现代密码学：古典密码算法
信息安全 实验五 古典密码算法
} else{}; } strcpy(str1,str); for(i=0;i<len;i++) { for(j=0;j<len-i-1;j++) {
if(str1[j]>str1[j+1])
实验五 古典密码算法
实验目的：
通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体制的了解，为深入学 习 密码学奠定基础。
实验环境：
运行 Windows 或 Linux 操作系统的 PC 机，具有 gcc(Linux)、VC(Windows)等 C 语言编 译环境。
实验原理：
古典密码算法曾被广泛应用，大都比较简单，使用手工和机械操作来实现加密和解密。 它的主要应用对象是文字信息，利用密码算法进行文字信息的加密和解密。下面介绍两种常 见的具有代表性的古典密码算法，以帮助读者对密码算法建立一个初步的印象。 1. 替代密码
c[x][i]=b[x][j]; } } } } for(i=0;i<len;i++) { for(j=0;j<len;j++) { if(str[i]==str1[j]) { for(x=0;x<j1;x++) {
d[x][i]=c[x][j]; } } } } cout<<"加密后的密文为："<<endl; for(i=0;i<len;i++) { for(j=0;j<j1;j++) cout<<d[j][i]<<" "; } cout<<endl;
密码学-第2章古典密码
问题：
置换和换位的定义、区别？
作业：
习题2.1、2.2、2.3、2.4、2.6
抽象代数
群：由一个非空集合和一个二元运算组成，并满 足封闭性、结合性、单位元、逆元的代数系统。
乘法群
环：一个集合，可以在其上进行加法和乘法运算 而封闭。
交换环：对于乘法运算可交换
域：非零元都有乘法逆的交换环。
设明文m = (m1, m2, …, mn) ∈Z26n，密文c= (c1, c2, …, cn) ∈ Z26n ，密钥为Z26上的的n×n阶可逆 方阵K = (kij) n×n ，则 c = mK mod 26, m = cK-1 mod 26。
例2.4 设n＝2，密钥为 11 8 7 18 －1 K＝ ，容易计算 K ＝ 3 7 23 11 设明文为Hill, 则相应的明文向量为（7，8）和（ 11,11）。于是，相应的密文向量 分别为 11 （7，8） 3 11 （ 11,11） 3 8 77 24， 56 56 ）＝（23，8）， ＝（ 7 8 121 33， 88 77 ）＝（24， 9 ）， ＝（ 7
表2.4称为Vigenere方阵（书P12）。当用密钥字 母ki对明文字母mi进行加密时，Vigenere方阵中 的第ki行第mi列的字母就是相应的密文字母。
例2.2
设明文为 This cryptosystem is not secure， 密钥为cipher， 则密文为：
VPXZGI AXIVWP UBTTMJ PWIZIT WZT。
有限域（伽罗瓦域）：GF(2)
第2章 古典密码
主要内容
古典密码中的基本加密运算 几种典型的古典密码体制 古典密码的统计分析
现代密码学总结汇总
现代密码学总结第一讲绪论•密码学是保障信息安全的核心•安全服务包括：机密性、完整性、认证性、不可否认性、可用性•一个密码体制或密码系统是指由明文（m或p）、密文（c）、密钥（k）、加密算法（E）和解密算法（D）组成的五元组。
•现代密码学分类：•对称密码体制：（又称为秘密密钥密码体制，单钥密码体制或传统密码体制）密钥完全保密；加解密密钥相同；典型算法：DES、3DES、AES、IDEA、RC4、A5 •非对称密码体制：（又称为双钥密码体制或公开密钥密码体制）典型算法：RSA、ECC第二讲古典密码学•代换密码：古典密码中用到的最基本的处理技巧。
将明文中的一个字母由其它字母、数字或符号替代的一种方法。
（1）凯撒密码：c = E(p) = (p + k) mod (26) p = D(c) = (c –k) mod (26)（2）仿射密码：明文p ∈Z26，密文c ∈Z26 ，密钥k=(a,b) ap+b = c mod (26)（3）单表代换、多表代换Hill密码：（多表代换的一种）——明文p ∈(Z26)m，密文c ∈(Z26)m，密钥K ∈{定义在Z26上m*m的可逆矩阵}——加密c = p * K mod 26 解密p = c * K-1 mod 26Vigenere密码：查表解答（4）转轮密码机：•置换密码•••：将明文字符按照某种规律重新排列而形成密文的过程列置换，周期置换•密码分析：•统计分析法：移位密码、仿射密码和单表代换密码都没有破坏明文的频率统计规律，可以直接用统计分析法•重合指数法• 完全随机的文本CI=0.0385，一个有意义的英文文本CI=0.065• 实际使用CI 的估计值CI ’：L ：密文长。
