應(yīng)用密碼學(xué)第3講.ppt

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1、第三講多表代替密碼1復(fù)習(xí)影射置換群代替密碼幾種常見的代替密碼移位代替密碼乘法代替密碼仿射代替密碼密鑰短語密碼2多表代替密碼什么是多表代替密碼?在上述公式中滿足什么條件?3本節(jié)內(nèi)容單表代替密碼能被破解的原因一次一密密碼維吉尼亞密碼博福特密碼滾動(dòng)密鑰密碼弗納姆密碼轉(zhuǎn)輪密碼M-209密碼4單表代替密碼能被破解的原因明文字母和密文字母之間存在一一對應(yīng)即一個(gè)給定的明文字母總是用同一個(gè)密文字母代替自然語言的各種基本特性都轉(zhuǎn)移到密文之中與明文字母相比,除了字母名稱外,所有語言特性都沒有變化5一次一密密碼在公式中若密鑰K是非周期序列,則對每一個(gè)明文

2、字母都采用不同的代替表進(jìn)行加密,稱之為一次一密密碼。這是一種在理論上唯一不可破的密碼。這種密碼對于明文的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)完全隱蔽,但由于需要的密鑰量和明文信息的長度相同而難于廣泛使用。為了減少密鑰量,在實(shí)際應(yīng)用中多采用周期多表代替密碼,即代替表個(gè)數(shù)有限且重復(fù)地使用,此時(shí)代替表序列d=1和d為無窮大時(shí)分別是什么密碼6維吉尼亞密碼歷史上最有名的周期多表代替密碼是由法國密碼學(xué)家BlaisedeVigenere設(shè)計(jì)的。d個(gè)移位(加法)代替表由d個(gè)字母構(gòu)成的序列決定,ki(i=1,2...,d)是確定加密明文第i+td個(gè)字母(t=0,1,2,…)的

3、代替表的移位數(shù),即維吉尼亞密碼的解密變換為:7維吉尼亞密碼例題2.7令q=26,m=polyalphabeticcipher,密鑰字K=RADIO分析:周期d=5,則有k1703814明文m=polyalphabetIccIpher密鑰K=RADIORADIORADIORADIO怎樣計(jì)算?8博福特密碼加密:解密:以為密鑰的代替表是密文字母表為英文字母表逆序排列進(jìn)行循環(huán)右移次形成的。例如,若ki=3(相當(dāng)于字母D),則明文和密文的對應(yīng)關(guān)系如下:明文:abcdefghijklmnopqrstuvwxyz密文:DCBAZYXWVUTSRQ

4、PONMLKJIHGFE9滾動(dòng)密鑰密碼對于周期多表代替密碼,保密性將隨周期d加大而增加。當(dāng)d的長度和明文一樣長時(shí)就變成了滾動(dòng)密鑰密碼。如果其中所采用的密鑰不重復(fù)就是一次一密體制。一般,密鑰可取一本書或一篇報(bào)告作為密鑰源,可由書名,章節(jié)號及標(biāo)題來限定密鑰起始位置。10弗納姆密碼當(dāng)字母表字母數(shù)q=2時(shí)的滾動(dòng)密鑰密碼就變成弗納姆密碼。它將英文字母編成五單元波多電碼。波多電碼見表2.4.1所示。選擇隨機(jī)二元數(shù)字序列作為密鑰,以表示。明文字母變成二元向量后也可以表示成二元序列加密:解密:例如:m=hello,k=00100,111000,10

5、101,01010,11011求:c=?11轉(zhuǎn)輪密碼第一次世界大戰(zhàn)以后,人們開始研究用機(jī)械操作方式來設(shè)計(jì)極大周期的多表代替密碼,這就是轉(zhuǎn)輪密碼(rotorcipher)體制。轉(zhuǎn)輪密碼機(jī)(rotormachine)是由一組布線輪和轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成的可以實(shí)現(xiàn)長周期的多表代替密碼機(jī)。它是機(jī)械密碼時(shí)期最杰出的一種密碼機(jī),曾廣泛應(yīng)用于軍事通信中。德軍的Enigma密碼機(jī)美軍的Hagelin密碼機(jī)(其中Hagelinc-48即M-209)日本的紫密和藍(lán)密密碼機(jī)12轉(zhuǎn)輪密碼轉(zhuǎn)輪密碼由一組(N個(gè))串聯(lián)起來的布線輪組成。用一根可以轉(zhuǎn)動(dòng)的軸把N個(gè)園盤串接起來

6、,使得相鄰兩個(gè)園盤上的接點(diǎn)能夠接觸就構(gòu)成了一個(gè)簡易的轉(zhuǎn)輪密碼機(jī)。其中轉(zhuǎn)動(dòng)軸是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的,而且每個(gè)園盤在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上也是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的。有N個(gè)園盤的轉(zhuǎn)輪密碼體制的密鑰由下面兩方面組成:(1)N個(gè)園盤實(shí)現(xiàn)的代替表pi(i=1,2,...,N)(2)每個(gè)園盤的起點(diǎn)(i=1,2,....,N)。如果一個(gè)轉(zhuǎn)輪密碼體制只是各園盤的合成組成,則此轉(zhuǎn)輪密碼體制只相當(dāng)于單表代替密碼體制。13M-209密碼機(jī)印字輪圓盤凸片鼓狀滾筒銷釘14M-209密碼機(jī)每個(gè)園盤的外緣上分別刻有26,25,23,21,19,17個(gè)字母,每個(gè)字母下面都有一根銷釘(或稱為針),每個(gè)

7、銷釘可向園盤的左側(cè)或右側(cè)凸出來,向右凸出時(shí)為有效位置,向左凸出時(shí)為無效位置。在使用密碼機(jī)之前,需要將各園盤上的每根銷釘置好位(向右或向左)。如果我們用0表示銷釘置無效位,用1表示銷釘置有效位,則第一個(gè)園盤上的銷釘位置可以用長為26的0,1序列表示,第二個(gè)園盤上的銷釘位置可以用長為25的0,1序列表示,……第六個(gè)園盤上的銷釘位置可以用長為17的0,1序列表示,如表2.6.2所示。15M-209密碼機(jī)鼓狀滾筒上有27根與其軸平行的桿等間隔地配置在凸片鼓狀滾筒的外圈上,每根桿上有8個(gè)可能的位置,其中六個(gè)位置與六個(gè)園盤對準(zhǔn),另兩個(gè)位置不與任

8、何園盤對應(yīng)。在每根桿上面,有兩個(gè)可移動(dòng)的凸片,可以將其置于上述8個(gè)可能的位置(標(biāo)為1,0,2,3,4,5,0,6)中任何兩個(gè)上。如果凸片被置于與0對應(yīng)的位置,則它不起作用,稱其為凸片的無效位置,否則稱其為凸片的有效位置。當(dāng)凸片對應(yīng)園盤

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