1-1密码学-概述与古典密码优质资料
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11
替换
• 单表置换密码的分析
– 利用频数分析进行攻击 – 字母频率：e-0.13,t-0.1,…z-0.0008 – 字母组合频率：th，he，in，er，the……
12
古典密码
• 多ห้องสมุดไป่ตู้替换密码：维吉利亚密码
– 使用多个密码表，根据密钥字母不同，每个明 文字母使用不同的密码表进行加密
– 简单字母频率分析方法失效
– 密码术的两种基本方法：易位和替换
8
易位
• The art of war teaches us to rely not on the likelihood of the enemy's not coming, but on our own readiness to receive him ->Twelhhe … … … riem
– 解密：把密文转换为明文的过程 – 密码算法：用于加解密的数学函数 – 密码分析：对密码进行破解的过程
5
古典密码
• 密码学的公式表示
– 加密：E(M,K1)=C – 解密：D(C,K2)=M
＝> D(E(M,K1),K2)=M
• 密码学基本原则
– 密码算法的安全性应基于密钥的安全性，而不 是基于算法的细节的安全性
28
德国人的密码本
• 消息密钥
– 为防止日密钥加密过多信息，日密钥仅被用作 加密信息密钥，再使用信息密钥加密信息
– 信息密钥形式：QCWQCW
29
德国人的密码本
• 消息密钥
– 为防止日密钥加密过多信息，日密钥仅被用作 加密信息密钥，再使用信息密钥加密信息
– 信息密钥形式：QCWQCW
重复键入信息密钥 导致致命弱点！
• 转子位置：17576 • 转子排列：6 • 连接板：100391791500
• 17576*6*1003 9179 1500 ＝1*1016 ＝1 0000 0000 0000 0000
22
与Enigma类似的发明
• 荷兰，亚历山大·科赫 • 瑞典，阿维德·达姆 • 美国，爱德华·赫本
这些发明均以失败告终
9
替换
• 恺撒密码
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC
明文：veni, vidi, vici 密文：YHQL, YLGL, YLFL
10
替换
• 单表置换密码 Meet at midnight ->cuuz vz cgxsgibz
6
古典密码
• 密码学主要功能
– 保证机密性，防范被动攻击 – 保证完整性，防范主动攻击 – 保证信息来源的真实性，提供非否认服务
• 被动攻击：对机密性的破坏 • 主动攻击：对完整性和可用性的破坏
7
古典密码
• 最早的信息保护方法－隐写术
– 隐写术的弱点
• 密码术
– 与隐写术相比，密码术不是隐藏信息本身，而 是隐藏信息的含义
• 1941年3月14日，第一台自动密钥破译机 “炸弹”投入使用
14
古典密码
• 加密机械化的出现－Enigma
– 产生背景
• 大量密码体系被攻破 • 无线电的普遍使用，增加了对密
码技术的需求
15
亚瑟·谢尔比乌斯
ENIGMA
16
Enigma转子结构
17
18
已经安全了吗？
19
连接板
20
反射器
反射器的副作用：一个字母永远也不会被加密 成它自己！
21
初始方向个数
• 1931年，进入皇家剑桥学 院
• 1937年，发表关于可计算 性问题的著名论文，提出 图灵机概念
• 1939年，进入布莱切利庄 园
38
破译密钥的新方法
• 利用明密文对照的方法进行破译 • 德国人严谨的优点变成致命弱点 • 图灵的回路（Wetter）
39
破译密钥的新方法
• 图灵将三台Enigma串联，使得只需 17576×60次就可以发现密钥
• 法国人认为这些资料仍不足以破译Enigma， 又将信息提供给了波兰人
• 在面对被德国侵略的恐惧下，波兰人开始 了Enigma破译的艰苦工作
26
马里安·雷杰夫斯基
27
德国人的密码本
• 日密钥
– 日密钥的形式（例）：
• 插接板设置：AL, PR, TD, BW, KF, QY • 转子排列：2，3，1 • 转子定位：Q,C,W
23
最安全的通讯
• 1925年开始，谢尔比乌斯开始大量给德国 军方生产Enigma
• 军用Enigma的转子线路是保密的 • Enigma的使用保障了德军的通信保密性 • 1926年开始，英国人、美国人、法国人都
再无法破译德国的通讯
24
汉斯·提罗·施密特
25
汉斯·提罗·施密特
• 1931年11月8日，在比利时的一家 酒 店 里 ， 施 密 特 将 Enigma 的 使 用 说明卖给了法国人
※ 1933年～1939年，波兰破译了德国近10万条消息
34
新障碍
• 1939年，德国的Enigma转子增加到了5个， 破译工作无法继续进行
• 1939年7月24日，波兰人将破译方法提供给 英法
• 1939年9月1日，希特勒入侵波兰，9月29 日，华沙沦陷
35
布莱切利庄园
36
阿兰·图灵
37
阿兰·图灵
• 维吉利亚密码的分析
– 弱点：当相同字母间隔密钥长度倍数时，被加 密成相同字母
– 攻击：利用此弱点，寻找密钥长度
13
古典密码
• 维吉利亚密码的分析