fi ：密文符号i 发生的数目。
第三讲 密码学基础第一部分 密码学的信息论基础• Shannon 的保密通信系统模型发送者接收者信源分析者加密解密安全信道无噪信道安全信道MM MCK K密钥源发送者接收者信源分析者加密解密无噪信道安全信道MM MC KK ’密钥源无噪信道•一个密码体制是一个六元组：（P, C, K 1, K 2, E, D )P--明文空间 C--密文空间 K 1 --加密密钥空间K2 --解密密钥空间E --加密变换D --解密变换对任一k∈K1,都能找到k’∈K2，使得D k’ (E k (m))=m，m M. •熵和无条件保密•)(1log)()(≥=∑i iaixpxpXH设随机变量X={xi | i=1,2,…,n}, xi出现的概率为Pr(xi) ≧0, 且, 则X的不确定性或熵定义为熵H(X)表示集X中出现一个事件平均所需的信息量(观察前)；或集X中每出现一个事件平均所给出的信息量(观测后).•设X={x i|i=1,2,…,n}, x i出现的概率为p(x i)≥0，且∑i=1,…,n p(x i)=1;Y={y i|i=1,2,…,m}, y i出现的概率为p(y i)≥0，且∑i=1,…,m p(y i)=1;则集X 相对于集Y的条件熵定义为•X视为一个系统的输入空间，Y视为系统的输出空间，通常将条件熵H(X|Y)称作含糊度，X和Y之间的平均互信息定义为：I(X,Y)=H(X)-H(X|Y)表示X熵减少量。
现代密码学：第6讲古典密码算法
现代密码学第六讲古典密码算法第六讲古典密码算法置换密码单表代替密码算法多表代替密码算法置换（Permutation）密码•对明文字符或字符组进行位置移动的密码•明文的字母保持相同，但顺序被打乱了。
置换密码•对明文字符或字符组进行位置移动的密码•明文的字母顺序被打乱了，但明文字母本身不变天书（Scytale）•500 B.C.，斯巴达人在军事上用于加解密•发送者把一条羊皮纸螺旋形地缠在一个圆柱形木棒上，核心思想是置换木棒的直径需要保密第六讲古典密码算法置换密码单表代替密码算法多表代替密码算法代替密码•代替(Substitution)密码构造一个或多个密文字母表，然后用密文字母表中的字母或者字母组来代替明文字母或字母组，各字母或字母组的相对位置不变，但其本身的值改变了。
•代替密码分为单表代替密码和多表代替密码字母与数字的转换代替密码算法针对英文字母进行处理。
首先将26个字母与十进制数字中的0~25一一对应，如下表所示。
而这里的数的加法和乘法都定义为模26的加法和乘法。
字母a b c d e f g h i j k l m数字0123456789101112字母n o p q r s t u v w x y z数字13141516171819202122232425单表代替密码单表代替密码可分为•加法密码•乘法密码•仿射密码单表代替密码——加法密码明文：密文：密钥：解密：Caesar密码就是一种加法密码（k=3）明文字母ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 密文字母DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ ABC•设明文为：LOVE•则密文为：ORYH明文：密文：密钥：解密：条件：关键在于计算：方法：扩展的欧几里得算法若，则存在整数使得这里就是，注意要将变为正数1k•加密函数：•密钥：•解密函数：•条件：仿射密码是乘法密码和加法密码的结合。
(mod 26)y ax b =+1()(mod 26)x a y b -=-(,26)1a =第六讲古典密码算法置换密码单表代替密码算法多表代替密码算法多表代换密码多表代换密码首先将明文分为由个字母构成的分组，对每个分组的加密为：其中是密钥，是的可逆矩阵，满足（是行列式），，，。
古典密码算法
古典密码算法古典密码算法古典密码算法是指在计算机加密领域之前使用的一些传统密码算法，它们通常基于简单的数学原理和替换规则。
以下是几种常见的古典密码算法：凯撒密码（Caesar Cipher）：凯撒密码是一种替换密码，通过将字母按照一个固定的偏移量进行替换来加密消息。
例如，偏移量为3时，字母A被替换为D，字母B被替换为E，以此类推。
解密过程则是将替换后的字母反向偏移。
凯撒密码很容易破解，因为只有26种可能的偏移量。
维吉尼亚密码（Vigenère Cipher）：维吉尼亚密码是一种多表密码，它使用一个关键字来决定每个字母的偏移量。
