【導(dǎo)讀】在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)深入普及的信息時(shí)代，信息本身就是時(shí)間，就是財(cái)富。密碼是有效且可行的辦法。解密原理三方面闡述了DES算法的整個(gè)過程。并在此基礎(chǔ)上，在windows環(huán)境下，利用。java實(shí)現(xiàn)DES加密與解密算法，以窗體界面方式完成一個(gè)本地的系統(tǒng)加解密演示器。本論文共分為五部分。第一章從現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展揭示密碼學(xué)在科學(xué)領(lǐng)域中的重。要性，從而說明選此課題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的原因。第二章講述了密碼學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。加密、DES解密的次序。第四章對(duì)DES安全性分析與工作模式進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。說明DES加/解密算法的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，以及其具體實(shí)現(xiàn)方法。

　　

【正文】 （ ） 3 31 1 32 2 33 3( ) m od 26c k p k p k p? ? ? （ ） 用列矢量和矩陣表示如下： 123ccc??????????= 11 1 1 2 1 32 1 2 2 2 3 23 1 3 2 3 3 3pk k kk k k pk k k p????????????????mod26 （ ） 或 26modKPC ? 這里 C和 P是長(zhǎng)度為 3的列矢量，分別代表密文和明文， K 是一個(gè) 3? 3 矩陣，代表加密密鑰。 運(yùn)算按模 26 執(zhí)行。例如，對(duì)明文“ paymoremoney”，用加密密鑰： 17 17 521 18 212 2 19K??????? （ ） 明文的前面 3個(gè)字母用矢量（ 15 0 24）表示，則有： K(15 0 24)=(375 819 486) mod 26 = (11 13 18) = LNS （ ） 照此方式轉(zhuǎn)換余下字母，可得整段明文對(duì)應(yīng)的密文是 LNSHDLEWMTRW。 解密則需要用到矩陣 K的逆。矩陣 K 的逆矩陣 1K? 由等式 IKKKK ?? ?? 11 定義，其中 I是單位矩陣。不一定所有的矩陣都有逆，但是如果有逆則一定能滿足上式。對(duì)于剛才這個(gè)例子， K的逆是： 長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 1 4 9 1 51 5 1 7 62 4 0 1 7K ???????? （ ） 可以驗(yàn)證如下： 17 17 5 4 9 15 44 3 44 2 44 221 18 21 15 17 6 85 8 49 5 78 0 m od 262 2 19 24 0 17 49 4 52 36 5? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?= 1 0 00 1 00 0 1?????? （ ） 用一般術(shù)語， Hill 密碼可以表示如下： ( ) m od 26kC E P K P?? （ ） 11( ) m o d 2 6kP D C K C K K P P??? ? ? ? （ ） 同 Playfair 密碼相比， Hill 密碼的優(yōu)點(diǎn)是完全隱蔽了單字母頻率特性。實(shí)際上，Hill 用的矩陣越大，所隱藏的頻率信息就越多。因此，一個(gè) 3? 3的 Hill 密碼不僅隱藏了單字母的頻率特性，還隱藏了雙字母的頻率特性。盡管 Hill 密碼足以抗惟密文攻擊，但是它較易被已知明文攻擊破解。對(duì)于一個(gè) m? m 的 Hill 密碼，假如我們有 m個(gè)明密文對(duì)，每個(gè)長(zhǎng)度都是 m，定義 12( , ,..., )j j j mjP p p p? 和 12( , ,..., )j j j mjC c c c? ，使得對(duì)每個(gè) jC 和jP （ 1 jm??）都有 jC =K jP ，其中 K 是未知矩陣形密鑰。現(xiàn)在定義兩個(gè) mm* 的矩陣)( ijpX? 和 )( ijcY? 。那么我們可以得出矩陣等式 KXY? 。若 X 可逆則可得 1??YXK 。若 X不可逆，那么我們可以另找 X直到得到一個(gè)可逆的 X。假設(shè)明文“ Friday”經(jīng)過一個(gè) 2 2? 的 Hill 加密生成 pqcfku。因此我們知道 K（ 5 17） =（ 15 16）； K(8 3)=(2 5)。 K(0 24)=(10 20)。那么由這兩個(gè)明密文對(duì)可得： 1 5 2 5 8 m o d 2 61 6 5 1 7 3K? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? （ ） X 的逆是： 15 8 9 21 7 3 1 1 5?