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文档简介
古典密码算法2015-6-91整理ppt提纲概述单表代换算法单符号代换算法凯撒密码移位密码单表密码短语密码仿射密码攻击方法小结2整理ppt当今的信息网络蕴含了表现为信息形式的多种巨大利益政治的、军事的、经济的、商业的……通过网络非法获取和利用信息可能随时发生互联网的开放性是根源网络安全已成为网络设计、建设和维护的重要内容密码学/密码算法成为保护网络信息的利器以数学为工具,将信息明文变换为密文成为保护信息的核心屏障网络与密码算法3整理ppt密码学的目的合法通信双方Alice和Bob在不安全的信道上进行安全通信,而破译者Oscar不能理解他们通信的内容“安全”指机密性、完整性、鉴别、不可抵赖简单加密系统模型简单加密系统模型密码系统4整理ppt密码系统包含带参数K的变换EK()、带参数K的逆变换DK()、信息传送信道、密钥传送信道变换EK得将明文消息P变换为密文C,这个过程称为加密E为加密算法,K为密钥。E不同或K不同,密文C就不同典型的密码系统密码系统小游戏角色1——如何给你的朋友发一封由你自己加密的电子邮件?角色2——如何解密你朋友给你发来的加密邮件?5整理ppt对密码算法的基本要求加密能力强当密文或明文-密文对被截获时,破解密钥或明文在计算上是不可行的安全性不依赖于密码算法本身的保密,而依赖于密钥易于实现,使用方便对密码算法的基本要求6整理ppt古典密码(ClassicalCryptography)密码算法针对的基本操作对象是字符/字母方法——字符代换(Substitution)或字符置换(Permutation)1949年之前此类密码学还不是科学,而是艺术产生了一些密码算法和加密设备也出现简单的密码分析手段古典密码7整理ppt古典密码分类代换Substitution置换Transposition单表代换Monoalphabetic~多表代换Polyalphabetic~单字符单表代换多字符单表代换移位密码单表密码短语单表密码Playfair密码Beaufort密码Vigenère密码行变换密码栅格密码Hill密码仿射密码Autokey密码转子机凯撒密码一次性密码8整理ppt代换与置换代换密码算法(SubstitutionCipher)将明文中的每一个字符均被替换成另一个字符(密文字符)。接收者对密文做反向替换就可以恢复出明文置换密码算法(PermutationCipher)又称换位密码算法(TranspositionCipher):改变明文中各个字母的位置次序,但明文字母(的出现及出现次数)保持不变
9整理ppt代替密码单表密码算法(MonoalphabeticCipher)密码表仅1个——固定任何明文加密、密文解密均使用同一个密码表加密明文中相同的字母必然被加密成相同的密文字母10整理ppt代替密码多表密码算法(PolyalphabeticCipher)密码表多个——不固定一条明文加密和解密同时使用多个密码表明文中两个相同的字母可能被加密成不同的密文字母11整理ppt提纲概述单表代换算法单符号代换算法凯撒密码移位密码单表密码短语密码仿射密码攻击方法小结12整理ppt凯撒密码恺撒密码(CaesarCipher)JuliusCaesar发明,是已知最早的代换密码明文字母用其后的第三个字母代替,作为其密文字母,即,将明文字母表循环左移三位作为密码表13整理ppt两个字母表明文字母表 P={p0,p1,…,p25}密文字母表 C={C0,C1,…,C25}基本型凯撒密码等于如下变换明文字母表密文字母表明文表和密文表共同构成密钥加密
解密凯撒密码14整理ppt让每个字母对应一个数值
则基本型凯撒密码可以表示为加密: Ci=E(pi)=(pi+3)mod26解密: pi=D(Ci)=(Ci3)mod26密钥数量:1凯撒密码15整理ppt凯撒密码凯撒密码实例明文: meetmeaftertheparty密文: PHHWPHDIWHUWKHSDUWB16整理ppt凯撒密码特点极为简单密钥数为1,极其脆弱17整理ppt提纲概述单表代换算法单符号代换算法凯撒密码移位密码单表密码短语密码仿射密码攻击方法小结18整理ppt移位密码(ShiftCipher)明文字母用其后的第k个字母代替,作为其密文字母,即,将明文字母表循环左移k位作为密码表明文字母用任一个密文字母代替,即,
明文字母表的任一个排列均构成一个对应的密码表加密: Ci=E(pi)=(pi+k)mod26解密: pi=D(Ci)=(Cik)mod26移位密码19整理ppt移位密码移位密码20整理ppt例如,k=5明文字母表:密文字母表:密钥数量:25明文密文移位密码21整理ppt特点非常简单密钥数为25,仍非常脆弱移位密码22整理ppt提纲概述单表代换算法单符号代换算法凯撒密码移位密码单表密码短语密码仿射密码攻击方法小结23整理ppt单表密码(MonoalphabeticCipher)明文字母用任一个密文字母代替,即,
