古典密码
• 明文:POLYBIUS • 密文:3534315412244543
2018/11/11 第一章 古典密码 8
2018/11/11
第一章 古典密码
11
密码学的起源和发展-iii
• 1949～1975年: 计算机使得基于复杂计算的密码成为可能 1949年Shannon的“The Communication Theory of Secret Systems” 1967年David Kahn的《The Codebreakers》 1971-73年IBM Watson实验室的Horst Feistel等 的几篇技术报告
2018/11/11
第一章 古典密码
27
单字母密码
• 单表代换密码 移位（shift ）密码、乘数（multiplicative)密码 仿射（affine ) 密码、多项式（Polynomial)密码 密钥短语（Key Word)密码 • 多表代换密码 维吉尼亚（Vigenere)密码 博福特（Beaufort）密码 滚动密钥(running-key)密码 弗纳姆 (Vernam)密码 转子机(rotor machine)
2018/11/11
第一章 古典密码
26
代替密码
• 简单代替密码（simple substitution cipher), 又称单字母密码（monoalphabetic cipher): 明文的一个字符用相应的一个密文字符代替。 • 多字母密码（ployalphabetic cipher)：明文 中的字符映射到密文空间的字符还依赖于它在 上下文中的位置。
2018/11/11 第一章 古典密码 16
密钥
密文 明文 加密算法
密钥
明文 解密算法
加解密过程示意图 • 加密和解密算法的操作通常都是在一组密钥的 控制下进行的,分别称为加密密钥(Encryption Key) 和解密密钥(Decryption Key).
2018/11/11 第一章 古典密码 17
ekey 可逆性、一一映射
2018/11/11 第一章 古典密码 24
第 1 章 古典密码
1.2 几种典型的古典密码体制
虽然古典密码都比较简单而且容易破译， 但研究古典密码的设计原理和分析方法对于 理解、设计以及分析现代密码技术是十分有 益的。
2018/11/11
第一章 古典密码
25
古典密码
基于字符的密码 • 代替密码（substitution cipher)：就是明文 中的每一个字符被替换成密文中的另一个字符。 接收者对密文做反向替换就可以恢复出明文。 • 置换密码(permutation cipher)，又称换位密 码（transposition cipher)：明文的字母保持 相同，但顺序被打乱了。
2018/11/11 第一章 古典密码 9
Example -V
• Nomenclator 代码本 c.1400 字母、符号、单词、短语 代码 代码 字母、符号、单词、短语
应用：World War II
2018/11/11
第一章 古典密码
10
密码学的起源和发展-ii
• 1949年之前: 古典密码（classical cryptography) 密码学还不是科学,而是艺术 出现一些密码算法和加密设备 密码算法的基本手段(substitution & permutation)出现，针对的是字符 简单的密码分析手段出现
数据的安全基于密钥而不是算法的保密
2018/11/11 第一章 古典密码 12
密码学的起源和发展-iv
• 1976年以后: 1976年Diffie & Hellman的“New Directions in Cryptography”提出了不对称密 钥密码 1977年Rivest,Shamir & Adleman提出了RSA 公钥算法 90年代逐步出现椭圆曲线等其他公钥算法 公钥密码使得发送端和接收端无密钥传输的 保密通信成为可能！
2018/11/11 第一章 古典密码 13
密码学的起源和发展-v
• 1976年以后: 对称密钥密码算法进一步发展 1977年DES正式成为标准 80年代出现“过渡性”的“post DES”算法, 如IDEA,RCx,CAST等 90年代对称密钥密码进一步成熟 Rijndael,RC6, MARS, Twofish, Serpent等 出现 2001年Rijndael成为DES的替代者