– 随机重合指数：0.0385 – 英文重合指数：0.0687 (1.784倍）
Aconstruct ivetheoryo frandomnes sforfuncti ons……
30
可以获得的密文信息
• 同一天得到的信息密钥密文
31
利用信息密钥建立字母关系表
※不同的情况下，字母关系表的模式会有什 么样的不同特征呢？
32
字母链特征
A
F
W
F
W
A
※除了1、4字母链，还有2、5及3、6字母链
33
密码的指纹
• 字母链特征只与转子设置有关，而与插接 板设置无关
• 雷杰夫斯基用1年时间，分析了104456种可 能的转子设置下的字母链特征
密码学及应用
1
古典密码
2
古典密码
• 什么是密码学
数论
代数
概率统计 自动机理论
密码学
计算复杂性理论
编码理论 信息论
3
古典密码
• 什么是密码学
– 研究秘密通信为目的 – 包括：密码编码学、密码分析学
密钥
安全信道
密钥
明文
密文
加密
解密
破译
4
古典密码
• 密码学术语
– 明文：需要加密的消息 – 加密：隐藏内容的过程 – 密文：被加密后的消息
替换
• 单表置换密码的分析
– 利用频数分析进行攻击 – 字母频率：e-0.13,t-0.1,…z-0.0008 – 字母组合频率：th，he，in，er，the……
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古典密码
• 多ห้องสมุดไป่ตู้替换密码：维吉利亚密码
– 使用多个密码表，根据密钥字母不同，每个明 文字母使用不同的密码表进行加密
– 简单字母频率分析方法失效
– 密码术的两种基本方法：易位和替换
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易位
• The art of war teaches us to rely not on the likelihood of the enemy's not coming, but on our own readiness to receive him ->Twelhhe … … … riem
– 解密：把密文转换为明文的过程 – 密码算法：用于加解密的数学函数 – 密码分析：对密码进行破解的过程
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古典密码
• 密码学的公式表示
– 加密：E(M,K1)=C – 解密：D(C,K2)=M
＝> D(E(M,K1),K2)=M
• 密码学基本原则
– 密码算法的安全性应基于密钥的安全性，而不 是基于算法的细节的安全性
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德国人的密码本
• 消息密钥
– 为防止日密钥加密过多信息，日密钥仅被用作 加密信息密钥，再使用信息密钥加密信息
– 信息密钥形式：QCWQCW
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德国人的密码本
• 消息密钥
– 为防止日密钥加密过多信息，日密钥仅被用作 加密信息密钥，再使用信息密钥加密信息
– 信息密钥形式：QCWQCW
重复键入信息密钥 导致致命弱点！
• 转子位置：17576 • 转子排列：6 • 连接板：100391791500
• 17576*6*1003 9179 1500 ＝1*1016 ＝1 0000 0000 0000 0000
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与Enigma类似的发明
• 荷兰，亚历山大·科赫 • 瑞典，阿维德·达姆 • 美国，爱德华·赫本
这些发明均以失败告终
9
替换
• 恺撒密码
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC
明文：veni, vidi, vici 密文：YHQL, YLGL, YLFL
10
替换
• 单表置换密码 Meet at midnight ->cuuz vz cgxsgibz
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古典密码
• 密码学主要功能
– 保证机密性，防范被动攻击 – 保证完整性，防范主动攻击 – 保证信息来源的真实性，提供非否认服务
• 被动攻击：对机密性的破坏 • 主动攻击：对完整性和可用性的破坏
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古典密码
• 最早的信息保护方法－隐写术
– 隐写术的弱点
• 密码术
– 与隐写术相比，密码术不是隐藏信息本身，而 是隐藏信息的含义
• 1941年3月14日，第一台自动密钥破译机 “炸弹”投入使用
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古典密码
• 加密机械化的出现－Enigma
– 产生背景
• 大量密码体系被攻破 • 无线电的普遍使用，增加了对密
码技术的需求
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亚瑟·谢尔比乌斯