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? （ ） 1 5 2 9 2 1 3 7 6 0 7 8m o d 2 61 6 5 1 1 5 1 4 9 1 0 7 1 9 3K ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ ） 該結(jié)果可以由第 3個(gè)明密文對(duì)來驗(yàn)證。 長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 多表代換密碼 改進(jìn)簡(jiǎn)單的單表代換的方法是在明文消息中采用不同的單 表代換。這種方法一般稱之為多表代換密碼。所有這些方法都有以下的共同特征： （ 1） 采用相關(guān)的單表代換規(guī)則集。 （ 2） 由密鑰決定給定變換的具體規(guī)則。 此類算法中最著名、簡(jiǎn)單的是 Vigenere 密碼。它的代換規(guī)則集由 26 個(gè)類似 Caesar密碼的代換表組成，其中每個(gè)代換表是對(duì)明文字母移位 0 到 25 次后得到的代換單表。每個(gè)密碼代換表由一個(gè)密鑰字母來表示，這個(gè)密鑰字母就是用來代換明文字母 a的那個(gè)字母。對(duì)于 Caesar 密碼，代換表是移位 3次得到的，所以 Caesar 密碼的代換表由密鑰值 d來代表 [12]。 為了幫助理解該方案并 幫助它的使用，需要構(gòu)造一個(gè)稱為 Vigenere 的表格。 26個(gè)密文的每個(gè)都是水平排列的，每個(gè)密文的 左側(cè)為其密鑰字母。對(duì)應(yīng)明文的一個(gè)通常的字母表從頂部向下排列。加密的過程很簡(jiǎn)單：給定一個(gè)密鑰字母 x 和一個(gè)明文字母 y，密文字母則為于標(biāo)為 x的行和標(biāo)為 y 的列的交叉點(diǎn)；在此情況下密文為 V[10]。 為了加密一個(gè)消息，需要一個(gè)與該消息一樣長(zhǎng)的密鑰。通常該密鑰為一重復(fù)的關(guān)鍵詞。例如，如果關(guān)鍵詞是 deceptive，消息 “we are discovered save yourself”被加密為： 密鑰： deceptivedeceptivedeceptive 明文： wearediscoveredsaveyourself 密文： zicvtwqngrzgvtwavzhcqyglmgj 解密也同樣簡(jiǎn)單。密鑰字母也標(biāo)識(shí)行。明文字母所在行的位置決定列，該明文字母位于該列的頂部。該密碼的強(qiáng)度在于對(duì)每個(gè)明文字母由多個(gè)密文字母對(duì)應(yīng)，每個(gè)明文字母對(duì)應(yīng)于該關(guān)鍵詞的每個(gè)獨(dú)特的字母，因此，該字母的頻率信息是模糊的。然而，并非所有明文結(jié)構(gòu)的所有知識(shí)都丟失了。例如，對(duì)具有一個(gè)長(zhǎng)度為 9 的關(guān)鍵詞的 Vigenere密碼的頻率分布，它取得了優(yōu)于 Playfair 密碼的改進(jìn)，但是保留了可觀的頻率信息 [9]。 擬定攻破這種密碼的方法具有指導(dǎo)意義，因?yàn)樵摲椒@示了某些應(yīng)用于密碼分析的數(shù)學(xué)原則。 首先，假定對(duì)手認(rèn)為該密文是使用單字母表替代或一種 Vigenere 密碼進(jìn)行了加密的。為了判定，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試。如果使用了單字母 表 替代，則密文的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)應(yīng)當(dāng)與對(duì)應(yīng)明文的語言的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)相同。如果僅有單一消息可供分析，我們將不能期待這個(gè)小樣本與該明文語言的統(tǒng)計(jì)參數(shù)有額外的匹配。無論如何，如果對(duì)應(yīng)是密切的，能夠假定是單字母替代。 另一方面，如果猜測(cè)是 Vigenere 密碼，則進(jìn)展 取決 于 其關(guān)鍵詞長(zhǎng)度的決定，稍后將看到這一點(diǎn)?，F(xiàn)在，讓我們關(guān)注如何能確定關(guān)鍵詞的長(zhǎng)度。導(dǎo)致 長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 問題解決的關(guān)鍵點(diǎn)在于：如果兩個(gè)等同的明文字母序列出現(xiàn)在一定的距離內(nèi)，該距離就為該關(guān)鍵詞長(zhǎng)度的整數(shù)倍，它們將產(chǎn)生等同的密文序列。在前述的例子中序列 “red”的兩個(gè)實(shí)例被 9個(gè)字符位置所分割。結(jié)果，在這兩種情況下， r 使用密鑰字母 e 加密， e使用密鑰字母 p加密。因此，在兩種情況下相應(yīng)的密文序列是 VTW。 分析者僅通過觀察密文就能夠覺察到位移量為 9的重復(fù)序列 VTW，并假定該關(guān)鍵詞長(zhǎng)度是 3 個(gè)或 9個(gè)字母。 VTW 兩次出現(xiàn)可能是由于偶然， 不反映相同的明文字母用相同的密鑰字母加密。然而，如果該消息足夠長(zhǎng)，將有許多 這 樣的重復(fù)密文序列。通過在各種序列的位移中尋找共同因子，分析者將能夠很好地猜測(cè) 密鑰 詞 的 長(zhǎng)度。 