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1、对称密码学及其应用对称密码学及其应用1第二章第二章 古典密码学古典密码学n单码加密法单码加密法 n多码加密法多码加密法 n经典多图加密法经典多图加密法 n经典换位加密法经典换位加密法 n古典密码分析古典密码分析 对称密码学及其应用对称密码学及其应用22.1 单码加密法单码加密法 n单码加密法是一种替换加密法，其中每个单码加密法是一种替换加密法，其中每个明文只能被唯一的一个密文字母所替换。明文只能被唯一的一个密文字母所替换。n移位密码移位密码n令令P=C=K=Z26。对。对0k 25，任意，任意x,yZ26，定义，定义 以及以及n如果如果k=3，则此密码体制通常叫做，则此密码体制通常叫做凯撒移位
2、密码凯撒移位密码 对称密码学及其应用对称密码学及其应用32.1 单码加密法单码加密法 n仿射密码（仿射密码（Affine Cipher）n以拉丁字母以拉丁字母26个字母为例，将字母转化为数字代码个字母为例，将字母转化为数字代码a=0、b=1、z=25，其加密函数为，其加密函数为 其中其中 、为整数且为整数且 必须与必须与26互质。互质。对称密码学及其应用对称密码学及其应用42.2 多码加密法多码加密法 nVigenere密码密码 n设密钥设密钥 ，明文，明文n加密函数加密函数 其中其中n对密文对密文 ，密钥，密钥 ，解密变换为：解密变换为：其中：其中：对称密码学及其应用对称密码学及其应用52.
3、2 多码加密法多码加密法nNihilist加密法加密法nNihilist加密法的第一步是选加密法的第一步是选取一个关键词以构成取一个关键词以构成Polybius方格方格n第二步是选取另一个关键词，第二步是选取另一个关键词，利用以上的利用以上的Polybius方格将方格将其转换成数字。其转换成数字。n要生成密文，只要将相应的要生成密文，只要将相应的关键词关键词明文数字对相加即明文数字对相加即可。可。n要解密，用密文数字减去相要解密，用密文数字减去相应的关键词数字，然后在应的关键词数字，然后在Polybius方格中查找结果。方格中查找结果。行1行2行3行4行5列1examp列2lbcdf列3ghi
4、kn列4oqrst列5uvwyz对称密码学及其应用对称密码学及其应用62.3 经典多图加密法经典多图加密法 n多图加密法则是作用于字符组。明文的多图加密法则是作用于字符组。明文的n个字符组合被密文的个字符组合被密文的n个个字符组替代。字符组替代。n多图加密法的例子如多图加密法的例子如Playfair密码密码 n 密钥是：密钥是：PLAYFAIR IS A DIGRAM CIPHER，则构造的字母矩，则构造的字母矩阵阵 n如果明文是：如果明文是：P=playfair ciphern先将明文分成两个一组：先将明文分成两个一组：pl ay fa ir ci ph ern则基于上表则基于上表 的对应密
5、文为：的对应密文为：LA YF YL RS MR AM CDPLAYFI/JRSDGMCHEBKNOQTUVWXZ对称密码学及其应用对称密码学及其应用72.4 经典换位加密法经典换位加密法 n列置换密码列置换密码 n置换密码是把明文中各字符的位置次序重新排列来置换密码是把明文中各字符的位置次序重新排列来得到密文的一种密码体制。得到密文的一种密码体制。n实现的方法多种多样实现的方法多种多样；n列置换密码的加加密方法如下：把明文字符以固定的宽度列置换密码的加加密方法如下：把明文字符以固定的宽度m（分组长度）水平的（按行）写在一张纸上，按（分组长度）水平的（按行）写在一张纸上，按1，2，m的一个置换
6、的一个置换 交换列的位置次序，再按垂直方向交换列的位置次序，再按垂直方向（按列）读出即得密文。（按列）读出即得密文。n解密就是将密文按相同的宽度解密就是将密文按相同的宽度m垂直写在纸上，按置换垂直写在纸上，按置换 的逆置换交换列的位置次序，然后水平地读出得到的明文。的逆置换交换列的位置次序，然后水平地读出得到的明文。n置换置换 就是密钥。就是密钥。对称密码学及其应用对称密码学及其应用82.4 经典换位加密法经典换位加密法n周期置换密码周期置换密码：n周期置换密码是将明文字符按一定长度周期置换密码是将明文字符按一定长度m分分组，把每组中的字符按组，把每组中的字符按1，2，m的一的一个置换个置换
7、重排位置次序来得到密文的一种加重排位置次序来得到密文的一种加密方法。密方法。n其中的密钥就是置换其中的密钥就是置换 ，在的描述中包含了，在的描述中包含了分组长度的信息。分组长度的信息。n解密时，对密文字符按长度解密时，对密文字符按长度m分组，并按分组，并按 的逆置换的逆置换 把每组字符重排位置次序来得到把每组字符重排位置次序来得到明文。明文。对称密码学及其应用对称密码学及其应用9 2.5 古典密码分析古典密码分析 n穷举法穷举法n就是对可能的密钥或明文的穷举就是对可能的密钥或明文的穷举n穷举密钥时，用可能密钥解密密文，直到找到有意穷举密钥时，用可能密钥解密密文，直到找到有意义的明文，确定出正确
8、的密钥和明文。义的明文，确定出正确的密钥和明文。n穷举明文，就是将可能的明文加密，将所得密文与穷举明文，就是将可能的明文加密，将所得密文与截取的密文对比，从而确定正确的明文。截取的密文对比，从而确定正确的明文。n阻止穷举的方法有：增加密钥的长度，在明文，密阻止穷举的方法有：增加密钥的长度，在明文，密文中增加随即冗余信息等。文中增加随即冗余信息等。对称密码学及其应用对称密码学及其应用102.5 古典密码分析古典密码分析n统计法统计法n所谓统计法，就是根据明文，密文，密钥的统计规所谓统计法，就是根据明文，密文，密钥的统计规律分析密文的统计规律达到破译密码体制的方法。律分析密文的统计规律达到破译密码
9、体制的方法。n例如，在换位密码，置换密码体制中，可根据单字例如，在换位密码，置换密码体制中，可根据单字母，双字母，三字母等的频率分布，最后确定密钥。母，双字母，三字母等的频率分布，最后确定密钥。n阻止统计法的方法是：把密文和明文的统计特性扩阻止统计法的方法是：把密文和明文的统计特性扩散到整个密文，使密文不呈现任何统计特性，而呈散到整个密文，使密文不呈现任何统计特性，而呈现出极大的随机性。现出极大的随机性。对称密码学及其应用对称密码学及其应用112.5 古典密码分析古典密码分析字母频率字母频率A0.082N0.067B0.015O0.075C0.028P0.019D0.043Q0.001E0.1
10、27R0.060F0.022S0.063G0.020T0.091H0.061U0.028I0.070V0.010J0.002W0.023K0.008X0.001L0.040Y0.020M0.024Z0.001n右表是右表是26个英文字母出现的频个英文字母出现的频率率 nE的概率大约为的概率大约为0.120。nT、A、O、I、N、S、H、R的概率为的概率为0.06-0.09。nD、L大概率大约为大概率大约为0.04。nC、U、M、W、F、G、Y、P、B的概率为的概率为0.015-0.023。nV、K、J、X、Q、Z的概率的概率小于小于0.01。n考虑两字母组或三字母组组成考虑两字母组或三字母组组成的固定序列也是很有用的的固定序列也是很有用的 n可以利用这些统计数据来破译可以利用这些统计数据来破译仿射密码仿射密码