古典密码和流密码的原理及应用
2 古典密码
• 实用加密体制需满足：
1.Εk，Dk易于计算
2.对任何敌手，即使获得密文y，不可能由此确
定k和x。
• 已知y，试图得到k的过程，称为密码分析。 • 要求：通过y计算k至少与通过y计算x同样困难。
移位密码不安全，可用穷尽密钥搜索破译 例： 密文 V H F X U LW B v h f x ul wb u g e w tk va
Jiangsu University
2 古典密码
古典密码体制
古典密码有两个基本工作原理：
代换(substitution) 置换(permutation)
这两个基本工作原理在仍然是现代对称加密算法的最重要 的核心技术
现代对称密码DES和AES中就有这两个工作原理的应用
11/10/15 10:57
• 已知m，确定K=(k1,k2,…km)
---- f0,f1,…,f25为A,B,…,Z在yi中出现的频数，n’=n/m为yi长度 26个字母在yi中的概率分布为： f0/n’,f1/n’,…,f25/n’ ---- yi中是由明文子集中字母移ki位所得，故移位后概率分布 fki/n’,f1+ki/n’,…,f25+ki/n’ 应近似等于p0,p1,…,p25 ---- 定义Mg=∑(pifi+g)/n’, g=0,1,…25
如果g=ki,
Mg ≈ ∑pi2=0.065
如果g≠ki， Mg 一般应该＜0.065 对每个i，由此确定ki
换位密码
换位密码，也成为置换密码，通过重新排列消息中元素的位 置而不改变元素本身来变换一个消息，这种思想广泛应用于 现代分组密码的构造。
密钥为置换： 加密算法为： 显然有： 解密算法为：
chap2-古典密码
密钥 密文
密钥
明文
加密算法
明文 解密算法
加密密钥(Encryption Key) 解密密钥(Decryption Key)
基本概念
需要密钥的加密算法，记为：C=E(K,P),即密文消息同时
依赖于初始明文和密钥的值。实际上，E是一组加密算法， 而密钥则用于选择其中特定的一个算法。
加密与解密的密钥相同，即：P=D(K,E(K,P)) 加密与解密的密钥不同，则：P=D(K ,E(K ,P))
除了一次一密的方案外，没有无条件安全的算法 安全性体现在任意一条：
• 破译的成本超过加密信息的价值 • 破译的时间超过该信息有用的生命周期
密钥搜索所需平均时间
目录
1.
2. 3.
密码学的起源、发展和现状
密码学基本概念 典型几种古典密码技术
经典加密技术
替代 置换 隐写术
古典密码：替代（代替）
2018/6/26
41/72
古典密码：置换
改变明文内容元素的相对位置，保持内容的表现形式不 变 通常称为transposition或者permutation密码 通过重新安排消息字母的位置来隐藏明文信息，而不是 用其他字母来代换明文字母 这种方法是很容易破译的，因为密文拥有与明文一样的 字母频率统计特性
（4）任意k∈ K，有一个加密算法 ek E 和相应的解密 算法 d k D ，使得 ek : P C 和 dk : C P 分别为加 密解密函数， 满足dk(ek(x))=x ，这里 x ∈P。
密码编码系统分类
保密内容 密钥数量 明文处理的方式
保密内容
受限制的（restricted)算法
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。
古典密码和流密码的原理及应用
信息科技探索在信息爆炸的时代，科技飞速发展，互联网成为人们生活必不可少的一部分。
人们为了生活的便利，把自己的重要信息传递到网络上。
近几年来大数据和云计算的快速发展使得大量信息能够在短时间内被破解[1]，因此信息安全问题显得尤为重要。
密码学则是信息安全的基石[2]。
密码学主要研究怎样隐秘地传递信息，甲方将所要传递的信息（明文）通过一定方式的变换转换成不同的信息（密文）发送给乙方，而乙方再经过同样方式的逆变换后将密文转换为明文从而保证信息不会被轻易窃取。
而信息转换的方式被称为密钥。
本文通过举例的方式介绍了一些经典密码的加密体制和应用方法。
1 古典密码1.1 整数的带余除法和同余运算整数对于加法、减法、乘法运算都是封闭的，即任意两个整数的和、差、积仍然是整数。
但是对除法运算不再是封闭的，例如，8除以5就不是整数了。
带余除法定理是给定整数a ，b 且b >0，则存在唯一的一对整数q ，r ，使得等式a =qb +r 成立。
其中，0≤r <b 。
这里r 称为a 除以b 的余数。
我们定义n 是一个大于1的自然数，若a ，b 是整数且整除a −b ，则称整数a 和b 模是同余的，记作a ≡b (modn )。
