密码技术专题(二)——古典密码体制

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1、密码技术专题(二)一一古典密码体制密码技术专题(二)一古典密码体制1、密码体制的概念0明文信源0密文0密钥与加密运算0密码体制2、古典密码体制的发展o古典加密方法o代替密码00转轮密码3、儿种典型的古典密码体制oo双字的Playfair体制oHill体制我们已经知道，一个密码体制由明文信源、密文、密钥与加密运算这以个基本要索构成，下面我们将进一步给岀它们的数学模型。1、明文信源直观地讲，明文信源就是明文字母表或者明文字母。比如所有的英文字母、全部的中文字符就是典型的明文字母表。准确一点，明文信源还应当包含明文字母的概率分布。如果用X表示明文字

2、母表，则它的元素xex则就是明文字母。在明文字母表中，不同的明文字母出现的频率往往是不同的，比如在26个英文字母屮，一般來说字母“e”的频率最高；而在汉字中，可能是“的”字频率最高。所以，一个明文信源记为S二[X,p(x)],其中X为明文字母表，p(x)为明文字母xGX出现的概率，而且p(x)满足如下条件:对任何xex,p(x)NO,且Ep(x)=lo2、密文密文由密文字母表Y和密文字母yeY组成，密文字母表一般是指密文可能使川的全部字母的集合，而yUY是它的元索•。密文字母表可以与明文字母表相同，也可以不同。3、密钥与加密运算密钥川來从密码

3、体制的一组加密运算屮选择一个加密运算(或考称为加密步)，密钥允许你按照以前制定的规则改变加密，比如每天，或每份报之后，或者每个字符之后。通常,密钥的纽织和编排须利于它们允许通过简单的规则产生单独的加密步。加密方法的组合复杂度取决于在此方法下密钥的数量。如果用K表示密钥空间，也就是选择加密步的参数集合，keK则称为一个密钥。加密步就是明文字母表X到密文字母表Y的一个映射：E：X-Y,对每个xexo由于加密步并不是单一的，而是一族运算，因此我们就可以记为Ek二Ek(x),其中xex,keKo除特殊的编码方法外，如多名码或多音码，对于每个keK,£

4、1<(0都是乂到丫的1-1映射。通常耍求用戶对密钥的选择是随机的，而且密钥的选择与明文无关。这样密钥的使用概率p(k),keK与明文的出现概率就是互相独立的。4、密码体制在明确了密码体制的几个组成耍索的数学模型后，我们就可以给出一个密码体制的数学模型。我们定义S二｛X,Y,K,p(x,k),Ek(x),xex,k$K｝为一个密码体制。实际上从运算的角度讲，密码体制包含加密系统和解密系统两部分。如果一个密码体制设计完成，则相应的明文、密文、密钥之间的关系也就随之确定，用概率方法表示为：对•任何xex,kWK,yWE(X),p(x,y,k)二p(

5、x,k)二p(x)p(k)。密码技术的应用一直伴随着人类文化的发展，其古老甚至原始的方法奠处了现代密码学的基础。使用密码的H标就是使一份消息或记录对非授权的人是不可理解的。可能有人认为这很容易，但你必须考虑原定的接收方是否能解读消息。如果接收方是没有经验的，随便写个便条他也可能很长时间无法读懂。因此不一定要求加密和解密方法特别复杂，它必须适应使用它的人员的智力、知识及环境。卜•而我们介绍古典密体制发展演化的过程。1、古典加密方法最为人们所熟悉的古典加密方法，莫过于隐写术。它通常将秘密消息隐藏于具它消息中，使真止的秘密通过一份无伤大雅的消息发送

6、出去。隐写术分为两种，语言隐写术和技术隐写术。技术方囱的隐写比较容易想象：比如不可见的舉水，洋葱法和牛奶法也被证明是普遍且冇效的方法(只耍在背面加热或紫外线照射即可复现)。语言隐写术-与密码编码学关系比较密切，它主要提供两种类型的方法：符号码和公开代码。符号码是以可见的方式，如手写体字或图形，隐藏秘密的书写。在书或报纸上标记所选择的字母，比如川点或短划线，这比上述方法更容易被人怀疑，除非使川显隐黑水，但此方法易于实现。一•种变形的应用是降低所关心的字母，使其水平位置略低于其它字母，但这种降低儿乎让人觉察不到。一份秘密的信件或伪装的消息要通过公

7、开信道传送，需要双方事前的约定，也就是需要一种公开代码。这可能是保密技术的最占老形式，公开文献中经常可以看到。东方和远东的商人和赌徒在这方而有独到Z处，他们非常熟练地学握了手势和表情的应用。在美国的纸牌骗子中较为盛行的方法有：手拿一支烟或用手挠一下头，表示所持的牌不错；一只手放在胸前并且跷起大拇指，意思是“我将赢得这局，有人愿意跟我吗？”右手手掌朝下放在桌子上，表示“是”，手握成拳头表示“不”。特定行业或社会阶层经常使用的语言，往往被称为行话。一些乞丐、流浪汉及地痞流氓使用的语言还被称为黑话，它们是这些社会群体的护身符。其实也是利用了伪装，伪

8、装的秘密因此也称为专门隐语。黑社会犯罪团伙使用的语言特别具有隐语的特性，法语中黑话有很多例子，其中有的现在还成了通俗用法。比如rossignol（夜莺）表示“万能钥