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Smith,J.L.,The Design of Lucifer, A Cryptographic Device for Data Communication, 1971 Smith,J.L.,…,An Expremental Application of Cryptogrphy to a remotely Accessed Data System, Aug.1972 Feistel,H.,Cryptography and Computer Privacy, May 1973
2018/11/11
第一章 古典密码
6
example-ii
• Spartan Scytale, c. 500 B.C. 斯巴达人用于加解密的一种军事设备 发送者把一条羊皮螺旋形地缠在一个圆柱形棒 上 思想：置换（permutation)
2018/11/11
第一章 古典密码
7
example-iii
a. 隐形墨水 b. 字符格式的变化 c. 图象图像
2018/11/11
第一章 古典密码
5
example-i
• (象形文字的修改)Modified Hieroglyphics, c. 1900 B.C. 密码学的第一个例子是对标准书写符号的修改 例如:古埃及法老坟墓上的文字 思想:代替(substitution)
2018/11/11
第一章 古典密码
19
密码算法分类-ii
• 基于密钥的算法，按照密钥的特点分类： 对称密码算法（symmetric cipher)：又称传统密码算 法（conventional cipher)，就是加密密钥和解密密钥 相同，或实质上等同，即从一个易于推出另一个。又 称秘密密钥算法或单密钥算法。 非对称密钥算法（asymmetric cipher):加密密钥和解 密密钥不相同，从一个很难推出另一个。又称公开密 钥算法（public-key cipher) 。 • 公开密钥算法用一个密钥进行加密, 而用另一个进行 解密.其中的加密密钥可以公开,又称公开密钥（public key)，简称公钥.解密密钥必须保密,又称私人密钥 （private key)私钥.简称私钥。
密码学基础
杨玉锋 韶关学院数学与计算科学学院 fendy@
二○一二年九月
第 1 章 古典密码
1.1 密码学的基本概念
2018/11/11
第一章 古典密码
2
密码从军事走向生活
• • • • • 电子邮件 @ 自动提款机 电话卡: IP卡、201电话卡 银行取钱 信用卡购物 @
2018/11/11
第一章 古典密码
28
多字母代换密码
• 可以用矩阵变换方便地描述多字母代换密码， 有时又称起为矩阵变换密码。 Hill cipher Playfair cipher
2018/11/11
第一章 古典密码
29
棋盘密码
• Polybius’ Checkerboard , 205~123 B.C. 1 1 2 3 4 5 q y a h c 2 w u s k v 3 e ij d l b 4 r o f z n 5 t p g x m
2018/11/11 第一章 古典密码 20
密码算法分类-iii
• 按照明文的处理方法： 分组密码（block cipher):将明文分成固定长 度的组，用同一密钥和算法对每一块加密，输 出也是固定长度的密文。 流密码（stream cipher):又称序列密码.序列 密码每次加密一位或一字节的明文，也可以称 为流密码。 序列密码是手工和机械密码时代的主流
• 明文:Information Security • 密文:23 54 34 24 14 55 31 15 23 24 54 32 …
2018/11/11
第一章 古典密码
21
密码算法分类-iv
• 对称密钥密码又可分为： 分组密码 每次对一块数据加密 多数网络加密应用 DES,IDEA,RC6,Rijndael 流密码 每次对一位或一字节加密 手机 One-time padding,Vigenére,Vernam
2018/11/11 22
2018/11/11 14
第一章 古典密码
基本概念
• 密码学(Cryptology): 是研究信息系统安全保 密的科学. 密码编码学(Cryptography): 主要研究对信息 进行编码,实现对信息的隐蔽. 密码分析学(Cryptanalytics):主要研究加密消 息的破译或消息的伪造.
