计算机网络安全与应用技术第二章-des

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1、第二章密码技术-DES计算机网络安全与应用技术卫文学信息科学与工程学院2003.3山东科技大学网络安全研究的内容很多，它涉及安全体系结构、安全协议、密码理论、信息分析、安全监控、应急处理等。其中密码处理是网络安全的关键技术。2.1概述：密码学入门人类使用密码的历史，从今天已知的，最早可以一直追溯到古巴比伦人的泥板文字。古埃及人，古罗马人，古阿拉伯人……几乎世界历史上所有文明都使用过密码。军事和外交一直是密码应用的最重要的领域，国王、将军、外交官以及阴谋分子等，为了在通讯过程中保护自己信息不被外人所知，使用过形形色色的密码；而为了刺探于己不利的

2、秘密，他们又绞尽脑汁地试图破译对手的密码。加密与解密一直是密码学这枚硬币互相对抗又互相促进的两面。在所有用于军事和外交的密码里，最著名的恐怕应属第二次世界大战中德国方面使用的ENIGMA（读作“恩尼格玛”，意为“谜”）。直到第一次世界大战结束为止，所有密码都是使用手工来编码的。直接了当地说，就是铅笔加纸的方式。在我国，邮电局电报编码和译码直到很晚（大概是上个世纪八十年代初）还在使用这种手工方法。手工编码的方式给使用密码的一方带来很多的不便。首先，这使得发送信息的效率极其低下。明文（就是没有经过加密的原始文本）必须由加密员人工一个一个字母地转换

3、为密文。考虑到不能多次重复同一种明文到密文的转换方式（这很容易使敌人猜出这种转换方式），和民用的电报编码解码不同，加密人员并不能把转换方式牢记于心。转换通常是采用查表的方法，所查表又每日不同，所以解码速度极慢。而接收密码一方又要用同样的方式将密文转为明文。其次，这种效率的低下的手工操作也使得许多复杂的保密性能更好的加密方法不能被实际应用，而简单的加密方法根本不能抵挡解密学的威力。1918年，德国发明家亚瑟·谢尔比乌斯(ArthurScherbius)和他的朋友理查德·里特(RichardRitter)创办了谢尔比乌斯和里特公司。这是一家专营把

4、新技术转化为应用方面的企业，很象现在的高新技术公司，利润不小，可是风险也很大。谢尔比乌斯负责研究和开发方面，紧追当时的新潮流。他曾在汉诺威和慕尼黑研究过电气应用，他的一个想法就是要用二十世纪的电气技术来取代那种过时的铅笔加纸的加密方法。谢尔比乌斯发明的加密电子机械名叫ENIGMA，在以后的年代里，它将被证明是有史以来最为可靠的加密系统之一，而对这种可靠性的盲目乐观，又使它的使用者遭到了灭顶之灾。ENIGMA看起来是一个装满了复杂而精致的元件的盒子。不过要是我们把它打开来，就可以看到它可以被分解成相当简单的几部分。下面的图是它的最基本部分的示意

5、图，我们可以看见它的三个部分：键盘、转子和显示器。键盘、转子和显示器由电线相连，转子本身也集成了6条线路（在实物中是26条），把键盘的信号对应到显示器不同的小灯上去。在示意图中我们可以看到，如果按下a键，那么灯B就会亮，这意味着a被加密成了B。同样地我们看到，b被加密成了A，c被加密成了D，d被加密成了F，e被加密成了E，f被加密成了C。于是如果我们在键盘上依次键入cafe（咖啡），显示器上就会依次显示DBCE。这是最简单的加密方法之一，把每一个字母都按一一对应的方法替换为另一个字母，这样的加密方式叫做“简单替换密码”。简单替换密码在历史上很

6、早就出现了。著名的“凯撒法”就是一种简单替换法，它把每个字母和它在字母表中后若干个位置中的那个字母相对应。比如说我们取后三个位置，那么字母的一一对应就如下表所示：明码字母表：abcdefghijklmnopqrstuvwxyz密码字母表：defghijklmnopqrstuvwxyzabc于是我们就可以从明文得到密文：（veni,vidi,vici，“我来，我见，我征服”是儒勒·凯撒征服本都王法那西斯后向罗马元老院宣告的名言）明文：veni,vidi,vici密文：YHAL,YLGL,YLFL很明显，这种简单的方法只有26种可能性，不足以实际

7、应用。一般上是规定一个比较随意的一一对应，比如明码字母表：abcdefghijklmnopqrstuvwxyz密码字母表：JQKLZNDOWECPAHRBSMYITUGVXF所以如果转子的作用仅仅是把一个字母换成另一个字母，那就没有太大的意思了。但是大家可能已经猜出来了，所谓的“转子”，它会转动！这就是谢尔比乌斯关于ENIGMA的最重要的设计——当键盘上一个键被按下时，相应的密文在显示器上显示，然后转子的方向就自动地转动一个字母的位置（在示意图中就是转动1/6圈，而在实际中转动1/26圈）。下面的示意图表示了连续键入3个b的情况：这里我们看到

8、了ENIGMA加密的关键：这不是一种简单替换密码。同一个字母b在明文的不同位置时，可以被不同的字母替换，而密文中不同位置的同一个字母，可以代表明文中的不同字母，频率