【正文】 加密成了 E， f被加密成了 C。于是如果我們在鍵盤上依次鍵入 cafe（咖啡），顯示器上就會依次顯示 DBCE，這是最簡單的加密方法之一 ——簡單代替密碼。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 42 轉(zhuǎn)輪機 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 43 轉(zhuǎn)輪機 ? 不僅僅如此，因為當鍵盤上一個鍵被按下時，相應(yīng)的密文在顯示器上顯示，然后轉(zhuǎn)子的方向就自動地轉(zhuǎn)動一個字母的位置（在圖中就是轉(zhuǎn)動 1/6圈，而在實際中轉(zhuǎn)動 1/26圈）。右圖表示了連續(xù)鍵入 3個 b的情況。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 44 轉(zhuǎn)輪機 ? 當?shù)谝淮捂I入 b時，信號通過轉(zhuǎn)子中的連線，燈 A亮起來，放開鍵后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一格，各字母所對應(yīng)的密碼就改變了；第二次鍵入 b時，它所對應(yīng)的字母就變成了 C；同樣地，第三次鍵入 b時，燈 E閃亮。 ? 為使機器更安全，可以把幾種轉(zhuǎn)輪和移動的齒輪結(jié)合起來。因為所有轉(zhuǎn)輪以不同的速度移動， n個轉(zhuǎn)輪的機器的周期是 26n。為進一步阻止密碼分析，有些轉(zhuǎn)輪機在每個轉(zhuǎn)輪上還有不同的位置號。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 45 轉(zhuǎn)輪機 ? 德國人為了戰(zhàn)時使用，大大加強了其基本設(shè)計，軍用的Enigma由 3個轉(zhuǎn)輪，從 5個轉(zhuǎn)輪中選取。轉(zhuǎn)輪機中還有一塊稍微改名明文序列的插板，有一個反射器導致每個轉(zhuǎn)輪對每一個明文字母操作兩次，結(jié)構(gòu)如圖所示。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 46 轉(zhuǎn)輪機 ? 于是轉(zhuǎn)子自身的初始方向，轉(zhuǎn)子之間的相互位置，以及連接板連線的狀況就組成了所有可能的密鑰：三個轉(zhuǎn)子不同的方向組成了 26*26*26=17576種不同可能性；三個轉(zhuǎn)子間不同的相對位置為 6種可能性；連接板上兩兩交換 6對字母的可能性數(shù)目非常巨大，有 100391791500種；于是一共有 17576*6*100391791500，大約為10000000000000000，即一億億種可能性。 ? 但如此復雜的密碼機在第二次世界大戰(zhàn)中被破解了，首先是波蘭人利用德軍電報中前幾個字母的重復出現(xiàn)，破解了早期的 Enigma密碼機，而后又將破譯的方法告訴了法國人和英國人。英國人在計算機理論之父 ——圖靈的帶領(lǐng)下，通過尋找德國人在密鑰選擇上的失誤，并成功奪取德軍的部分密碼本，獲得密鑰，以及進行選擇明文攻擊等等手段，破解出相當多非常重要的德軍情報。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 47 一次一密亂碼本 ? 如上所述的所有密碼算法均被破解，那么是否存在無法破解的理想加密方案呢？香農(nóng)證明了一種密碼屬于這種情況，它就是一次一密亂碼本（ onetime pad）。 ? 一般說來，一次一密亂碼本就是一個大的不重復的真隨機密鑰字母集，發(fā)送者用亂碼本中的每一個密鑰準確地加密一個明文字符，加密是明文字符和密鑰字符進行模 26加法。比如： ? 明文： oimepad ? 密鑰： TBFRGFARFM ? 密文： IPKLPSFHGQ ? 因為： O+Tmod26=I， N+Bmod26=P，E+Fmod26=K， …… ? 如果竊聽者不能得到用來加密的一次一密亂碼本，這個方案就是完全保密的。給出的密文消息相當于同樣長度的任何可能的明文消息。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 48 代替密碼的特點 ? 單字母代替密碼 （ Monoalphabetic Cipher) ：明文中字母的出現(xiàn)頻度、重復字母的模式和字母相互之間的結(jié)合模式等統(tǒng)計特性不變，安全性差。 ? 多碼代替密碼 ： 沒有隱藏明文中不同字母的統(tǒng)計特性 ，但安全性有所提高。 ? 多字母代替密碼 ： 字符塊被成組加密 ，有利于抗擊統(tǒng)計分析。 ? 多表代替密碼 ： 有多個映射表，可隱藏單字母出現(xiàn)的頻率分布。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 49 Ⅱ 傳統(tǒng)密碼技術(shù) 三 、 換位密碼 ? 置換密碼 (Permutation Cipher)又稱換位密碼（ Transposition Cipher)，加密過程中明文的字母保持相同，但順序被打亂了。