1.2 移位密码令即对取余数，易知。
对任意，可以定义移位加密函数为： （1）以及移位解密函数： （2）如果取，则此密码体制叫做凯撒密码（Caesar Cipher），因为它首先被儒勒·凯撒所提出和使用。
使用移位密码可以用来加密普通的英文句子，但是首先必须建立英文字母和模26剩余之间的一一对应关系。
现将此对应关系列表如表1。
表1 移位密码的字母数字对应表A B C D E F G H I J K LM0123456789101112N O P Q R S T U VWXYZ13141516171819202122232425实例1：我们取明文practicemakesperfect，通过表1将明文中的字母串一一对应为数字串15 17 0 2 19 8 2 4 12 0 10 4 18 15 4 17 5 4 2 19。
中国古今密码学历史
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中国古今密码学历史
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中国古今密码学历史
中国是世界上最古老的国家之一，其密码学历史可以追溯到古代。以下是中国古今密码学历史的大致概述
古代密码学
古代密码学
在古代，密码学主要用于军事和政治目的。最古老的密码之一是
阴符
，它是一种简单的密码，用于传达军事信息。阴符通常是一组符号或数字，其中每个符号或数字都有特定的含义。例如，一个简单的阴符可能是用"一"表示"前进"，用"二"表示"后退"，用"三"表示"停止"等
另一种古代密码是
阴书
阴书是一种更复杂的密码，它使用多个符号或数字来表达一个完整的信息。阴书通常需要使用多个阴符来传达信息，因此需要发送者和接收者之间有共同的密钥
除了阴符和阴书外，古代中国还使用了其他一些密码技术，如
密码筹
古代密码学
和
近现代密码学
近现代密码学
随着计算机技术的不断发展，密码学在现代社会中变得越来越重要。中国的密码学研究和实践在近几十年也得到了很大的发展
在中国，现代密码学的研究和应用始于20世纪80年代。随着计算机和网络技术的普及，中国开始重视计算机安全和网络安全问题，并逐步发展了自己的密码学理论和技术
中国在近现代密码学领域取得了一些重要的成就。其中最著名的是中国科学家王小云在2005年破解了当时世界上最强大的密码算法——MD5和SHA-1。这一成就震惊了全球密码学界，也为中国密码学的发展赢得了国际声誉
密码模块的24个分类
密码模块的24个分类
密码模块的分类方式有很多，以下是其中一些常见的分类：
古典密码与现代密码：古典密码以字符为基本加密单元，现代密码则以信息块为基本加密单元。
算法保密与密钥保密：算法保密应用于军事领域，而密钥保密则应用于现代加密领域。
对称密码与非对称密码：对称密码采用单钥密码（私钥密码），加密和解密使用相同的秘钥；非对称密码采用双钥密码（公钥密码），加密和解密使用不同的秘钥。
分组密码与流密码：分组密码对明文分为固定长度的组，用同一秘钥、算法对各个组进行加密；流密码则指加密时每次只加密一位或一个字节明文。
散列函数：用于验证数据的完整性。
数字签名：主要针对以数字的形式存储消息进行处理。
硬件模块、软件模块、固件模块、混合软件模块、混合固件模块等：根据实现方式的不同进行分类。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询专业人士。
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中两种基本的加密方法，它们都有着各自独特的原理和应用。
本文将深入介绍古典密码和流密码的原理，以及它们在实际中的应用。
古典密码是指一种使用简单的替换或排列规则对明文进行加密的加密方法。
古典密码包括凯撒密码、简单曹文和多替换密码等。
凯撒密码是最为典型的古典密码之一。
凯撒密码顾名思义，就是由古罗马军事家凯撒创立的一种密码算法。
凯撒密码的原理是将明文中的每个字母按照一个固定的偏移量进行位移，以得到密文。
若偏移量为3，那么明文中的字母A就被替换成D，B替换为E，以此类推。
而解密过程则是将密文中的字母按同样的偏移量进行逆向位移，得到原始明文。
古典密码的原理相对简单，适用于只具备基本加密需求的场景。
由于其固定的替换或者排列规则，古典密码容易受到密码分析的攻击，安全性较低。
在现代的密码保护领域，古典密码已经渐渐被更安全的加密方法所替代。
