【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(huì)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(jí) 42 轉(zhuǎn)輪機(jī) 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級(jí) 43 轉(zhuǎn)輪機(jī) ? 不僅僅如此，因?yàn)楫?dāng)鍵盤上一個(gè)鍵被按下時(shí)，相應(yīng)的密文在顯示器上顯示，然后轉(zhuǎn)子的方向就自動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)字母的位置（在圖中就是轉(zhuǎn)動(dòng) 1/6圈，而在實(shí)際中轉(zhuǎn)動(dòng) 1/26圈）。右圖表示了連續(xù)鍵入 3個(gè) b的情況。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級(jí) 44 轉(zhuǎn)輪機(jī) ? 當(dāng)?shù)谝淮捂I入 b時(shí)，信號(hào)通過轉(zhuǎn)子中的連線，燈 A亮起來，放開鍵后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一格，各字母所對(duì)應(yīng)的密碼就改變了；第二次鍵入 b時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的字母就變成了 C；同樣地，第三次鍵入 b時(shí)，燈 E閃亮。 ? 為使機(jī)器更安全，可以把幾種轉(zhuǎn)輪和移動(dòng)的齒輪結(jié)合起來。因?yàn)樗修D(zhuǎn)輪以不同的速度移動(dòng)， n個(gè)轉(zhuǎn)輪的機(jī)器的周期是 26n。為進(jìn)一步阻止密碼分析，有些轉(zhuǎn)輪機(jī)在每個(gè)轉(zhuǎn)輪上還有不同的位置號(hào)。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級(jí) 45 轉(zhuǎn)輪機(jī) ? 德國人為了戰(zhàn)時(shí)使用，大大加強(qiáng)了其基本設(shè)計(jì)，軍用的Enigma由 3個(gè)轉(zhuǎn)輪，從 5個(gè)轉(zhuǎn)輪中選取。轉(zhuǎn)輪機(jī)中還有一塊稍微改名明文序列的插板，有一個(gè)反射器導(dǎo)致每個(gè)轉(zhuǎn)輪對(duì)每一個(gè)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(jí) 46 轉(zhuǎn)輪機(jī) ? 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(gè)轉(zhuǎn)子不同的方向組成了 26*26*26=17576種不同可能性；三個(gè)轉(zhuǎn)子間不同的相對(duì)位置為 6種可能性；連接板上兩兩交換 6對(duì)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(fù)雜的密碼機(jī)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(bào)中前幾個(gè)字母的重復(fù)出現(xiàn)，破解了早期的 Enigma密碼機(jī)，而后又將破譯的方法告訴了法國人和英國人。英國人在計(jì)算機(jī)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(jìn)行選擇明文攻擊等等手段，破解出相當(dāng)多非常重要的德軍情報(bào)。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級(jí) 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(gè)大的不重復(fù)的真隨機(jī)密鑰字母集，發(fā)送者用亂碼本中的每一個(gè)密鑰準(zhǔn)確地加密一個(gè)明文字符，加密是明文字符和密鑰字符進(jìn)行模 26加法。比如： ? 明文： oimepad ? 密鑰： TBFRGFARFM ? 密文： IPKLPSFHGQ ? 因?yàn)椋? 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(gè)方案就是完全保密的。給出的密文消息相當(dāng)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(jí) 48 代替密碼的特點(diǎn) ? 單字母代替密碼 （ Monoalphabetic Cipher) ：明文中字母的出現(xiàn)頻度、重復(fù)字母的模式和字母相互之間的結(jié)合模式等統(tǒng)計(jì)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(jì)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(jì)分析。 ? 多表代替密碼 ： 有多個(gè)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(jí) 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(jìn)行判別。雖然許多現(xiàn)代密碼也使用換位但由于它對(duì)存儲(chǔ)要求很大，有時(shí)還要求消息為某個(gè)特定的長度，因而比較少用。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級(jí) 50 Ⅱ 傳統(tǒng)密碼技術(shù) 換位密碼是采用移位法進(jìn)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(jí) 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(gè)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(jí) 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(gè)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(gè)置換 ： 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級(jí) 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(gè)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(jí) 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(fù)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(jí) 55 數(shù)據(jù)加密 對(duì)加密算法要求要達(dá)到以下幾點(diǎn)： （ 1） 必須提供高度的安全性； （ 2） 具有相當(dāng)高的復(fù)雜性 ， 使得破譯的開銷超過可能獲得的利益 ， 同時(shí)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(shí)現(xiàn)算法的電子器件必須很經(jīng)濟(jì) 、 運(yùn)行有效； （ 6） 必須能夠驗(yàn)證 ， 允許出口 。 2022317 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè) 06級(jí) 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(jí) 57 參考資料 ? Ron Rivest, 《 Computer and Network Security Lecture series 》 ? 段素娟 王文欽等 《 計(jì)算機(jī)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(jí) 58 ? 作業(yè) 5 設(shè)有如下密文串： ? JBCRCLQRWCRVNBJENBWRWN ? 依次實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)）