ENIGMA
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Enigma转子结构
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18
已经安全了吗？
19
连接板
20
反射器
反射器的副作用：一个字母永远也不会被加密 成它自己！
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初始方向个数
• 1931年，进入皇家剑桥学 院
• 1937年，发表关于可计算 性问题的著名论文，提出 图灵机概念
• 1939年，进入布莱切利庄 园
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破译密钥的新方法
• 利用明密文对照的方法进行破译 • 德国人严谨的优点变成致命弱点 • 图灵的回路（Wetter）
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破译密钥的新方法
• 图灵将三台Enigma串联，使得只需 17576×60次就可以发现密钥
• 法国人认为这些资料仍不足以破译Enigma， 又将信息提供给了波兰人
• 在面对被德国侵略的恐惧下，波兰人开始 了Enigma破译的艰苦工作
26
马里安·雷杰夫斯基
27
德国人的密码本
• 日密钥
– 日密钥的形式（例）：
• 插接板设置：AL, PR, TD, BW, KF, QY • 转子排列：2，3，1 • 转子定位：Q,C,W
23
最安全的通讯
• 1925年开始，谢尔比乌斯开始大量给德国 军方生产Enigma
• 军用Enigma的转子线路是保密的 • Enigma的使用保障了德军的通信保密性 • 1926年开始，英国人、美国人、法国人都
再无法破译德国的通讯
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汉斯·提罗·施密特
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汉斯·提罗·施密特
• 1931年11月8日，在比利时的一家 酒 店 里 ， 施 密 特 将 Enigma 的 使 用 说明卖给了法国人
※ 1933年～1939年，波兰破译了德国近10万条消息
34
新障碍
• 1939年，德国的Enigma转子增加到了5个， 破译工作无法继续进行
• 1939年7月24日，波兰人将破译方法提供给 英法
• 1939年9月1日，希特勒入侵波兰，9月29 日，华沙沦陷
35
布莱切利庄园
36
阿兰·图灵
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阿兰·图灵
• 维吉利亚密码的分析
– 弱点：当相同字母间隔密钥长度倍数时，被加 密成相同字母
– 攻击：利用此弱点，寻找密钥长度
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古典密码
• 维吉利亚密码的分析
– 随机重合指数：0.0385 – 英文重合指数：0.0687 (1.784倍）
Aconstruct ivetheoryo frandomnes sforfuncti ons……
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可以获得的密文信息
• 同一天得到的信息密钥密文
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利用信息密钥建立字母关系表
※不同的情况下，字母关系表的模式会有什 么样的不同特征呢？
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字母链特征
A
F
W
F
W
A
※除了1、4字母链，还有2、5及3、6字母链
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密码的指纹
• 字母链特征只与转子设置有关，而与插接 板设置无关
• 雷杰夫斯基用1年时间，分析了104456种可 能的转子设置下的字母链特征
密码学及应用
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古典密码
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古典密码
• 什么是密码学
数论
代数
概率统计 自动机理论
密码学
计算复杂性理论
编码理论 信息论
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古典密码
• 什么是密码学
– 研究秘密通信为目的 – 包括：密码编码学、密码分析学
密钥
安全信道
密钥
明文
密文
加密
解密
破译
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古典密码
• 密码学术语
– 明文：需要加密的消息 – 加密：隐藏内容的过程 – 密文：被加密后的消息