Example-iv
• Caesar Cipher, c. 50 B.C. A D B E C F D G E H F I G …… X Y Z J …… A B
C
明文:Caesar cipher is a shift substitution 密文:FDHVDU FLSKHU LV D VKLIW VXEVWLWXWLRQ
2018/11/11
第一章 古典密码
3
密码学的起源和发展-i
古典密码简介
古典密码简介从密码学发展历程来看，可分为古典密码（以字符为基本加密单元的密码）以及现代密码（以信息块为基本加密单元的密码）两类。
⽽古典密码有着悠久的历史，从古代⼀直到计算机出现以前，古典密码学主要有两⼤基本⽅法：①置换密码(⼜称易位密码)：明⽂的字母保持相同，但顺序被打乱了。
②代替密码：就是将明⽂的字符替换为密⽂中的另⼀种的字符，接收者只要对密⽂做反向替换就可以恢复出明⽂。
古典密码是密码学的根源，虽然都⽐较简单⽽且容易破译，但研究古典密码的设计原理和分析⽅法对于理解、分析以及设计现代密码技术是⼗分有益滴^_^⼀.置换密码1.列置换密码（矩阵置换密码）明⽂：ming chen jiu dian fa dong fan gong密钥：yu lan hua去掉密钥重复字母：yulanh，得出距阵列数为6；将明⽂按⾏填充距阵。
得到密钥字母顺序： 653142；按列（依顺序）写出距阵中的字母。
密⽂：giffg hddn0 njngn cuaa0 inano meiog解密：加密的逆过程；2.周期置换密码 周期置换密码是将明⽂串P按固定长度m分组，然后对每组中的⼦串按1,2，...，m的某个置换重排位置从⽽得到密⽂C。
其中密钥σ包含分组长度信息。
解密时同样对密⽂C按长度m分组，并按σ的逆置换σ-1把每组⼦串重新排列位置从⽽得到明⽂P。
明⽂：State Key Laboratory of Networking and Switching加密密钥：σ=(15623)明⽂分为七组：(StateK)(eyLabo)(ratory)(ofNetw)(orking)(andSwi)(tching)加密变换：密钥⾥没有4，则第4位保持不变，然后对应的第1位换到第5位，第5位换到第6位，第6位换到第2位....密⽂：(aKttSe)(Loyaeb)(tyaorr)(Nwfeot)(kgrion)(dinSaw)(hgcitn)解密密钥：σ-1 = (13265)3.栅栏密码此密码⼀般适⽤于较短的密码，原理是字母的错位。
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
古典密码和流密码的原理及应用
古典密码和流密码的原理及应用古典密码和流密码是密码学领域中两种基本的加密算法，它们分别有着不同的原理和应用。
本文将就古典密码和流密码的原理及应用进行介绍。
一、古典密码的原理及应用古典密码是指几乎所有密码学家都熟悉的早期密码系统，它主要包括凯撒密码、替换密码和仿射密码等。
这些密码系统都是基于简单的数学运算和替换规则来对明文进行加密的。
其中最为简单的凯撒密码是通过将每个字母按照一个固定的偏移量来进行位移，例如将字母A替换为D，B替换为E，以此类推。
替换密码则是通过将明文中的字母按照一个固定的规则替换成密文中的字母，而仿射密码则是通过对明文中的字母进行线性变换来得到密文。
古典密码的应用已经不再常见，因为它们在现代密码学中已经被更为复杂和安全的加密算法所取代。
但是古典密码作为密码学的基础，仍然具有一定的研究意义。
流密码是一种对称加密算法，它利用伪随机数发生器生成的密钥流与明文进行按位运算，以此来对明文进行加密。
流密码的原理就是利用密钥流与明文进行按位异或来得到密文，解密过程与加密过程相同，只需要再次与密钥流进行按位异或即可得到明文。
流密码的应用非常广泛，它可以用于保护无线通信、加密电子邮件、保护网络传输等领域。
由于流密码算法在加密速度和密钥分发方面具有优势，因此在一些对实时性要求较高的应用中得到了广泛的应用。
三、古典密码和流密码的比较古典密码和流密码在加密原理和应用方面有着很大的不同之处。
古典密码是基于字母替换和数学运算的原理进行加密的，它的安全性主要依赖于密钥的保密性和算法的复杂性。
而流密码则是利用伪随机数发生器生成的密钥流与明文进行按位运算，从而实现加密和解密过程。
古典密码在现代密码学中已经不再安全，因为它们容易受到频率分析等攻击手段的破解。
而流密码虽然在理论上是安全的，但是其安全性主要依赖于随机数发生器的质量和伪随机数的随机性，因此在实际应用中需要选取合适的伪随机数发生器以及适当的密钥长度来保证安全性。
第4讲 数据加密技术(古典密码)
