《上海交大密码学课件--第三讲古典替换密码》课件.ppt

第三讲 古典替换密码 Classical substitution ciphers 上海交通大学 dzheng@sjtu.edu.cn Tel: 021 zheng dong 1.古典加密技术 两个基本组成部分： 替换与置换 (substitution and transposition) 2. 恺撒密码Caesar Cipher Caesar 密码的数学表示 设： A the value 0, B 1, C 2, ... Y 24, Z 25; 加密算法： Ek: i - i + k (mod 26) 解密算法： Dk: i - i - k (mod 26) 3.密码分析（Cryptanalysis of Caesar ciphers） 只有 26 种可能（only have 26 possible ciphers ） A maps to A,B,..Z 可以简单的实验每个密钥（穷密钥搜索） 给定一些密文，实验每个密钥。 LIZHZLVKWRUHSODFHOHWWHUV Original ciphertext KHYGYKUJVQTGRNCEGNGVVGTU try shift of 1 JGXFXJTIUPSFQMBDFMFUUFST try shift of 2 IFWEWISHTOREPLACELETTERS try shift of 3 *** plaintext HEVDVHRGSNQDOKZBDKDSSDQR try shift of 4 GDUCUGQFRMPCNJYACJCRRCPQ try shift of 5 ..... MJAIAMWLXSVITPEGIPIXXIVW try shift of 25 eg. break ciphertext GCUA VQ DTGCM 4.语言冗余度与密码分析 人类语言是有冗余度的 字母使用的频率是不相同的 在英语中，e 的使用率是最高的 其次，T,R,N,I,O,A,S 其它字母使用的较低 5. 英语字母使用频率 6。字母频率在密码分析中的应用 计算密文中字母出现的频率 与已知字母分布比较 单码替换不改变相对字母出现的频率 阿拉伯科学家提出此方法 7.英语字母中常见的组合 8。打乱的密码代换 不仅仅是简单的移位变换 每个字母可以避免随意变换到其它不重复的字母 每个字母变换到不同的字母 密钥长度是26个字母 eg. Plain: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ Cipher: DKVQFIBJWPESCXHTMYAUOLRGZN Plaintext: IFWEWISHTOREPLACELETTERS Ciphertext: WIRFRWAJUHYFTSDVFSFUUFYA 9。打乱的密码代换的安全性 密钥总数：26！ 如此多的密钥，可以认为安全吗？ !!!NO!!! 仍然有语言统计规律 需要其它方法隐藏这种规律性 10. 一般单码替换密码 简单的方法给出密钥 写出密钥（删除重复字母）write key (with repeated letters deleted) 在其下面依次写出剩余字母（以横、纵行） 按列读取字母得到密文。then read off by columns to get ciphertext equivalents 11. 一般单码替换密码 举例 给定密钥字 STARWARS 去掉重复字母得到 STARW 填写剩余字母： STARW BCDEF GHIJK LMNOP QUVXY Z 按列读取字母得到密文 Plain: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ Cipher: SBGLQZTCHMUADINVREJOXWFKPY 可以用这个密钥加密、解密 例如 Plaintext: I KNOW ONLY THAT I KNOW NOTHING Ciphertext: H UINF NIAP OCSO H UINF INOCHIT 12. 一般单码替换密码 的密码分析 根据频率统计进行分析 确定每个字母被映射到什么字母 如果知道单词之间的间隙知道,则破译会很容易. 单个字母出现的可能是A或I 一般来说个字母出