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1、密码学第一章 密码学概述1.3 古典密码主要内容主要内容1.3 古典密码一一 移位密码移位密码二二 代替密码代替密码1 简单移位简单移位 基本思想是按照一定的规则，简单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。打乱明文排列顺序生成密文。报文倒置法报文倒置法 明文：明文：there was a small attendance at the meeting 密文：密文：gnit eeme htta ecna dnet tall amsa sawe reht 分组倒置法分组倒置法 明文：明文：there wasas malla ttend ancea tthem eetin g 密文
2、：密文：ereht sasaw allam dnett aecna mehtt nitee g 1.3 古典密码一一 移位密码移位密码1.3 古典密码一一 移位密码移位密码以一种图形写下消息，以另一种图形读取消息以一种图形写下消息，以另一种图形读取消息1 简单移位简单移位几何图形密码几何图形密码 基本思想是按密钥指示的规则对明文进行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。双重密钥指示移位。2 有限密钥指示移位有限密钥指示移位1.3 古典密码一一 移位密码移位密码例如，设明文例如，设明文 M=wewil
3、lmeet，加密置换，加密置换T如下：如下：加密时，首先将明文分成长为加密时，首先将明文分成长为6的明文组，的明文组，若不能分成整组，可将最后一组补虚码使成整若不能分成整组，可将最后一组补虚码使成整组，不妨设虚码为组，不妨设虚码为z，按密钥指示的顺序从明文，按密钥指示的顺序从明文中取出字母即得密文。中取出字母即得密文。分组处理后明文为：分组处理后明文为：M=(wewill)(meetzz)加密后所得密文为：加密后所得密文为：C =(eliwlw)(eztmze)1.3 古典密码密文字符位置密文字符位置123456明文字符位置明文字符位置2541631.3 古典密码明文字符位置明文字符位置123
4、456密文字符位置密文字符位置416325由加密置换由加密置换T求得脱密置换求得脱密置换 T-1如下：如下：密文为：密文为：C =(eliwlw)(eztmze)按按T-1指示的规则对密文进行位置移动得：指示的规则对密文进行位置移动得：M=(wewill)(meetzz)去掉虚码即得明文去掉虚码即得明文1.3 古典密码例如：明文例如：明文M=abcdefghijklmnopqrstuvwxyzab密钥表为：密钥表为：打乱了明文打乱了明文字符之间的字符之间的跟随关系跟随关系明文字符明文字符的位置发的位置发生了变化生了变化优点优点1.3 古典密码一一 移位密码移位密码密文字符出密文字符出现次数也是
5、现次数也是该字符在明该字符在明文中的出现文中的出现次数次数明文字符明文字符的形态没的形态没有变化有变化缺点缺点1.3 古典密码一一 移位密码移位密码1 单表代替单表代替1.3 古典密码二二 代替密码代替密码只有一个代替表的代替密码称为单表代替。如：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 十进制数字单表代替密码的编制方法为：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
6、行数据。据，脱密时以明行数据取代相应的密行数据。例如：明文为例如：明文为M=1234 7890 5612 0098密文为密文为C=3456 9821 7034 1128 1.3 古典密码密钥变化量为：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。英文一般代替表的表，即为英文一般代替表。英文一般代替表的变化量为变化量为26！。！。1 单表代替单表代替1.3 古典密码二二 代替密码代替密码（2）凯撒密码）凯撒密码 最初的凯撒密码是指明文字母由该字母后最初的凯撒密码是指明文字母由该字母后第三字母代替第三字母代替密文：密文：rpql
7、d jdoold hvw glylvd lq sduwhv wuhv例如：例如：1 单表代替单表代替1.3 古典密码二二 代替密码代替密码（2）凯撒密码）凯撒密码将明文空间和密文空间都选为将明文空间和密文空间都选为 加密变换加密变换：脱密变换脱密变换：其中其中 ，这里英文字母，这里英文字母AZ对应对应025的整数。的整数。1 单表代替单表代替1.3 古典密码二二 代替密码代替密码（2）凯撒密码）凯撒密码后来统称所有自然序密表为凯撒密表后来统称所有自然序密表为凯撒密表 加密变换加密变换：脱密变换脱密变换：其中其中 ，这里英文字母，这里英文字母AZ对应对应025的整数的整数，密钥密钥k一旦取定，就
8、确定一个代替一旦取定，就确定一个代替表。密钥变化量为表。密钥变化量为26。福尔摩斯密码福尔摩斯密码E E？EEEENEVERNEVERN-V-RN-V-R1.3 古典密码AT ELRIGESAT ELRIGESAM HERE ABE SLANEYAM HERE ABE SLANEYNEVERNEVERELSIE PREPARE TOELSIE PREPARE TOMEET THY GODMEET THY GODCOME ELSIECOME ELSIE福尔摩斯密码福尔摩斯密码1.3 古典密码1 单表代替单表代替1.3 古典密码二二 代替密码代替密码单表代替的优缺点单表代替的优缺点优点：改变了明文
9、原形，明文得到了掩蔽。优点：改变了明文原形，明文得到了掩蔽。因此，明文字符的统计规律完全暴露在密文字符的因此，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。统计规律之中，形态变但位置不变。缺点：缺点：(1)明文字符相同，则密文字符相同；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；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。明文字符之间的跟随特性反映在密文中。加密时约定每组的第一、二单码用第一密行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。加密，第三、四单码用第二密行加密。明
10、文为：明文为：0101 3377 8888 4524 3333 密文为：密文为：1334 2299 0000 5657 2266 密钥变化量当密行可重时为：密钥变化量当密行可重时为：10!10!，密行不可重时为：密行不可重时为：10!(10!1)。1.3 古典密码（2）维吉尼亚密码）维吉尼亚密码加密变换加密变换Ek：脱密变换脱密变换Dk：维吉尼亚密码使用长度为维吉尼亚密码使用长度为l的密钥的密钥k=k1kl，加密时先以加密时先以l长为单位对明文进行分组，对每一长为单位对明文进行分组，对每一组明文组明文m=m1ml，用同一密钥，用同一密钥k=k1kl加密得密加密得密文文 c=c1cl。维维吉吉尼
11、尼亚亚密密码码相相当当于于l 行行代代替替，每每一一密密行行是是一一个个自自然然序序代代替替表表。用用第第一一密密行行加加密密第第一一明明文文，第第二二密密行行加加密密第第二二明明文文，依依此此类类推推。当当明明文文长长度超过度超过 l 时，则重用密钥。时，则重用密钥。1.3 古典密码（3）博福特密码）博福特密码加密变换加密变换 Ek：脱密变换脱密变换 Dk：博福特密码与维吉尼亚密码类似，使用长度博福特密码与维吉尼亚密码类似，使用长度为为l的密钥的密钥k=k1kl，加密时先以，加密时先以l长为单位对明文长为单位对明文进行分组，对每一组明文进行分组，对每一组明文m=m1ml，用同一密，用同一密钥钥k=k1kl加密得密文加密得密文 c=c1cl。博博福福特特密密码码相相当当于于l 行行代代替替，用用第第一一密密行行加加密密第第一一明明文文，第第二二密密行行加加密密第第二二明明文文，依依此此类类推。当明文长度超过推。当明文长度超过 l 时，则重用密钥。时，则重用密钥。1.3 古典密码