用一条带子缠绕在一 根木棍上，沿木棍纵轴方向写好明文，解下来的带子上就只有杂乱无章 的密文字母。解密者只需找到相同直径的木棍，再把带子缠上去，沿木 棍纵轴方向即可读出有意义的明文。
•
公元16世纪中期，意大利的数学家卡尔达诺(G. Cardano，1501-1576) 发明了卡尔达诺漏格板。
明文 P＝
12 14 ＝ 17
m o r
明文P＝“mor”
Hill密码的特点
• • •
密钥空间：|K|＝25！？≈1.6×1025
字母的统计规律进一步降低
明、密文字母不是一一对应关系
2. 多表代换——Vigenere密码
Example 使用6个字符的密钥“PASCAL”.加密信息“She is listening”
1.基本概念与术语
对称密码体制的一般原理
Note
Kerckhoff 原则：一般假设攻击者已掌握密 码算法，密码算法的抗攻击能力基于对秘密 密钥的保护.
1.基本概念与术语
如果P是明文，C是密文，K是密钥
古典密码技术
• 古典密码技术属于对称密码 • 对称密码的两个基本操作
— 代换技术:
• 明文中的每个元素映射为另一元素
2. 多表代换——Vigenè re密码
Vigenere密码可以看做m（m是密钥长度）个加法密码的组合
§2.2.6 一次一密
• • •
随机密钥 理论上不可破 实际上不可行
— 产生大量的随机密钥难
— 密钥分配与保护更难
置换技术
置换与代换不同，并不是将明文中的一个符号替换为密文中的 一个符号，而是改变明文符号的排列顺序
需尝试的密钥只有25个 加大密钥空间：单表代换密码
1. 单表代换——单表代替密码
不是简单有序地字母移位，每个明文字母映射到一个不同的 随机密文字母 通信双方可以协商一张映射表 密钥空间？
26! ＞ 4 x 1026 安 全！？
1. 单表代换——单表代替密码的密码分析
1. 单表代换——单表代替密码的密码分析
— 用3个转轮就有 263=17576 代替表
Enigma 密码机(德国)
Hagelin 转轮密码机（盟军 ）
M-209 密码机（美国）
Purple 密码机（日本）
§2.5 隐写术
Steganography
•
隐藏信息的存在
— 字符标记 — 用不可见的墨水
— 隐藏在图形图像或声音文件上
•
缺点
Solution
加法密码，密钥key = 15，解密消息“WTAAD”.
Solution
1. 单表代换——加法密码的密码分析
敌手Eve获得了密文信息“UVACLYFZLJBYL”。 如何获取原始明文信息？？？ Solution 敌手Eve尝试所有可能密钥。 尝试到密钥 7，得到信息 “not very secure” 解决办法
志着密码术到密码学的转变。
第3阶段：1976年至今 Diffie & Hellman《 New Directions in Cryptography 》，提
出了一种崭新的密码设计思想，导致了密码学的一场革命。
1. 基本概念和术语
• 几个概念和术语
— 明文 — 密文 — 密钥 — 加密算法
— 解密算法
— 置换技术:
• 明文中的元素重新排列
Topics discussed in this section: 1. 代换技术 2. 置换技术
代换技术
代换技术包括：单表代换和多表代换。
Note
代换技术的基本原理： 使用一个符号替换另一个符号.
Topics discussed in this section:
第1阶段：1949年以前
1949年以前的密码技术可以说是一种艺术，而不是一种科学，
那时的密码专家是凭直觉和信念来进行密码设计和分析的，而不是靠 推理证明。
第2阶段：从1949年到1975年 Shannon《 Communication Theory of Secrecy Systems 》标
Note
在多表代换中，明文中的一个符号与密文中 的一个符号之间不再是一一对应的关系.
2. 多表代换——希尔(Hill)密码
• 1929年由数学家Lester Hill发明 • 是多表代换密码 • 利用模运算意义下的矩阵乘法、求逆矩阵、
线性无关、线性空间与线性变换等概念和 运算
Hill密码的加/解密过程
— 需要额外的付出来隐藏相对较少的信息
小结
• 密码学发展的第一阶段：古典密码 • 古典密码的固有问题
— 统计分析方法能够有效破译古典密码技术
如何挫败基于统计方法的密码分析？
• 密码学发展的第二阶段：
—Shannon《 Communication Theory of Secrecy Systems 》 —密码体制的数学模型
敌手Eve获得了部分密文信息。通过统计分析的方式破译明文
Solution 敌手发现: I =14, V =13, S =12…...，当敌手掌握的密文信息 做够多，可以破译明文。
单表代换缺陷： 密文带有原始字母使用频率的一些统计学 特征
抵抗词频分析的思路？？？ 为每个字母提供多种代换
2. 多表代换
•
选择密文攻击，chosen ciphertext
— 加密算法，要解密的密文
— 分析者有目的选择一些密文，以及对应的明文（与 待解的密文使用同一密钥解密）
•
选择文本攻击，chosen text
— 加密算法，要解密的密文 — 分析者任意选择的明文以及对应的密文（与待解的 密文使用同一密钥加密） — 分析者有目的选择一些密文，以及对应的明文（与 待解的密文使用同一密钥解密）
26 characters (permutation)
26! = 4
1026
2 1026 µs= 6.4 1012 years
6.4 106 years
两个概念
•
•
绝对安全，unconditional security
计算安全，computational security
对称密码体制概述
已知明文攻击，known plaintext
— 加密算法，要解密的密文 — 用（与待解的密文）同一个密钥加密的一个或多个 明密文对
•
选择明文攻击，chosen plaintext
— 加密算法，待解密的密文 — 分析者任意选择的明文以及对应的密文（与待解的 密文使用同一密钥加密）
基于密码分析的攻击
Cryptanalytic Attacks
1. 单表代换 2. 多表代换
1. 单表代换——加法密码
Example
Note
在单表代换中，明文中的一个符号与密文中 的一个符号之间是一一对应的关系.
1. 单表代换——加法密码
Note
加法密码的明文、密文、密钥是Z26中的整数
1. 单表代换——加法密码 加法密码，密钥key = 15，加密消息“hello”.
H D L
≡
527 651 375
≡
7 3 11
mod 26
解码 C＝
，即C＝“HDL”
Hill密码的例子
解密：
17 17 5 密钥矩阵K＝ 21 18 21 2 2 9 H C＝“HDL” C＝ D L
密码是通信双方按约定的法则， 进行信息特殊变换的一种重要保密手段
密码学
• 密码学是研究编制密码和破译密码的学科
— 密码编码学
— 密码分析学
密码编码学
Cryptography
•
—
研究内容
主要研究对信息进行编码，实现对信息的隐蔽。
•
—