由于密文字符與明文字符相同，密文中字母的出現(xiàn)頻率與明文中字母的出現(xiàn)頻率相同，密碼分析者可以很容易地由此進行判別。雖然許多現(xiàn)代密碼也使用換位但由于它對存儲要求很大，有時還要求消息為某個特定的長度，因而比較少用。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 50 Ⅱ 傳統(tǒng)密碼技術(shù) 換位密碼是采用移位法進行加密的 。 它把明文中的字母重新排列 ， 本身不變 ， 但位置變了 。 如：把明文中的字母的順序倒過來寫 ， 然后以固定長度的字母組發(fā)送或記錄 。 明文： puter systems 密文： sm etsy sretupmoc 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 51 Ⅱ 傳統(tǒng)密碼技術(shù) 密文則以下面的形式讀出： WOFHOHURIKACOSXTAMBXYNTOX 這里的密鑰是數(shù)字 5。 W H A T Y O U C A N F R O M T H I S B O O K X X X （ l）列換位法將明文字符分割成為五個一列的分組并按一組后面跟著另一組的形式排好。如明文是： WHAT YOU CAN FROM THIS BOOK 分組排列為： 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 52 Ⅱ 傳統(tǒng)密碼技術(shù) （ 2） 矩陣換位法 這種加密是把明文中的字母按給定的順序安排在一個矩陣中 ， 然后用另一種順序選出矩陣的字母來產(chǎn)生密文 。如將明文 ENGINEERING按行排在 3*4矩陣中 ， 如下所示： 1 2 3 4 E N G I N E E R I N G ?????????24 1312 34f給定一個置換 ： 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 53 Ⅱ 傳統(tǒng)密碼技術(shù) 現(xiàn)在根據(jù)給定的置換 ， 按第 2列 ， 第 4列 ，第 1列 ， 第 3列的次序排列 ， 就得得到密文： NIEGERNEN IG 在這個加密方案中 ， 密鑰就是矩陣的行數(shù) m和列數(shù) n， 即 m*n＝ 3*4，以及給定的置換矩陣 。也就是： k=（ m*n， f） 1 2 3 4 N I E G E R N E N I G 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 54 Ⅱ 傳統(tǒng)密碼技術(shù) 其解密過程是將密文根據(jù) 3*4矩陣 ， 按行 、 列的順序?qū)懗?， 再根據(jù)給定置換產(chǎn)生新的矩陣 ， 恢復明文為： ENGINEERING 1 2 3 4 N I E G E R N E N I G 1 2 3 4 E N G I N E E R I N G 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 55 數(shù)據(jù)加密 對加密算法要求要達到以下幾點： （ 1） 必須提供高度的安全性； （ 2） 具有相當高的復雜性 ， 使得破譯的開銷超過可能獲得的利益 ， 同時又便于理解和掌握； （ 3） 安全性應(yīng)不依賴于算法的保密 ， 其加密的安全性僅以加密密鑰的保密為基礎(chǔ)； （ 4） 必須適用于不同的用戶和不同的場合； （ 5） 實現(xiàn)算法的電子器件必須很經(jīng)濟 、 運行有效； （ 6） 必須能夠驗證 ， 允許出口 。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 56 古典密碼小結(jié) ? Substitution amp。 permutation ? 密碼分析 ? 多輪加密 ? 數(shù)據(jù)安全基于算法的保密 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 57 參考資料 ? Ron Rivest, 《 Computer and Network Security Lecture series 》 ? 段素娟 王文欽等 《 計算機安全與保密技術(shù) 》 ? Menezes, Van Oorschot, Vanstone, 《 Handbook of Applied Cryptography》 ? William Stallings 《 Cryptography and Network Security》 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級 58 ? 作業(yè) 5 設(shè)有如下密文串： ? JBCRCLQRWCRVNBJENBWRWN ? 依次實驗所有可能的解密密鑰 d0,…,d25 ? 可以得出有意義的明文。求出相應(yīng)的密鑰及明文串。（編程實現(xiàn)）