流密码是另一种加密方法，它采用了更为复杂的原理进行加密。
流密码的基本原理是利用一个伪随机序列对明文进行逐位的加密。
这个伪随机序列可以通过特定的算法以及一个密钥生成，而密钥则决定了伪随机序列的生成规则。
流密码的一个经典应用是RC4流密码算法。
RC4是由著名密码学家罗纳德·里维斯提出的一种流密码算法，它被广泛应用于SSL/TLS协议中，用于保护网络通信的安全性。
RC4算法使用了一个变长的密钥进行初始化，并以此生成一个伪随机的密钥流，再将这个密钥流与明文进行逐位的异或运算，得到密文。
解密过程与加密过程类似，将密文与生成的密钥流进行异或运算，还原出原始明文。
流密码相对于古典密码来说，具有更高的安全性。
因为伪随机序列的长度会根据密钥的长度而变化，使得密码分析者难以找到规律进行破解。
流密码的加密过程是逐位进行的，使得即使部分明文泄露，也无法得知整个密文的信息。
流密码则可以提供更高的安全性，适用于对信息保密要求较高的场景，比如网络通信和金融交易等领域。
古典密码学ppt课件
古典多码加密法：Vigenere密码的分析
关键词在明文上重复书写 密钥的重复部分与明文中的重复部分的关联，在密文中也产生 一个重复部分
推测关键词的长度：为了使关键词本身与重复的明文对齐，重复明 文之间的间距是关键词长度的整数倍 找到密文中重复的字符部分，并计算它们之间的“距离”(字符 数)； 计算所有“距离”的因子； 最大公约数很可能就是关键词的长度。
暗示三
所有数字都是由1-5以内的数字组成——暗合棋盘密
古典密码编码学之外：最牛游戏玩家
密码学破译隐藏任务
信息理论意义上的安全性是无条件的并且能够抵抗任何方法的密码分析！！
古典密码编码学之外：使用和安全性
古典密码安全使用的条件
#K ≥ #M； k∈UZn，且每次加密只使用一次——对加密少量数据是实用的，例如依
次随机数、会话密钥等。
古典密码编码学之外：最牛游戏玩家
密码学破译隐藏任务
游戏《大航海时代Online》
古典多码加密法：Vigenere密码
Vigenere密码是基于关键词的加密系统。 Vigenere密码不同于单码关键词加密，它将关键词写在明文的上面，
并不断重复书写，这样每个明文字母都与一个关键词的字母关联。 例一：关键词为“hold”，那么关键词-明文的关联如下
hol dhol dhol dhol dho t hi s i s t hepl ai nt e xt
古典多码加密法：Vigenere密码
Vigenere表
明文
密文
古典多码加密法：Vigenere密码
加密过程：给定一个密钥字母k和一个明文字母p，密文字母就是位 于k所在的行与p所在的列的交叉点上的那个字母。
第4讲 数据加密技术(古典密码)
字 X XYZAB C D EF G H I J K LM N O PQ R STUVW 母 Y YZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWX Z ZAB CD EFG H I J KLM N O PQR STUVWXY
一、古典密码 一、古典密码
Vigenre密码的代替规则是用明文字母在Vigenre 密码的代替规则是用明文字母 明文字母在 方阵中的列和密钥字母 方阵中的列和密钥字母在Vigenre方阵中的行的交 密钥字母在
一、古典密码 一、古典密码
⑵、多表代替密码
• 单表代替密码的安全性不高，一个原因是 单表代替密码的安全性不高，
一个明文字母只由一个密文字母代替。 一个明文字母只由一个密文字母代替。
• 构造多个密文字母表， 构造多个密文字母表， • 在密钥的控制下用相应密文字母表中的一个字
母来代替明文字母表中的一个字母。一个明文 母来代替明文字母表中的一个字母。 字母有多种代替。 字母有多种代替。
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
扩散： 扩散：将每一位明文和密钥的影响 扩大到尽可能多的密文位中。 扩大到尽可能多的密文位中。
“扩散”是一种将明文冗余度分散到密文中的方 法，即将单个明文或密钥位的影响尽可能扩大 到更多的密文中去，不仅将统计关系隐藏起来， 也使密码分析者寻求明文冗余矿度增加了难度。 最简单的“扩散”方法是“置换 （Permutation）”法。
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1. 引言1.1 古典密码和流密码的定义古典密码是一种利用固定的密码算法对明文进行加密的加密方式，其加密和解密过程都是通过固定的规则来进行的。
