《网络信息安全》第34讲

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1、第2章密码技术2.1密码学基本概念2.2古典密码2.3对称密码2.1密码学基本概念1、密码学密码学是研究如何实现数据加密的学科，密码学包括两方面内容，即密码编码学和密码分析学。将数据保密的技术和科学叫做密码编码学，与此对应的是破译密文的技术和科学叫做密码分析学。利用加密技术的通信过程如图2-1所示。图2-1加密和解密2.1密码学基本概念2、加密算法与解密算法在利用加密技术的通信过程中，消息m被称为明文(plaintext)。对需要保密的消息进行编码的过程称为加密，编码的规则称为加密算法，被加密的消息称为密文(ciphertext)，而把密文转变为明文的过程称为解密，解密的规则称为

2、解密算法。图2-1加密和解密2.1密码学基本概念2、密码算法密码算法是用于加密和解密的数学函数，如果密码算法的保密性是基于算法的保密，这种算法称为受限制的算法，按照现在的安全标准，它们的保密性已远远不够，现代密码学采用密钥来解决这个问题，密钥用K来表示(如图2-2所示)。加密算法和解密算法通常在一对密钥(K)的控制下进行，分别称为加密密钥和解密密钥。图2-2有密钥的加密和解密2.1密码学基本概念3、密码系统一个现代密码系统(体制)包括所有可能的明文、密文、密钥、加密算法和解密算法，所有这些算法的安全性都基于密钥的安全性，而不是基于算法的细节的安全性。这就意味着算法可以公开，即使窃

3、听者知道你的算法也没有关系，如果他不知道你使用的具体密钥，就不可能阅读到你的消息。2.1密码学基本概念3、密码系统密码系统根据密钥可以分为两类，即为对称密钥系统和公钥系统。对称密钥系统就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，反过来也成立。在大多数对称算法中，加/解密密钥是相同的。公钥系统又称公开密钥系统或非对称密钥系统，有两个密钥，一个是公开的，用K1表示，谁都可以使用，也叫加密密钥；另一个是私人密钥，用K2来表示，只能由采用此系统的人自己掌握，也叫解密密钥。从公开的密钥推不出私人密钥。2.2古典密码1．代替密码(1)单表代替密码又可以称为单字母密码：就是明文的一个字符用相应的一个

4、密文字符代替。著名的恺撒密码就是一种简单的代替密码。其加密原理就是每一个明文字符都由其右边第3个字符代替，那么3就是这个算法的密钥，即A由D代替，B由E代替，…，W由Z代替，X由A代替，Y由B代替，Z由C代替。若明文为student，则对应的密文为VWXGHQW(此时密钥为3)。恺撒密码仅有26个可能的密钥，非常的不安全。2.2古典密码1．代替密码(1)单表代替密码又可以称为单字母密码：由于英文字母中各字母出现的频率有明显的固有特征，而单表代替密码没有把明文中的不同字母的出现频率掩盖起来，因此根据字母频率表可以很容易对替换密码进行破译。代替密码是对所有的明文字母都用一个固定的代替

5、密码进行加密，故也叫单表代替密码。为了防止字母频率分析攻击，随后产生了多表代替密码和多字母代替密码。2.2古典密码1．代替密码(2)多表代替密码：由LeonBattista在1568年发明，在美国南北战争中由联军使用。比较著名的多表代替密码是1858年法国密码学家维吉尼亚设计的以移位替代为基础的一种周期替代密码，称为维吉尼亚密码（Vigenère）。维吉尼亚密码有多个单字母密钥，每一个密钥被用来加密一个明文字母。第一个密钥加密明文的第一个字母，第二个密钥加密明文的第二个字母，等等。在所有密钥用完后，密钥又再循环使用，其中密钥的长度就是密码的周期，在古典密码学中，密码周期越长越难破

6、译。2.2古典密码1．代替密码(2)多表代替密码：例如，明文为system，密钥为dog，加密过程如下：其中，密钥字母a、b、c、d、...、x、y、z对应的数字为：0、1、2、3、...、24、25。密钥字母d对应数字3，所以明文字母s在d作用下右移3位，得到密文字母v，明文字母y在o作用下右移14位可以得到密文字母m，依次类推。解密时，密文字母在密钥字母的作用下向前移位即可得到对应的明文字符。明文：system密钥：dogdog密文：vmgwrs多表代替密码结果将使得对单表代替用的字母简单频率分析方法失效，但使用计算机可以轻易破译具有很长周期的代替密码。2.2古典密码1．代替

7、密码(3)多字母代替密码：在前面介绍的两种算法中，明文中的每一个字符都是以单个字母作为代替的对象，如果用多于一个字母代替明文字符就是多字母代替密码，它的优点是容易将字母的频率隐藏，从而抗击字母统计分析。这种密码首先是由Playfair在1854年发明的，另外一个使用相对较多的多字母代替密码例子是Hill密码，但这类密码由于加密过于复杂而且不是非常安全，因此未能广泛应用。2.2古典密码2．换位密码在换位密码中，明文的字母数保持相同，但相互之间的顺序被打乱了。在简单的纵行换位密码中，