解密就是利用Vigenre方阵进行反代替。 方阵进行反代替。
一、古典密码 一、古典密码
3、代数密码： 代数密码：
① Vernam密码 Vernam密码
明文、密文、密钥都表示为二进制位： 明文、密文、密钥都表示为二进制位：
M=m1,m2,… ,mn K =k1,k2,… ,kn C =c1,c2,… ,cn ② 加密 ： c1= mi⊕ ki ,i=1,2,… ,n 解密 ： m1= ci⊕ ki ,i=1,2,… ,n 因为加解密算法是模2 所以称为代数密码。 ③因为加解密算法是模2加，所以称为代数密码。 对合运算： 加运算是对合运算。 ④对合运算：f=f-1，模 2加运算是对合运算。
一、古典密码 一、古典密码
⑴单表代替密码 ①、加法密码 • A和B是有 n个字母的字母表。 个字母的字母表。 • 定义一个由A到B的映射：f:A→B 定义一个由A 的映射：
f(ai )= bi=aj j=i+ j=i+k mod n • 加法密码是用明文字母在字母表中后面第 k 个字母来代替。 个字母来代替。 • K=3 时是著名的凯撒密码。 时是著名的凯撒密码。
一、古典密码 一、古典密码
用近代密码学的观点来看，许多古典 用近代密码学的观点来看， 密码是很不安全的，或者说是极易破译 密码是很不安全的， 的。 但是我们不能忘记古典密码在历史上 发挥的巨大作用。 发挥的巨大作用。 另外，编制古典密码的基本方法对于 另外， 编制近代密码仍然有效。 编制近代密码仍然有效。
f(ai )= bi= aj j=ik mod n 其中，(n,k)=1。 其中， n,k)=1。 • 注意：只有(n,k)=1，才能正确解密。 注意：只有(n,k)=1，才能正确解密。
密码发展史之古典密码
密码发展史之古典密码密码(Cryptology)是一种用来混淆的技术,它希望将正常的、可识别的信息转变为无法识别的信息。
密码学是一个即古老又新兴的学科,密码学一词源自希腊文“krypto's”及“logos”两字,直译即为“隐藏”及“讯息”之意。
密码学是一门拥有几千年历史的学科。
密码学的发展大概经历了三个阶段:古典密码阶段、近代密码阶段、现代密码阶段。
下面我们一起了解古典密码阶段。
古典密码阶段是指从密码的产生到发展成为近代密码之间的这段时期密码的发展历史。
我们从古代产生密码的各个国家和几个简单的古典密码体制等方面来认识一下古典密码。
一、古典密码在古代各国的使用古代中国:从古到今,军队历来是使用密码最频繁的地方,因为保护己方秘密并洞悉敌方秘密是克敌制胜的重要条件。
正如中国古代军事著作《孙子兵法》中所说:知己知彼,百战不殆;不知彼而知己,一胜一负;不知彼不知己,每战必败。
中国古代有着丰富的军事实践和发达的军事理论,其中不乏巧妙、规范和系统的保密通信和身份认证方法。
中国古代兵书《六韬》中的阴符和阴书:《六韬》又称《太公六韬》或《太公兵法》,据说是由西周的开国功臣太公望(又名吕尚或姜子牙,约公元前1128—公元前1015)所著。
书中以周文王和周武王与太公问答的形式阐述军事理论,其中《龙韬•阴符》篇和《龙韬•阴书》篇,讲述了君主如何在战争中与在外的将领进行保密通信。
以下是关于“阴符”使用方法对话的译文。
武王问太公说:领兵深入敌国境内,军队突然遇到紧急情况,战事或有利,或失利。
我要与各军远近相通,内外相应,保持密切的联系,以便及时应对战场上军队的需求,应该怎么办呢?太公回答说:国君与主将之间用阴符秘密联络。
阴符共有八种:一种长一尺,表示大获全胜,摧毁敌人;一种长九寸,表示攻破敌军,杀敌主将;一种长八寸,表示守城的敌人已投降,我军已占领该城;一种长七寸,表示敌军已败退,远传捷报;一种长六寸,表示我军将誓死坚守城邑;一种长五寸,表示请拨运军粮,增派援军;一种长四寸,表示军队战败,主将阵亡;一种长三寸,表示战事失利,全军伤亡惨重。
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。
古典密码简介
古典密码简介
古典密码是一种在早期历史上用于安全通信的技术，其中包括凯撒密码、培根密码、摩斯密码、栅栏密码、维吉尼亚密码、猪圈密码和偏移量密码这些密码在CTF比赛中经常出现。
这些加密技术通常用于保护通信不被第三方或敌人破解，并确保信息的机密性。
古典密码的主要特点是使用替换或替换+换位的方式，替换密码使用替换表，单表和多表都有，换位密码则根据一定的规则重新排列明文。
由于其简单的设计，它是历史上最广泛使用的加密技术。
其中，凯撒密码可以通过偏移量来加密和解密，培根密码加密后只有a和b，摩斯密码是时通时断的信号代码，栅栏密码是将明文分成N个一组加密，维吉尼亚密码是使用凯撒密码进行加密的算法，猪圈密码是一种以格子为基础的简单替代密码，偏移量密码是一种仿射密码。
