第7章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全(編輯修改稿)
2024-10-27 15:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 明文，但保持明文字母位置不變。在替代加密體制中，使用了密碼字母表。它可以由一個(gè)明文字母表構(gòu)成，也可以由多個(gè)明文字母構(gòu)成。由一個(gè)明文字母表構(gòu)成的替代密碼，稱為單表替代密碼。其替代過程就是明文和密文之間進(jìn)行一對(duì)一的映射。 ?愷撒密碼是最古老替代密碼，將字母a,b,c,d,… ,w,x,y,z的自然順序保持不變，但使之與D,E,F,G,… X,A,B,C分別對(duì)應(yīng)abcdefghijklmnopqrstuvwxyz DEFGHIJKIMNOPQRSTUVWXYZABC ?若明文為小寫字母 caesar cipher,則對(duì)應(yīng)的密文為大寫字母 FDHVDU FLSKHU（此時(shí)密鑰為 3，因?yàn)閷?duì)應(yīng)的大寫字母向左位移了 3個(gè)字母的位置）。這種密碼很容易破譯。因?yàn)樽疃嘀恍璩Ｔ?25次即可破譯。 二、置換密碼 置換密碼（ transposition cipher）是采用移位法進(jìn)行加密的，它將明文中的字母重新排列，本身不變，但位置變了。例如，以 CIPHER這個(gè)字作為密鑰。根據(jù)英文字母在 26個(gè)字母中的先后順序，我們可以得出密鑰中的每一個(gè)字母中的相對(duì)先后順序，例如，因?yàn)闆]有 A和 B，因此 C為第 1。同理， E為第 2， H為第 3， …… ,R為第 6。于是得出密鑰字母的相對(duì)先后順序?yàn)?145326。形成密文的規(guī)律如下：若密鑰中的數(shù)字 i在密鑰中的順序是第 j個(gè)，則表示第 i次讀取第 j列的字符。具體來說，數(shù)字 1在密鑰中排為第 1個(gè)，因此第 1次讀取第 1列的字符 a b a。數(shù)字 2在密鑰中排在第5個(gè)，因此第 2次讀取第 5列的字符 c n u。下面依次讀取第4列、第 2列、第 3列、和第 6列。 下面將明文也以 6個(gè)字符為一組從上到下寫在密鑰下，如： 密鑰 C I P H E R 順序 1 4 5 3 2 6 明文 a t t a c k b e g i n s a t f o u r 這樣得出密文為 abauaiotettgfksr。接收者按密鑰中的字母順序按列寫下，按行讀出，即得明文。由于這種密碼很容易破譯，所以置換密碼也是作為加密過程中的中間步驟。 ?對(duì)稱密鑰密碼體制 DES DES是 Data Encryption Standard（數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)）的縮寫。它是 IBM公司 W. Tuchman 和 C. Meyer 197172年研制的一種加密算法，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局于1977年公布把它作為非機(jī)要部門使用的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，二十年來，它一直活躍在國際保密通信的舞臺(tái)上，扮演了十分重要的角色。 ? DES是一個(gè)分組加密算法，也是一個(gè)對(duì)稱算法：加密和解密用的是同一個(gè)算法。 DES是一種對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的算法，數(shù)據(jù)分組長度為 64位，密文分組長度也是 64位，使用的密鑰為 64位，有效密鑰長度為 56位（因?yàn)槊總€(gè)第 8位都用作奇偶校驗(yàn)），而且可以任意時(shí)候改變。解密時(shí)的過程和加密時(shí)相似，但密鑰的順序正好相反， DES的整個(gè)體制是公開的，系統(tǒng)的安全性完全靠密鑰的保密。 ? DES在加密前，先對(duì)整個(gè)明文進(jìn)行分組。每一個(gè)組長為 64 bit。然后對(duì)每一個(gè) 明文進(jìn)行分組是在一個(gè)初始置換 (IP， Initial Permutation)后，明文組被分成左半部分和右半部分，每部分 32位，以 L0和 R0表示，然后是 16輪迭代的乘積變換，稱為輪函數(shù) f，將數(shù)據(jù)和密鑰結(jié)合起來。 16輪之后，左右兩部分進(jìn)行一次交換，再經(jīng)過一個(gè)初始逆置換 IP1 ，算法結(jié)束。 DES算法框圖 IP和初始逆變換 IP1 初始變換 IP和初始逆變換 IP1如表 72所示。輸入 64個(gè)二進(jìn)制位明碼文數(shù)據(jù)區(qū)組 m= m1m2…m64按初始換位表 IP進(jìn)行換位，得到區(qū)組 IP（ m）=m58m50m42m34…m15m7 記成 L0、 R0左右兩部分。 逆初始變換 IP1表示，它和 IP互逆。例如，第 58位經(jīng)過初始置換后，處于第 1位，而通過逆置換，又將第 1位換回到第 58位 ?？梢娸斎虢M m和 IP (IP1 (m)) 是一樣的。 初始變換 IP和初始逆變換 IP1 迭代變換（輪函數(shù) f）是 DES算法的核心部分，算法框圖如圖 77所示。 輪函數(shù) f是由選擇擴(kuò)展運(yùn)算 E、與子密鑰的異或操作、選擇壓縮運(yùn)算 S和置換運(yùn)算 P組成。 DES的一輪迭代 ? 選擇擴(kuò)展運(yùn)算 E：如表 73所示，將輸入的 32比特?cái)?shù)據(jù)擴(kuò)展為 48比特的輸出數(shù)據(jù)。如果將輸入的 32比特的數(shù)據(jù)按 E中所標(biāo)位置順序讀出，則可得到 48比特的數(shù)據(jù)輸出。可以看出一些位被讀了兩次。 選擇擴(kuò)展運(yùn)算 E和置換 P ? 選擇壓縮運(yùn)算 S：將輸入的 48比特?cái)?shù)據(jù)從左至右分成 8組，每組 6比特。然后輸入 8個(gè) S盒，每個(gè) S盒為一線性變換（如圖 78所示），有 4比特輸出。 盒 S1， S2， S3， S4， S5， S6， S7， S8的選擇函數(shù)關(guān)系分別如下表所示： 對(duì)每個(gè)盒 Si,6比特輸入中的第 1和第 6比特組成的二進(jìn)制數(shù)確定 Si的行，中間 4位二進(jìn)制數(shù)用來確定 Si的列。 Si中相應(yīng)行、列位置的十進(jìn)制數(shù)的 4位二進(jìn)制數(shù)表示作為輸出。例如， S1的輸入是 101100，則列為 0110
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