本科网络安全与保密第2章

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1、第2章对称密码学第2章对称密码学2.1前言2.2数据加密标准(DES)2.3A5算法2.4其它对称密码算法习题第2章对称密码学2.1前言2.1.1密钥加/解密系统模型在1976年，Diffie及Hellman发表其论文“NewDirectionsinCryptography”[9]之前，所谓的密码学就是指对称密钥密码系统。因为加/解密用的是同一把密钥，所以也称为单一密钥密码系统。第2章对称密码学这类算法可谓历史悠久，从最早的凯撒密码到目前使用最多的DES密码算法，以及2000年美国推出的下一代密码算法Rijndael(详情可参考网站http://csrc.nist.gov/en

2、cryption/aes)都属于此类密码系统。第2章对称密码学通常，一个密钥加密系统包括以下几个部分：①消息空间M(Message)②密文空间C(Ciphertext)③密钥空间K(Key)[9]：即本章参考资料[9]，余同。④加密算法E(EncryptionAlgorithm)⑤解密算法D(DecryptionAlgorithm)第2章对称密码学消息空间中的消息M(称之为明文)通过由加密密钥K控制的加密算法加密后得到密文C。密文C通过解密1密钥K控制的解密算法又可恢复出原始明文M。即：2E(M)=CK1D(C)=MK2D(E(M))=MK2K1第2章对称密码学在图2-1所示的

3、加/解密系统模型中，当算法的加密密钥能够从解密密钥中推算出来，或反之，解密密钥可以从加密密钥中推算出来时，称此算法为对称算法，也称秘密密钥算法或单密钥算法；当加密密钥和解密密钥不同并且其中一个密钥不能通过另一个密钥推算出来时，称此算法为公开密钥算法。第2章对称密码学加密密钥K解密密钥K12明文密文原始明文加密解密图2-1密钥加/解密系统模型第2章对称密码学在现代密码学中，所有算法的安全性都要求基于密钥的安全性，而不是基于算法细节的安全性。也就是说，只要密钥不公开，即使算法公开并被分析，不知道密钥的人也无法理解你所加密过的消息。第2章对称密码学2.1.2古典密码在计算机出现之前，

4、密码学由基于字符的密码算法构成。不同的密码算法之间互相替代(Substitution)或相互置换(Transposition)，好的密码算法是结合这两种方法，每次进行多次运算。现在的计算机密码算法要复杂的多，但基本原理没有变化。其重要的变化是算法只对位而不是字母进行变换，也就是字母表长度从26个字母变为2个字母。大多数好的密码算法仍然是以替代和置换作为加密技术的基本构造块的。第2章对称密码学1．替代密码替代密码就是明文中的每一个字符被替换为密文中的另外一个字符。接收者对密文进行逆替换即可恢复出明文。在古典密码学中有三种类型的替代密码：单表替代密码、多表替代密码和多字母替代密码。

5、所谓的单表替代密码，就是明文的每一个字符用相应的密文字符代替。最早的密码系统“凯撒密码”就是一种单表替代密码，也是一种移位替代密码。凯撒密码是对英文的26个字母分别向前移3位，其替代表为第2章对称密码学明文：abcdefghijklmnopqrstuvwxyz密文:DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC第2章对称密码学例如，明文为networksecurity则密文为QHWZRUNVHFXULWB如将26个字母分别对应于整数0～25，可得凯撒密码变换为加密：E(m)=(m+3)mod26解密：D(c)=(c?3)mod26凯撒密码的密钥k=3。更一般化的移位替代密

6、码变换为加密：E(m)=(m+k)mod26解密：D(c)=(c?k)mod26第2章对称密码学显然，这种密码系统是不安全的，它非常容易攻破。首先，简单的单表替代没有掩盖明文不同字母出现的频率；其次，移位替代的密钥空间有限，只有25个密钥，利用暴力攻击法很容易破解。多表替代密码是以一系列的(两个以上)替代表依次对明文消息的字母进行替代的加密方法。而多字母替代密码是每次对多于一个的字母进行替代的加密方法，它的优点在于将字母的自然频度隐蔽或均匀化，从而利于抗统计分析。更多的替代密码算法细节可参考参考资料[1]。第2章对称密码学2．置换密码在置换密码中，明文和密文的字母保持相同，但顺

7、序被打乱了。在简单的纵行置换密码中，明文以固定的宽度水平地写在一张图表纸上，密文按垂直方向读出；解密就是将密文按相同的宽度垂直地写在图表纸上，然后水平地读出明文。例如：第2章对称密码学明文：encryptionisthetransformationofdataintosomeunreadableformencryptionisthetransformationofdataintosomeunreadab1eform密文：eiffobnsodmlctraeerhmtufyeaanopttirr