分组密码02new

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1、密码学导论˙第2章经典密码学李卫海本章目录第一节代换技术•移位密码、仿射密码、单表代换、多表代换、一次一密密码•穷举攻击、字频统计攻击、Kasiski分析、重合指数、重合互指数第二节置换技术•常见置换技术、置换的理论第三节乘积密码•转轮机•Enigma第四节信息隐藏技术密码学导论--中国科学技术大学21.代换技术2.置换技术3.乘积密码4.信息隐藏技术经典对称密码体制密码分析员明文P密文C明文P信源加密器E解密器D公开信道密钥K秘密信道密钥源对称加密系统由五部分组成：Plaintext(Message)：明文Encr

2、yptionalgorithm：加密算法SecretKey：密钥Ciphertext：密文Decryptionalgorithm：解密算法密码学导论--中国科学技术大学31.代换技术2.置换技术3.乘积密码4.信息隐藏技术经典加密技术代换（Substitution）明文内容的表示形式改变，内容元素之间相对位置不变明文字母用密文中对应字母代替置换（TranspositionorPermutation）明文内容元素的相对位置改变，内容的表示形式不变乘积密码（ProductCiphers）多个加密技术的叠加

3、几个习惯约定：为便于区分，约定小写字母表示明文，大写字母表示密文加密时通常舍弃标点、空格（普通文本中17%-18%是空格，频率太高，会泄露信息）密码学导论--中国科学技术大学4第一节代换技术密码学导论--中国科学技术大学51.代换技术2.置换技术3.乘积密码4.信息隐藏技术一、移位密码(ShiftCipher)凯撒密码Caesar密码JuliusCaesar，最早的代换密码算法：将每个字母用字母表中它之后的第k个字母替代C=E(p)=(p+k)mod26，p=D(C)=(C-k)mod26一些文献中认为Cae

4、sar固定使用k=3例：k=3–密钥：•abcdefghijklmnopqrstuvwxyz•DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC–明文：meetmeafterthetogaparty–密文：PHHWPHDIWHUWKHWRJDSDUWB密码学导论--中国科学技术大学61.代换技术2.置换技术3.乘积密码4.信息隐藏技术安全性：26个可能的密钥，只有25个可用•密钥0不可用。否则密文与明文等同。•密码分析基本规则：加密算法不会误将明文直接输出–如果有一个算法能够将一段明文映射为另一段可解释的明文，则该

5、算法具有很强的伪装性和安全性。可以使用穷举攻击，依次尝试便可•最坏情况需要尝试25次•平均需要尝试25/2=12.5次密码学导论--中国科学技术大学71.代换技术2.置换技术3.乘积密码4.信息隐藏技术例：密码学导论--中国科学技术大学81.代换技术2.置换技术3.乘积密码4.信息隐藏技术进一步的安全性分析破译结果需要辨别选择，这要求：明文可以理解•对破译者的语言能力要求较高•编码或压缩会使得明文难以辨别，增加破译工作量采用并行运算可以同时尝试多个甚至全部的可能密钥，但每一个尝试结果都需要后续判断•当前，机器可以

6、准确判断单词拼写，语法检查则较为勉强，语义理解远不能达到要求•需要更好的办法——频率统计分析，稍后介绍密码学导论--中国科学技术大学91.代换技术2.置换技术3.乘积密码4.信息隐藏技术一种思路：在解密过程中，加入强制性的人工参与。虽然它会增加解密人员的工作量，但它对于抵抗并行穷举攻击是非常有效的•验证码：密码学导论--中国科学技术大学101.代换技术2.置换技术3.乘积密码4.信息隐藏技术二、仿射密码(AffineCipher)目的：扩大密钥空间映射关系简单算法：密钥a,b加密：C=E(p)=(ap+b)m

7、od26解密：p=D(C)=((C-b)/a)mod26密码学导论--中国科学技术大学111.代换技术2.置换技术3.乘积密码4.信息隐藏技术密钥的选取：a=1时，蜕化为凯撒密码。这里不考虑。a≠0时，b无限制。•相当于b=0的仿射加密后，再叠加一次凯撒加密。a的取值有限制：gcd(a,26)=1•a=3,5,7,9,11,15,17,19,21,23,25•否则不能保证一一映射–例：a=2,b=1时，p=3->C=7;p=16->C=7–不同的明文对应同一密文，无法解密密钥空间大小为11*26=286讨论：

8、当gcd(a,26)≠1时，是否可用？密码学导论--中国科学技术大学121.代换技术2.置换技术3.乘积密码4.信息隐藏技术三、代换密码(SubstitutionCipher)1、单表代换密码（MonoalphabeticCipher）每个明文字母按照密钥替换为一个新的字母密钥长度26个字母例：：