古典密码通常采用替换或移位等简单的算法进行加密操作，如凯撒密码、栅栏密码等。
流密码是一种利用流加密算法对明文进行加密的加密方式，其加密过程是通过不断变化的密钥流和明文进行异或运算来实现的。
流密码不像古典密码那样只进行一次加密操作，而是通过不断更新密钥流来生成大量密文。
古典密码和流密码在密码学领域有着重要的应用价值。
古典密码作为密码学的起源，为人们提供了了解密码学基础原理的重要途径，同时也为密码算法的发展奠定了基础。
流密码则在现代通信领域有着广泛应用，如在无线通信、网络安全等方面都有着不可或缺的作用。
古典密码和流密码的定义和应用价值对于理解密码学的基本概念和实际应用具有重要意义。
1.2 古典密码和流密码的应用价值古典密码和流密码在当今信息安全领域发挥着重要作用，它们的应用价值不可忽视。
古典密码通过对明文进行加密处理，保护了信息的机密性。
它们被广泛应用于军事、政府机构以及商业组织中，用于保护机密通信和数据。
古典密码的应用还涉及个人隐私保护、电子支付安全等方面，为社会的稳定和发展提供了有力支持。
古典密码和流密码的应用价值不仅体现在保护信息安全和维护隐私方面，还有助于促进信息技术的发展和推动数字化社会的进步。
随着信息安全需求的不断增加和密码学技术的不断发展，古典密码和流密码将在未来的社会中发挥更加重要的作用。
2. 正文2.1 古典密码的原理古典密码是一种利用简单的替换或移位规则来加密信息的传统密码体制。
其原理是根据特定的规则将明文转换为密文，以达到保障信息安全的目的。
古典密码的加密过程通常涉及到替换、移位、排列等操作，而解密过程则是反向的操作，将密文转换为明文。
古典密码主要有几种经典的类型，包括凯撒密码、恺撒密码、栅栏密码等。
这些密码各有特点，但都是基于简单的规则进行加密，容易被破解。
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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中常见的两种加密算法，它们都有各自的原理和应用。
在
本文中，我们将从古典密码和流密码的基本原理、特点和应用进行介绍。
一、古典密码的原理及应用
1. 古典密码的原理
古典密码是指使用传统的加密技术来实现信息加密的方法，其基本原理是通过替换或
置换明文中的信息来隐藏其真实含义。
古典密码包括凯撒密码、埃尼格玛密码等。
以凯撒密码为例，其原理是将明文按照一定的位移量进行移位，然后将移位后的字母
作为密文输出。
比如将A替换成D，B替换成E，以此类推。
这样即使密文被截获，也需要知道移位的位移量才能还原出明文。
2. 古典密码的应用
古典密码多用于古代的军事和外交领域，用来保护国家机密以及军事指令等重要信息。
近年来，古典密码也被一些爱好者用来进行通信加密等娱乐用途。
1. 流密码的原理
流密码是一种利用伪随机数发生器生成密钥流，再用该密钥流与明文进行“异或”运
算得到密文的加密方法。
其本质是一种通过伪随机数对明文进行混淆的加密技术。
对于流密码，其加密过程即将明文按位与密钥流进行异或操作，得到密文。
解密时同
样将密文按位与密钥流进行异或操作，即可得到原来的明文。
2. 流密码的应用
流密码广泛应用于现代通信领域，特别是在无线通信和互联网通信中。
流密码因为其
运算速度快、加密强度高和可扩展性强，在实际应用中得到了广泛的应用。
三、古典密码和流密码的特点比较
1. 安全性
古典密码由于使用的密钥空间较小，容易被暴力破解攻击。
而流密码使用的密钥流是
一个伪随机数列，其安全性相对较高，因此在加密强度上有着明显的优势。
2. 速度
古典密码的加密和解密速度通常较快，特别是对于简单的置换密码。
流密码的加密和解密速度也不慢，因为其基于异或操作，计算速度也相对较快。
3. 可拓展性
古典密码在使用新的密钥时需要重新构造密码表，而流密码在生成新的密钥流时只需要改变密钥生成算法的种子即可，因此在可扩展性上流密码拥有更大的优势。
1. 古典密码的应用场景
古典密码由于其简单易懂的加解密过程，通常应用在一些对加密强度要求不高的通信场景中，也适合一些爱好者用于进行加密通信。
总结
古典密码和流密码是密码学中常见的两种加密算法，它们都有各自的原理、特点和应用。
古典密码以其简单易懂的加解密过程在一些对加密强度要求不高的通信场景中得到了应用。
而流密码因为其高效的加密速度和强大的加密强度在现代通信系统中得到了广泛的应用。
随着信息技术的不断发展，加密技术也在不断提升，古典密码和流密码仍然是密码学中的重要组成部分，它们的应用将会更加广泛，保护通信安全的使命也将更加重要。