該密碼的解析現(xiàn)在取決于這樣一個(gè)重要的洞察。如果該關(guān)鍵詞的長(zhǎng)度為 N，則該密碼實(shí)際上有 N 個(gè)單字母替代密碼組成。例如，對(duì)應(yīng)于關(guān)鍵詞 DECEPTIVE，在位置 19 等處的字母都是用相同的單字母密碼進(jìn)行加密的。因此，我們能使用明文語言已知的頻率特征分別逐個(gè)攻擊單字母密碼。通過使用與該消息本身一樣長(zhǎng)的非周期型特性。Vigenere 提議使用稱之為自 動(dòng)密鑰系統(tǒng)的設(shè)備，在該設(shè)備中一個(gè)關(guān)鍵詞與明文本身連接起來以提供連續(xù)不斷的密鑰。例如： 密鑰： deceptivewearediscoveredsav 明文： wearediscoveredsaveyourself 密文： zicvtwqngkzeiigasxstslvvwla 即使這種方案對(duì)密碼分析也是脆弱的，因?yàn)槊荑€和明文共享相同的字母頻率分布，能夠應(yīng)用統(tǒng)計(jì)技術(shù)進(jìn)行分析。例如，用 e 加密 e，可能期望以一定的頻率出現(xiàn)，而用 t加密 t將以通常出現(xiàn)頻率的一半出現(xiàn)。 這些 規(guī)律性能夠被加以利用，以取得成功的密碼分析 。 Beaufort 體制 與 Vigenere 體制非常相似，是一種多表簡(jiǎn)單加法密碼 設(shè)明文 nmmmm ?21? ,密鑰 nkkkk ?21? ,則密文 nk cccmEc ?21)( ?? , （ ） 其中 26m o d)25( iii mkc ??? ,i=1,2,?,n n 利用 Beaufort 方陣進(jìn)行加密和解密，當(dāng)使用密鑰字母 ki 對(duì)明文中的第 ki 行第mi 列的字母就是密文字母 . n 密鑰的長(zhǎng)度比明文短 時(shí)，密鑰可以周期性的重復(fù)使用，直至完成明文每個(gè)字母的加密。 n 字母 mi 進(jìn)行加密是 Beaufort 方陣 Beaufort 方陣 a b c d e f g h I j k L m n o p q r s t u v w x y z a ZY XWVUTSRQPO N ML K J I HGFE DC BA 長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 b AZY XWVUTSRQPO N M L KJ I HGFE D CB . . ?? 例：明文： Beaufort K = ba 密文： Z VAFVLJG 1918 年 ATamp。T 工程師 Gilbert Vernam 曾提出過這樣一個(gè)系統(tǒng)，他的系統(tǒng)用二進(jìn)制數(shù)據(jù)而不是用字母工作。該系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)單地表示為： i i iC p k?? （ ） 其中 pi=明文的第 I個(gè)二進(jìn)制數(shù)字 ki=密鑰的第 I個(gè)二進(jìn)制數(shù)字 Ci=密文的第 I個(gè)二進(jìn)制數(shù)字 ⊙＝異或操作 通過執(zhí)行明文和密鑰的逐位異或操作，產(chǎn)生密文。因異或的性質(zhì)，解密僅需執(zhí)行相同的逐位操作： i i iC C k?? （ ） 該技術(shù)的核心是密鑰構(gòu)造的方法。 Vermam 提議使用循環(huán)的帶子，這最終使密鑰重復(fù)，因此事實(shí)上該系統(tǒng)用一個(gè)非常長(zhǎng)但卻重復(fù)的密鑰工作。盡管這種使用一個(gè)長(zhǎng)密鑰的方案使得密鑰分析極為困難，但只需有了充足的密文，使用已知的或可能的明文序列，或通過兩者的結(jié)合也能夠破譯。 一次一密 陸軍情報(bào)軍官 Joseph Maubne 的軍官，提出了對(duì) Vernam 密碼的改進(jìn)方案，該方案是極為安全的。 Maubne 建議使用一種真正與消息一樣長(zhǎng)度的隨 機(jī)序列密鑰，該密鑰沒有重復(fù)。這種方案被稱為一次一密，是不可破譯的 ，它產(chǎn)生不帶有與明文有任何統(tǒng)計(jì)關(guān)系的隨機(jī)輸出。因?yàn)樵撁芪牟话瑹o論什么樣的明文信息，因此無法直接破譯這樣的編碼。對(duì)這種方法的實(shí)際困難在于，發(fā)送者和接 收 者必須擁有并保護(hù)該隨機(jī)密鑰，因此， Vernam 密碼盡管在密碼中性能卓越，但很少使用。 下面的例子能夠說明我們的觀點(diǎn)。假設(shè)我們使用 27 個(gè)字符的 Vigenere 密碼： ankyodkyurepfjbyojdsplreyiunofdoiuerfpluyts 現(xiàn)在我們 用兩種不同的密鑰解密： 密文： ankyodkyurepfjbyojdsplreyiunofdoiuerfpluyts 密鑰： pxlmvmsydoftyrvzwc tnlebnecvgdupahfzzlmnyih 長(zhǎng)沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 明文： mr mustard with the candlestick in the hall 密文： ankyodkyurepfjbyojdsplreyiunofdoiuerfpluyts