密码学基础古典密码学

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1、密码学基础--古典密码Page密码学的起源和发展密码学有着悠久而神秘的历史，人们很难对密码学的起始时间给出准确的定义。三个阶段：1949年之前密码学是一门艺术1949～1975年密码学成为科学1976年以后密码学的新方向——公钥密码学第1阶段—从古代到1949年这一时期可以看作是科学密码学的前夜时期，这阶段的密码技术可以说是一种艺术，而不是一种科学，密码学专家常常是凭知觉和信念来进行密码设计和分析，而不是推理和证明。主要特点：数据的安全基于算法的保密。第1阶段—从古代到1949年隐写术（公元前440年出现在古希腊战争中）。当时为了安全传送军事情报，奴隶主剃光奴隶的头发，

2、将情报写在奴隶的光头上，待头发长长后将奴隶送到另一个部落，再次剃光头发，原有的信息复现出来，从而实现这两个部落之间的秘密通信。第1阶段—从古代到1949年密码学用于通信的另一个记录是斯巴达人于公元前400年应用Scytale加密工具在军官间传递秘密信息。Scytale实际上是一个锥形指挥棒，周围环绕一张羊皮纸，将要保密的信息写在羊皮纸上。解下羊皮纸，上面的消息杂乱无章、无法理解，但将它绕在另一个同等尺寸的棒子上后，就能看到原始的消息。第1阶段—从古代到1949年我国古代也早有以藏头诗、藏尾诗、漏格诗及绘画等形式，将要表达的真正意思或“密语”隐藏在诗文或画卷中特定位置的记载

3、，一般人只注意诗或画的表面意境，而不会去注意或很难发现隐藏其中的“话外之音”。第1阶段—从古代到1949年到了20世纪20年代，随着机械和机电技术的成熟，以及电报和无线电需求的出现，引起了密码设备方面的一场革命——发明了转轮密码机（简称转轮机，Rotor），转轮机的出现是密码学发展的重要标志之一。20世纪早期密码机关于二战的密码小插曲美国在1942年制造出了世界上第一台计算机.二战期间,日本采用的最高级别的加密手段是采用M-209转轮机械加密改进型—紫密,在手工计算的情况下不可能在有限的时间破解,美国利用计算机轻松地破译了日本的紫密密码,使日本在中途岛海战中一败涂地,日本

4、海军的主力损失殆尽.（现代计算机每秒可执行万亿次）1943年,在获悉山本五十六将于4月18日乘中型轰炸机，由6架战斗机护航，到中途岛视察时,罗斯福总统亲自做出决定截击山本,山本乘坐的飞机在去往中途岛的路上被美军击毁,山本坠机身亡,日本海军从此一蹶不振.密码学的发展直接影响了二战的战局!第2阶段—从1949年到1975年1949年Shannon发表了题为《保密通信的信息理论》的著名论文，把密码学置于坚实的数学基础之上，标志着密码学作为一门学科的形成，这是密码学的第一次飞跃。主要特点：数据安全基于密钥而不是算法的保密。第3阶段—从1976年至今1976年，W．Diffie和M

5、．Hellman在发表的文章“密码学的新动向”中提出了公开密钥的思想，从而开创了公钥密码学的新纪元，导致了密码学上的一场革命，这是密码学的第二次飞跃。主要特点：公钥密码使得发送端和接收端无密钥传输的保密通信成为可能。第3阶段—从1976年至今受Diffie和Hellman的思想启迪，各种公钥密码体制被提出，特别是1978年RSA公钥密码体制的出现，成为公钥密码的杰出代表，并成为事实标准，在密码学史上是一个里程碑。古典密码密码学基本概念几种典型的古典密码体制古典密码的统计分析1.1密码学的基本概念密码学（cryptology）作为数学的一个分支，是密码编码学和密码分析学的统

6、称。使消息保密的技术和科学叫做密码编码学（cryptography)破译密文的科学和技术就是密码分析学（cryptanalysis）1.1密码学的基本概念密码学的基本目的是面对攻击者Oscar，在被称为Alice和Bob的通信双方之间应用不安全的信道进行通信时，保证通信安全。明文密文明文AliceBobOscar1.1密码学的基本概念密码体制的定义定义1.1.1密码体制：密码体制的构成包括以下要素：（1）M：明文消息空间，表示所有可能的明文组成的有限集。（2）C：密文消息空间，表示所有可能的密文组成的有限集。（3）K：密钥空间，表示所有可能的密钥组成的有限集。（4）E：加

7、密算法集合。（5）D：解密算法集合。1.1密码学的基本概念明文密文明文AliceBob加密密匙解密密匙保密通信的一般机制1.1密码学的基本概念密码体制的分类对称密匙密码系统SymmetricKeyCryptosystem加密密钥=解密密钥非对称密匙密码系统AsymmetricKeyCryptosystem加密密钥≠解密密钥钥匙是保密的加密密钥为公钥（PublicKey）解密密钥为私钥（PrivateKey）1.1密码学的基本概念1.1密码学的基本概念1.2古典密码体制1、棋盘密码2、移位密码3、代换密码4、维吉尼亚密码5、仿射