关键字被重复使用，逐个与明文中的字母对应，生成密文。
解密过程则是通过将密文与关键字对应的字母相减得到明文。
维吉尼亚密码比凯撒密码更复杂，但仍然容易受到频率分析等攻击。
替代密码（Substitution Cipher）：替代密码使用替换规则来加密和解密消息。
最简单的替代密码是单字母替换，即将明文中的每个字母替换为一个固定的密文字母。
这种方法容易受到频率分析攻击。
更复杂的替代密码如多表密码和多字母替换密码引入了更复杂的替换规则，增加了密码破解的难度。
仿射密码（Affine Cipher）：仿射密码是一种线性替换密码，它使用一个加密函数将明文字母映射到密文字母。
加密函数是一个仿射变换，包括一个乘法和一个加法操作。
解密过程则是应用逆仿射变换。
仿射密码比凯撒密码和替代密码更难破解，但对于较大的密钥空间来说仍然存在弱点。
这些古典密码算法在现代密码学中已经被更安全和复杂的算法所取代，因为它们容易受到密码分析的攻击。
现代密码算法，如对称加密算法（如AES）和公钥加密算法（如RSA），提供了更高的安全性和复杂性，以抵御现代密码破解技术的威胁。
古典密码汇总
古典密码汇总
古典密码是指在计算机技术出现之前使用的一种数据加密方式。
以下是一些常见的古典密码：
1. 凯撒密码：将明文中的每个字母按照字母表顺序向后移动固定的位置来生成密文。
2. 维吉尼亚密码：通过使用不同的密钥按字母表顺序对明文逐字母进行移位加密。
3. 单换密码：根据某种规则将明文中的每个字母替换为另一个字母来生成密文。
4. 多换密码：类似于单换密码，但使用多个替换规则来加密明文。
5. 栅栏密码：将明文按照一定长度分成多行，然后按行输出密文。
6. 简单替换密码：将明文中的每个字母替换为另一个字母或符号来生成密文。
7. 维因纳尔方阵密码：使用一个方阵将明文中的字母映射为密文中的其他字母。
8. 培根密码：将明文中的每个字母映射为5个二进制位，然后用A和B表示。
这只是一小部分古典密码，还有许多其他类型的古典密码存在。
由于古典密码的安全性相对较低，现代密码学已经发展出了更加复杂和安全的加密算法。
现代密码学-古典密码-实验报告
现代密码学实验报告院系：理学院班级：信安二班姓名：学号：前言密码学（Cryptology）是研究秘密通信的原理和破译秘密信息的方法的一门学科。
密码学的基本技术就是对数据进行一组可逆的数学变换，使未授权者不能理解它的真实含义。
密码学包括密码编码学（Cryptography）和密码分析学（Cryptanalyst）两个既对立又统一的主要分支学科。
研究密码变化的规律并用之于编制密码以保护信息安全的科学，称为密码编码学。
研究密码变化的规律并用之于密码以获取信息情报的科学，称为密码分析学，也叫密码破译学。
密码学在信息安全中占有非常重要的地位，能够为信息安全提供关键理论与技术。
密码学是一门古老而深奥的学问，按其发展进程，经历了古典密码和现代密码学两个阶段。
现代密码学（Modern Cryptology）通常被归类为理论数学的一个分支学科，主要以可靠的数学方法和理论为基础，为保证信息的机密性、完整性、可认证性、可控性、不可抵赖性等提供关键理论与技术。
古典密码算法实验在密码编码体制中有两种基本也是古老的编码体制一直沿用至今，它们是代替密码和置换密码，其历史悠久并且是现代密码体制的基本组成部分，在密码学中占有重要地位。
古典密码是密码学发展的一个阶段，也是近代密码学产生的渊源，一般把Shannon 在1949 年发表“保密系统的通信理论”之前的时期称为古典密码时期。
尽管古典密码大多比较简单，一般可用手工或机械方式实现，且都可用统计分析方法破译，目前已很少采用。
但是，古典密码所采用的代替技术和置换技术仍然是现代分组密码算法设计的基础，了解它们的设计原理，有助于理解、设计和分析现代密码。
一、实验目的通过编程实现经典的代替密码算法和置换密码，包括移位密码、维吉尼亚密码、周期置换密码、列置换密码，加深对代替技术的了解，为现代分组密码实验奠定基础。
二、实验原理代替（Substitution）是古典密码中基本的处理技巧，就是将明文字母由其他字母表中的字母替换的一种方法。
现代密码学——古典密码算法(实验报告)
安全SnoWolF/百度B英俊制作课程名称现代密码学实验实验项目名称古典密码算法练习一 Caesar密码加密时每一个字母向前推移k位，例如当k=5时，置换表如表2所示。
表2 Caesar置换表于是对于明文：datasecurityhasevolvedrapidly经过加密后就可以得到密文：IFYFXJHZWNYDMFXJATQAJIWFUNIQD若令26个字母分别对应整数0～25，如表3所示。
