《數(shù)據(jù)加密與PKI應(yīng)用（微課版）》 課件 Chapter02-古典加密方法

數(shù)據(jù)加密與PKI應(yīng)用第2章古典加密方法經(jīng)典加密法可以使用手工的方式完成文字的加密和解密。古典加密方法可以分為“替代”技術(shù)和“換位”技術(shù)，單碼加密、多碼加密和多圖加密都屬于替代技術(shù)，接下來將分別進行介紹。目錄012.1單碼加密法022.2多碼加密法032.3多圖加密法042.4換位加密法凱撒加密法凱撒加密法是把字母表中的每個字母用該字母后面第3個字母代替。如果為每個字母分配一個數(shù)值（a＝1，b＝2，...），則該加密法可以表示為：

加密算法：C=(m+3)mod26

解密算法：m=(C-3)mod26

采用凱撒加密法的替代思想，可以用字母表中每個字母后面第n個字母替代當(dāng)前字母，該算法的密鑰空間為25。如果“攻擊者”依次嘗試所有的密鑰（蠻力攻擊），就可以輕松地獲得明文。關(guān)鍵詞加密法關(guān)鍵詞加密法選擇一個詞組作為密鑰，這樣可以加大密鑰空間，使得蠻力攻擊無效。字母頻率信息：

英文字母的出現(xiàn)頻率是不同的，在攻擊者獲得的密文足夠長的情況下，通過字母頻率分析的方法找出對應(yīng)的明文以及關(guān)鍵詞（密鑰），是可行的。首選關(guān)聯(lián)集：

當(dāng)密文的長度有限時，密文的頻率樣本可能會產(chǎn)生偏差，造成通過字母頻率信息破解明文失敗。在密文破解過程中，可以使用雙聯(lián)字母（雙字母組合）或三聯(lián)字母（三字母組合）對密文進行分析。仿射加密法

在仿射加密法中，字母表的字母被賦予一個數(shù)字，例如a=0,b=1,...,z=25。仿射加密法的密鑰為0~25之間的數(shù)字對兒（a,b）。其中GCD（a,26）=1，b是0~25之間的一個整數(shù)。

C=(a·m+b)mod26唯密文攻擊：

攻擊者得到通過仿射加密法加密的密文后，首先進行頻率分析，至少確定兩個字母的替換，例如明文e由C替代，明文t由F替代。選擇明文攻擊：

將已經(jīng)確定的明文與密文替代的字母轉(zhuǎn)換成數(shù)字，建立仿射加密方程式，求解這兩個等式，攻擊者就破解了密鑰。目錄012.1單碼加密法022.2多碼加密法032.3多圖加密法042.4換位加密法維吉尼亞加密法

維吉尼亞加密法基于關(guān)鍵詞加密系統(tǒng)，將關(guān)鍵詞寫在明文的上面，并不斷重復(fù)書寫，這樣每個明文字母都與關(guān)鍵詞的一個字母相關(guān)聯(lián)。

每個明文字母與關(guān)鍵詞的一個字母配對兒，但是同一個明文字母可能與不同的關(guān)鍵詞字母配對兒。利用維吉尼亞表，這些字母對兒就可以用來確定明文字母的加密結(jié)果。維吉尼亞加密法分析：

維吉尼亞加密法可以被看作是多個單碼加密法的疊加。只要密文足夠長，可以生成合理的統(tǒng)計樣本，單碼加密法就可以很容易解決，維吉尼亞加密法也就統(tǒng)一解決了。其他多碼加密法

圓柱面加密法：是利用密鑰重新排列明文中的字母位置的一種加密方法。Bazeries圓柱面加密法由20個輪組成，每個輪上的字母表順序不同。這些輪按預(yù)先選定的順序排列，轉(zhuǎn)動這些輪，使明文出現(xiàn)在同一條直線上，然后可以選取任意的其他直線上的字母作為密文。

回轉(zhuǎn)輪加密法：回轉(zhuǎn)輪加密法是使用機械和簡單電路實現(xiàn)多碼替代的加密方法?；剞D(zhuǎn)輪內(nèi)部是一個圓盤，它的兩面都有電子接點，每個接點代表字母表中的一個字母。如果將多個回轉(zhuǎn)輪串聯(lián)起來，并以不同的速率轉(zhuǎn)動，就可以構(gòu)建成一個功能強大的多碼替代加密系統(tǒng)。目錄012.1單碼加密法022.2多碼加密法032.3多圖加密法042.4換位加密法Playfair加密法

Playfair加密法基于一個5×5字母矩陣，該矩陣使用一個密鑰詞組構(gòu)造。Playfair根據(jù)下列規(guī)則一次對明文的兩個字母進行加密：

(1)屬于相同對兒中的重復(fù)的明文字母將用一個填充字母如x進行分隔，因此，詞balloon將被填充為balxloon。

(2)屬于該矩陣相同行的明文字母將由其右邊的字母代替。而行的最后一個字母由行的第一個字母代替。例如ar被加密為RM。

(3)屬于相同列的明文字母將由它下面的字母代替，而列的最后一個字母由列的第一個字母代替。例如，mu被加密為CM。

(4)否則，明文的其他字母將由與其同行，且與下一個字母同列的字母所代替。因此，hs被加密為BP，ea被加密為IM（或JM，這可根據(jù)加密者的意愿而定）。Hill加密法

Hill加密法取m個連續(xù)的明文字母，并用m個密文字母代替。若m=3，則該加密法如公式：

例如，考慮明文“paymoremoney”（15024，121417，41214，13424），使用的加密密鑰為：

則密文為：LNSHDLEWMTRW

對于解密，需要使用加密密鑰的逆矩陣：M=K-1·C。Hill加密法要求密鑰矩陣K是可逆的，即：目錄012.1單碼加密法022.2多碼加密法032.3多圖加密法042.4換位加密法置換加密法

在置換加密法中，將明文分成了固定長度的塊兒，如長度為d，置換函數(shù)f()用于從1~d中選取一個整數(shù)，每個塊兒中的字母根據(jù)f()重新排列。這種加密法的密鑰就是（d,f()）。

例如

d=4，f()為（2,4,1,3），即第一個字符移動到位置2；第二個字符移動到位置4；第三個字符移動到位置1；第四個字符移動到位置3。

利用這種置換加密法將文明codesandciphersarefun加密。

首先將明文分塊兒：codesandciphersarefunxxx。

接下來，根據(jù)給定的函數(shù)f()=(2,4,1,3)，對每個塊兒重新排列，得到密文：DCEONSDAPCHISEARFRUEXNXX。列置換加密法

在列置換加密法中，明文按行填寫在一個矩陣中，而密文則是以預(yù)定的順序按列讀取生成的。

例如，如果矩