第三章--密碼學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用(編輯修改稿)
2024-09-01 10:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ? 代替密碼（ substitution cipher)：就是明文中的每一個(gè)字符被替換成密文中的另一個(gè)字符。接收者對密文做反向替換就可以恢復(fù)出明文。如愷撒密碼。 ? 換位密碼（ transposition cipher) ，又稱 置換密碼 (permutation cipher)：明文的字母保持相同，但順序被打亂了。 代替密碼 ? 簡單代替密碼（單字母密碼）：明文的一個(gè)字符用相應(yīng)的一個(gè)密文字符代替。如愷撒密碼（密鑰為 3）。 ? 多名碼代替密碼：明文的一個(gè)字符可以映射成密文的幾個(gè)字符之一。 ? 字母代替密碼：組成加密字符塊。 ? 多表代替密碼：由多個(gè)簡單的代替密碼構(gòu)成。如滾動密鑰密碼。 代替密碼的破譯 ? 猜測密鑰的長度 ? 利用字母頻度表進(jìn)行破譯 ? 單個(gè)字母對單個(gè)字母，不管怎樣變換，字母的出現(xiàn)概率在一個(gè)具體的語言里面是十分穩(wěn)定的。 ? 穩(wěn)定的概率是破譯這種經(jīng)典密碼體制的關(guān)鍵。 各個(gè)明文字母的概率和密文字母頻率的對照 換位密碼的破譯 ? 判斷密碼類型：利用密文中字母出現(xiàn)的頻率判斷是否為換位密碼。 ? 根據(jù)消息的上下文猜測密鑰的長度，即列數(shù)。 ? 確定各列的順序。 對稱密碼學(xué) DES數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) 1973年 5月，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)出通告，公開征求 對計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)在傳輸和存儲期間的進(jìn)行數(shù)據(jù)加密的 算法。要求： ? 必須提供高度的安全性； ? 具有相當(dāng)高的復(fù)雜性，使得破譯的開銷超過獲得的利益，但同時(shí)又便于理解和掌握； ? 安全性應(yīng)當(dāng)不依賴于算法的保密，加密的安全性僅以加密密鑰的保密為基礎(chǔ)； ? 必須適合不同的用戶和不同的應(yīng)用場合； ? 實(shí)現(xiàn)算法的電子器件必須很經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行有效； ? 必須能夠出口。 1975年， IBM提出的算法被采納，并向全國公 布，征求意見。 1977年 1月 15日，美國國家標(biāo) 準(zhǔn)局正式采用這個(gè)算法作為數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（同 年 7月 15日生效）。 1998年 12月以后新的美國 聯(lián)邦加密標(biāo)準(zhǔn)被稱為高級加密標(biāo)準(zhǔn) AES。 DES的算法思想 ? 將二進(jìn)制序列的輸入明文，以 64位為數(shù)據(jù)分組，然后對這些明文進(jìn)行 替換和換位 ，最后形成密文。 DES 64位明文組 56位密鑰 64位密文組 DES算法的基本特點(diǎn) ? 對稱算法：既可用于加密，也可用于解密。 ? 64位的密鑰，使用長度為 56位（ 64位密鑰中，有 8位用于奇偶校驗(yàn)）。 ? 加密算法是換位與置換的結(jié)合。 ? 每個(gè) DES都在明文上實(shí)施 16重相同的組合技術(shù)，這種重復(fù)性可以被理想地應(yīng)用到一個(gè)專用芯片中。 DES加密過程 DES加密過程細(xì)化 DES加密過程主要涉及如下環(huán)節(jié)（模塊）： ? 初始換位和逆初始換位 ? 將 64位明文分為 32位的左右兩段： L0和 R0 ? 生成每一輪的子密鑰 ? 進(jìn)行 16輪相同的迭代運(yùn)算：混淆 +異或 +交換 ? 將最后左右兩段合并 DES的安全性 ? 密鑰長度太小， IBM建議用 112比特； ? 差分密碼分析與線性分析； ? 20世紀(jì) 90年代 ， RSA公司發(fā)起對 DES的三次挑戰(zhàn)； ? 1999年一百多個(gè) CPU利用并行算法，用 23小時(shí)左右成功破譯； ? 1999年在互聯(lián)網(wǎng)上，用分割密鑰方法成功破譯。 三重 DES（ TDES） ? 執(zhí)行 3次 DES算法，相當(dāng)于使用 3倍 DES的密鑰長度的密鑰，記加密密鑰為 ? 加密： ? 解密： 初始換位 IP 逆初始換位 子密鑰的生成 PC1變換及密鑰的分割 每輪左移位數(shù) 壓縮置換 PC2 ? 從 56位密鑰中取出 48位 PC2壓縮算法 f算法 ? f算法是 DES精華所在，用它來實(shí)現(xiàn)分組加密的擴(kuò)展和混淆。在 DES中，其他部分是線性的，而 f算法是非線性的。 ? f算法主要由 E盒、 S盒和 P盒 組成。 f算法的組成 E盒（ Expansion Permutation） 把數(shù)據(jù)明文的右半部分 Ri從 32位擴(kuò)展到 48位。 這樣的好處有： ? 可以與 48位的密鑰進(jìn)行異或運(yùn)算； ? 有利于產(chǎn)生雪崩效應(yīng)（ Avalanche Effect）盡快地使輸出（密文）的每一位依賴輸入 （明文和密鑰）的每一位。 E盒擴(kuò)展置換 S盒代換 ? 對 48位的輸入替代壓縮成 32位的輸出。替代由 8個(gè) S盒進(jìn)行。每個(gè) S盒有 6位輸入， 4位輸出。 P盒置換 16 7 20 21 29 12 28 17 1 15 23 26 5 18 31 10 2 8 24 14 32 27 3 9 19 13 30 6 22 11 4 25
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