古典密码的另一个关键方面是其安全性在于保持算法本身的保密性，因此即使发送者和接收者知道加密的方式，但除非知道密钥，否则很难破解古典密码。
然而，由于替换和换位的方式很容易被敌方破解，所以随着技术的不断发展和进步，古典密码被现代密码算法所替代，成为安全性更高的加密技术。
古典密码方法是
古典密码方法是
古典密码方法是一种使用传统技术和手段进行加密和解密的密码方法。
这些方法通常是基于置换、替换和混淆的原理，使用字母、数字或符号进行编码和解码。
它们通常依赖于密钥，通过改变字母的顺序、替换字母或使用其他算法来隐藏原始信息。
常见的古典密码方法包括凯撒密码、单行移位密码、多行移位密码、培根密码等。
凯撒密码是一种基于字母位移的替换密码，通过将字母按照一定的位移量移动来加密信息。
单行移位密码和多行移位密码是一种将字母按照指定的规则在网格中移动，然后读取特定位置上的字母来加密信息的方法。
培根密码则是将字母表按照一定的规则与一个由五个字母组成的组合进行对应，将原始信息转换为一串由'A'和'B'组成的编码。
古典密码方法在现代密码学中已经不再安全，因为它们往往容易受到频率分析、统计分析和其他攻击方法的攻击。
现代密码学中更常使用的是基于数学原理和复杂算法的对称加密和非对称加密方法。
古典密码
解密，秘钥指示列，找到密文向 左看 恢复：MEET MEON THUR SDAY
置换密码
周期置换密码
列置换密码
......
明文：Alice is a murderer 加密：按列2143写出密文 秘钥：keys = （2143）
liur aeme cadr isre
解密：按秘钥序排出密文， 按行读出
Frequency analysis
加标点
Hereupon Legrand arose, with a grave and stately air, and brought me the beetle from a glass case in which it was enclosed. It was a beautiful scarabaeus, and, at that time, unknown to naturalists—of course a great prize in a scientific point of view. There were two round black spots near one extremity of the back, and a long one near the other. The scales were exceedingly hard and glossy, with all the appearance of burnished gold. The weight of the insect was very remarkable, and, taking all things into consideration, I could hardly blame Jupiter for his opinion respecting it.
《古典密码学》课件
03
古典密码学的加密 方式
替换式密码
原理：将明文中的每个字符 替换为其他字符
例子：凯撒密码，每个字符 向后移动3位
优点：简单易用，易于实现
缺点：安全性较低，容易破 解
错位式密码
原理：通过改变字母的 位置来加密信息
应用：广泛应用于古代 军事、外交等领域
政治机密保护
古代战争：传递军事情报，保护军事机密 外交谈判：保护外交机密，防止泄露 皇室宫廷：保护皇室机密，防止篡位夺权 商业贸易：保护商业机密，防止竞争对手窃取商业信息
商业秘密保护
商业合同：保护商业合同中的机密信息 商业谈判：保护商业谈判中的机密信息 商业计划：保护商业计划中的机密信息 商业策略：保护商业策略中的机密信息
文艺复兴时期的密码学
起源：文艺复 兴时期，密码 学开始兴起
代表人物：莱 昂纳多·达·芬奇、 伽利略等
密码类型：替 换密码、移位 密码等
应用领域：军 事、外交、商 业等
古典密码学的概念
古典密码学的主要目的是 保护信息的机密性
古典密码学是研究如何将 明文转换为密文的学科
古典密码学的主要方法包 括替换密码和置换密码
古典密码学与现代密码学的关系
古典密码学： 基于数学和 逻辑的加密 方法，如凯 撒密码、维 吉尼亚密码 等
现代密码学： 基于计算机 和通信技术 的加密方法， 如RSA、 AES等
关系：古典 密码学是现 代密码学的 基础，现代 密码学在古 典密码学的 基础上进行 了改进和创 新
局限性：古 典密码学在 安全性和效 率上存在局 限性，容易 被破解
步骤：收集足够多的密文 样本，统计字符频率，找
出最可能的字符