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第二章 传统加密技术

第二章 传统加密技术. 2.1密码学基本概念 2.2 代换技术 2.3 置换技术 2.4 轮转机 2.5 隐写术. 2.1密码学基本概念. 密码学（ cryptology) 作为数学的一个分支， 是研究信息系统安全保密的科学，它包括 密码编码学（ cryptography ） 和密码分 析学（ cryptoanalytics） 两个分支。 用以下模型解释一些基本概念。. 密码系统的模型. 图2-2. 入侵者. 明文. 密文. 明文. 接收者. 信源. 加密. 解密. 密钥. 密钥. 密钥源. 密钥源. 密钥信道. 密码系统的定义.

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第二章 传统加密技术

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  1. 第二章 传统加密技术 • 2.1密码学基本概念 • 2.2 代换技术 • 2.3 置换技术 • 2.4 轮转机 • 2.5 隐写术

  2. 2.1密码学基本概念 密码学（cryptology)作为数学的一个分支， 是研究信息系统安全保密的科学，它包括 密码编码学（cryptography）和密码分 析学（cryptoanalytics）两个分支。 用以下模型解释一些基本概念。

  3. 密码系统的模型 • 图2-2 入侵者 明文 密文 明文 接收者 信源 加密 解密 密钥 密钥 密钥源 密钥源 密钥信道

  4. 密码系统的定义 • 定义: (密码体制）它是一个五元组（M,C,K,E,D)满足条件 （1）M是可能明文的有限集；（明文空间） （2）C是可能密文的有限集；（密文空间） （3）K是一切可能密钥构成的有限集；（密钥空间） *（4）并有加密解密算法满足以下：

  5. 密码系统的公式表示 • 加密 E(M,K)=C • 解密 D(C,K)=M 并且有： D(E(M,K1),K2)=M 密钥K的可能值 的范围称密钥空间。所有算 法的安全性都基于密钥的安全性，而不是基 于算法的细节的安全性。

  6. 密码体制分类 密码体制分两大类： • 单钥体制（对称算法） K1=K2 • 双钥体制（公钥算法） K1‡K2

  7. 单钥体制 有两种加密方式： • 流密码（Stream Cipher） 明文按位加密。 • 对称密码（Symmetric Cipher） 明文按组（含多个字符）加密。（也称为分组密码，Block Cipher）

  8. Symmetric Cipher Model

  9. 单钥体制(cont.) 单钥体制中，加密密钥和解密密钥是相同的 （可互推算），系统的保密性取决于密钥的 安全性。有两大课题： • 如何产生满足保密要求的密钥？ • 如何将密钥安全可靠地分配给通信对方？ 包括密钥产生、分配、存储、销毁等多方面 的问题，统称密钥管理。

  10. 流密码模型 异或运算 密钥流产生器 密钥k 密文c 明文m 流密码体制模型

  11. 双钥体制(公钥体制) 系统中，加密密钥称公开密钥（public key）， 可以公开发布（电话号码注册）；而解密密 钥称私人密钥（private key,简称私钥）。 • 加密： M=D(E(M,pub-key),private-key) • 认证： M=E(D(M,private-key),pub-key)

  12. 密码分析(简述） 密码分析学，是攻击者在不知道密钥的情况 下，恢复出明文的科学。对密码进行分析的 尝试称为攻击（Attack)。 攻击密码的方法： • 穷举法，又称强力法（Brute-force） • 分析法

  13. 密码分析 • 唯密文攻击 从已知的密文中恢复出明文或密钥； • 已知明文攻击 从已知密文和一些明文-密文对中分析明文； • 选择明文攻击 可选定任意明文-密文对进行攻击；

  14. 密码分析（cont.） • 选择密文攻击 分析者能选择不同的被加密的密文，并能得 到对应的解密的明文（主要用于公钥算法）。 以上攻击强度依次增大，唯密文攻击最弱。

  15. 两个概念 • 无条件安全P.17 • 计算上安全P.18

  16. 2.2 古典密码介绍 • 两种基本的构造模块（或两者结合） • 代换 明文由其它的字母、数字或符合所代替 • 置换 明文通过某种处理得到类型不同的映射

  17. 2.2.1 Caesar密码 加密算法：c = E(m,k) = (m + k) mod q 解密算法：m = D(c,k) = (c - k) mod q 特定地(恺撒密码）：m = c = Zq , q = 26; 例：(k=3) 明文：meet me after the party 密文：phhw ph diwhu wkh sduwb

  18. 2.2.2 单表代换密码 • 密文是26个字母的任意置换,密钥是明文字母到密文字母的一个字母表.这种密码称单表代换密码 • 不能抵抗明文统计特性的攻击

  19. 2.2.5多表代换密码(维吉尼亚密码） 密钥 K＝（ k1,k2,…,km) 加密算法： Ek(x1,x2,…,xm)=(x1+k1,x2+k2,…,xm+km)=c 解密算法： Dk(y1,y2,…,ym)= (x1-k1,x2-k2,…,xm-km) =m 这里的所有的运算都是在（mod 26)中进行的。

  20. 3.1.2多表代换密码(例子） 取密钥为: deceptive; 明文：wearediscoveredsaveyourself 密钥：deceptivedeceptivedeceptive 密文：zicvtwqngrzgvtwavzhcqyglmgj

  21. 多表代换密码(Hill密码) 设ｍ为某个固定的正整数，M=C=(Z/(26))m, K={Z/(26)上的m×m可逆矩阵} 加密算法: c=ek(p)=pK (mod 26) 解密算法: p=dk(c)=cK-1 (mod 26) =pK K-1 (mod 26) =p

  22. 2.3置换技术 • 栅栏技术 以对角线顺序写下明文，以行顺序读出 • 多重置换提高安全性

  23. 古典密码 • 小结 研究古典密码原理，对于理解、构造和分析 现代密码是十分有益的。 • 乘积密码

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