明文字母表的任一个全排列均构成一个对应的密码表加密: Ci=E(pi)=(pi+ki)mod26解密: pi=D(Ci)=(Ciki)mod26
当pipj
有CiCj,ki,kj=0,1,2,…25例:明文字母表:密文字母表: ki
:
13172124……单表密码abcdefghijklmnopqrstuvwxyzNSXCHMRWBGLQVAFKPUZEJOTYDI24整理ppt密钥数量:26!=403,291,461,126,605,635,584,000,000
≈4×1026=400亿亿亿特点密钥数极大,安全性好密钥无规律,使用不便单表密码25整理ppt提纲概述单表代换算法单符号代换算法凯撒密码移位密码单表密码短语密码仿射密码攻击方法小结26整理ppt短语密码短语密码(KeywordCipher)是单表密码的一种实用形式引入一个关键词(短语)来构造明文字母表的一个排列,从而构成对应的密码表密码表构造方法1指定一个关键词(词组、句子…)去除关键词中的重复字母和空格,前置于密码表将剩余的字母依次按序后置于密码表密钥数量:26!(≈4×1026=400亿亿亿)27整理ppt实例关键词:
GUANGZHOUBAIYUNSHAN去重前置:
GUANZHOBIYS剩余后置: TVWXCDEFJKLMPQR明文字母表:密文字母表:abcdefghijklmnopqrstuvwxyzGUANZHOBIYSTVWXCDEFJKLMPQR短语密码28整理ppt短语密码密码表构造方法2指定一个关键词,去重复、空格,按行排阵将剩余的字母依次继续按行排阵阵的各列构成密码表例:关键词=COLLEGE
阵:明文字母表密文字母表短语密码29整理ppt提纲概述单表代换算法单符号代换算法凯撒密码移位密码单表密码短语密码仿射密码攻击方法小结30整理ppt仿射密码仿射密码(AffineCipher)用仿射变换构造密码表(密码表便于记忆)密码表两个字母表明文字母表 P={p0,p1,…,pn-1}密文字母表 C={C0,C1,…,Cn-1}引入两个参数、,使明文字母P用字母aP+b代替,作为其密文字母加密: Ci=E(pi)=(pi+
)modn解密: pi=D(Ci)=1(Ci)modn31整理ppt仿射密码实例取参数=5,=8明文=AFFINECIPHER密文=IHHWVCSWFRCP明文AFFINECIPHERpi055813428157417(5pi+8)83333487328184883432893(5pi+8)mod26877222121822517215CiIHHWVCSWFRCP32整理ppt仿射密码提示仿射加密函数要求和n互素,即gcd(,n)=1,否则,(pi+
)modn就不是一个单射函数当=1、=3时,仿射密码就是著名的凯撒密码在解密时,需求解在有限域Zn上的乘法逆元1Zn,这可由扩展欧几里得算法求解Z26上所有与26互素的元素的乘法逆元:33整理ppt提纲概述单表代换算法单符号代换算法凯撒密码移位密码单表密码短语密码仿射密码攻击方法小结34整理ppt对单表代换密码的攻击两种典型的攻击直接攻击文本方法——频度分析直接攻击密钥方法——暴力破解(穷举破解)两种攻击联合使用或单独使用可一举破解单表代换密码35整理ppt直接攻击文本——频度分析9世纪阿尔-金迪:《关于破译加密信息的手稿》西文语言的独到特征文章中字母的出现频度有统计规律:元音字母频度高对单表代换密码的攻击36整理ppt频度分析的步骤统计密码字母的频度排序按照已知频度分布替换密文字母对单表代换密码的攻击37整理ppt密文频度分析h:可能是e,a,i,o…尝试h
e,d
a,l
i,ro,……结果
密文:
明文:频度分析攻击:实例
38整理ppt直接攻击密钥——暴力破解前提——已知采用的是代换密码暴力破解的要点尝试所有可能的密码表(移位密码:最多仅需尝试25次)暴力破解的步骤选择一个密码表作逆代换检查逆代换后的文本是否有意义,有则结束,否则换另一个密码表,进入步骤2对单表代换密码的攻击39整理ppt实例密文明文对单表代换密码的攻击40整理ppt本质选取字母表的一个全排列作为对称密钥密钥数量26!(41026)单表代换密码:小结41整理ppt提纲概述单表代换算法单符号代换算法凯撒密码移位密码单表密码短语密码仿射密码攻击方法小结42整理ppt特征代换固定——明文字符的代换字符固定位置相同——密文字符与明文字符的位置相同优点简单——得到密文所需的计算量小缺点继承——密文继承了明文的统计特性(频率…)跟随——明文字符的跟随关系反映在密文中单字符代换算法:小结43整理ppt存在多种不同的破解途径攻击密文——频
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