表3 Caesar置换表则Caesar加密变换实际上是：c=(m+k)mod26其中m是明文对应的数据，c是与明文对应的密文数据，k是加密用的参数，也称为密钥。
很容易得到相应的Caesar解密变换是：m=D(c)=(c–k)mod26例如明文：datasecurity对应的数据序列：301901842201781924当k=5时经过加密变换得到密文序列：852452397252213243对应的密文为：IFYFXJHZWNYD【实验步骤】本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。
首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。
一．手动完成Caesar密码(1) 在实验原理部分我们已经了解了Caesar密码的基本原理，那么请同学们写出当密钥k=3时，对应明文：data security has evolved rapidly的密文： GDWD VHFXULWB KDV HYROYHG UDSLGOB 。
(2) 进入实验平台，单击工具栏中的“密码工具”按钮，启动密码工具，在向导区点击“Caesar密码”。
在明文输入区输入明文：data security has evolved rapidly。
将密钥k调节到3，查看相应的密文，并与你手动加密的密文进行比较。
请根据密钥验证密文与明文对应关系是否正确。
二．Caesar加密(1) 进入“加密解密”｜“Caesar密码”视图，在明文输入区输入明文（明文应为英文），单击“加密”按钮进行加密。
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现代密码学
第六讲古典密码算法信息与软件工程学院
第六讲古典密码算法
置换密码
单表代替密码算法
多表代替密码算法
置换（Permutation）密码
•对明文字符或字符组进行位置移动的密码•明文的字母保持相同，但顺序被打乱了。
置换密码
ATCADWTAKTAN
•对明文字符或字符组进行位置移动的密码
•明文的字母顺序被打乱了，但明文字母本身不变
天书（Scytale）
•500 B.C.，斯巴达人在军事上用于加解密
•发送者把一条羊皮纸螺旋形地缠在一个圆柱形木棒
上，核心思想是置换
木棒的直径需
要保密
第六讲古典密码算法
置换密码
单表代替密码算法
多表代替密码算法
代替密码
•代替(Substitution)密码构造一个或多个密文字母表，然后用密文字母表中的字母或者字母组来代替明文字母或字母组，各字母或字母组的相对位置不变，但其本身的值改变了。
•代替密码分为单表代替密码和多表代替密码
字母与数字的转换
代替密码算法针对英文字母进行处理。
首先将26个字母与十进制数字中的0~25一一对应，如下表所示。
而这里的数的加法和乘法都定义为模26的加法和乘法。
字母a b c d e f g h i j k l m
数字0123456789101112
字母n o p q r s t u v w x y z
数字13141516171819202122232425
单表代替密码
单表代替密码可分为
•加法密码
•乘法密码
•仿射密码
单表代替密码——加法密码
明文：
密文：
密钥：
解密：
Caesar密码就是一种加法密码（k=3）
明文字母ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ 密文字母DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ ABC
•设明文为：LOVE
•则密文为：ORYH
明文：密文：密钥：解密：条件：关键在于计算：
方法：扩展的欧几里得算法
若，则存在整数使得这里就是，
注意要将变为正数
1
k
•
加密函数：•密钥：•
解密函数：•条件：仿射密码是乘法密码和加法密码的结合。
(mod 26)y ax b =+1()(mod 26)x a y b -=-(,26)1
a =
第六讲古典密码算法
置换密码
单表代替密码算法
多表代替密码算法
多表代换密码
多表代换密码首先将明文分为由个字母构成的分组，对每个分组的加密为：
其中是密钥，是的可逆矩阵，满足
（是行列式），，
，。
对密文分组的解密为：
例题
设，
明文为“YOUR PIN NO IS FOUR ONE TWO SIX”。
将明文分成3个字母组成的分组“YOU RPI NNO ISF OUR ONE TWO SIX”，由表1-2得
所以
密文为“WGI FGJ TMR LHH XTH WBX ZPS BRB”。
解密时，先求出再求
得明文为“YOU RPI NNO ISF OUR ONE TWO SIX”。