1.密码学概念及古典密码

Posted 2020-12-27 revere7

一、前言　　

 

　　信息安全面临的威胁无处不在，多为人为威胁，也就是对信息的人为攻击，人为攻击可分为被动攻击和主动攻击。

被动攻击：即为窃听，分为两类：一类是消息内容获取；另一类是业务流分析，如获取消息的格式，长度及位置等敏感信息。该攻击因为对消息没有做出变动，难以检测，所以被动攻击重点在于预防而不是检测。

主动攻击：为对数据流的改动或产生假的数据流，分为三类：①中断，对系统可用性进行攻击，如破坏管理系统等；②篡改，对系统的完整性攻击，如修改传送的消息内容等；③伪造，对系统真实性攻击，如插入伪造的消息。

 

上述攻击一般多为通过恶意软件进行破坏，多为病毒、蠕虫等恶意程序。

恶意软件可分为两类：一类需要主程序，一类不需要。需要主程序的恶意软件是某个程序中的一段，例如，特洛伊木马、病毒、逻辑炸弹等；不需要主程序的恶意软件是能够单独运行的程序，如细菌和蠕虫。

 

正因有诸多的恶意软件所在，在互联网中安全措施尤为重要且关键，即为对恶意软件的防范，称为安全业务，可有以下五种：

1.保密业务。保护数据防止被动攻击。

2.认证业务。保证通信的真实性。

3.完整性业务。保证所接受的消息和所发出的消息是完全一致的。

4.不可否认业务。防止通信双方中某一方对所传输消息的否认。

5.访问控制。防止对网络资源的非授权访问。

 

二、密码学概念

 

2.1 保密通信系统

采用保密通信系统可以隐蔽和保护需要发送的消息，使没有得到授权的人不能提取信息。

明文：发送方将要发送的消息；

密文：明文被变换成无意义的随机消息。

明文变换成密文称为加密(encryption)，密文恢复为明文称为解密(decryption)。加密与解密的操作一般在一组密钥控制下进行。

                                                                       

2.2 密码体制分类

　　密码体制可分为两大类，即单钥体制和双钥体制。

　　系统的保密性主要取决于密钥的安全性，与所要的算法保密性无关，所以在整个过程中，需保密的仅是密钥即可。

　　　　单钥体制对明文消息的加密有两种方式，分别为流密码和分组密码；

　　　　双钥体制，有一对选定的密钥，一个是公开，一个是秘密的。

2.3密码攻击

　　攻击者对密码系统的攻击，类型划分由攻击者可获取的信息量决定。

　　通常来说，加密算法只要满足以下两条准则之一就可称为是计算上安全的：

　　　　(1)破译密文的代价超过被加密信息的价值；

　　　　(2)破译密文所花的时间超过信息的有用期。

 

三、古典密码

 

　　古典密码的加密是将明文的每个字母代换为字母表的另一个字母，用等价的十进制数字代替。

　　古典密码分为单表代换密码和多表代换密码。

3.1单表代换密码

(1)凯撒密码

　　加密和解密代换分别为：

　　　　c=E3(m) ≡ m+3(mod 26)

　　　　m=D3(c) ≡ c-3(mod 26)

(2)移位变换

　　　　c=Ek(m) ≡ m+k (mod 26)

　　　　m=Dk(c) ≡ c-k (mod 26)

(3)仿射变换

　　　　c=Ea,b(m) ≡ am+b (mod 26)

　　　　m=Da,b(c) ≡ a^-1(c-b) (mod 26)

3.2多表代换密码

　　多表代换密码首先将明文M分为由n个字母构成的分组M1，M2...Mn,对每个分组Mi的加密为：

　　　　Ci ≡ AMi+B (mod 26)  i=1,2...n

　　对密文分组Ci的解密为：

　　　　Mi ≡ A^-1(Ci-B) (mod 26)   i=1,2...n

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