第二讲：密码学与计算机安全 -----密码学历史.ppt

第二讲 密码学与计算机安全 密码学历史 1 古典密码 密码学的历史已有4000多年古埃及人曾把象形文字写在石碑上 2 CaesarCipher 恺撒密码 2千年前 JuliusCeasar使用了一种简单的替换密码 后被人称为恺撒密码 Caesarcipher 首先被应用于军事上 cfGallicWars 替换方法 每个字母用其后的第三个字母替换eg LFDPHLVDZLFRQTXHUHG ICAMEISAWICONQUEREDCaesarcipher可以描述如下 Plain ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZCipher DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC练习解密 RPQLDJDOOLDHVWGLYLVDLQSDUWHVWUHV 3 恺撒密码的一般形式 一般形式 可以把Caesarcipher中字母移动的位数由3变为1 25中的任何一个可以指定一个密钥字母作为字母A的密文 例如 密钥字母F表示 AF B G Y D Z E即每个字母移动5位共有26种可能的密码算法 25种可用 4 混合单码替换密码 不仅仅是移位变换每个字母可以用其它任何一个字母替换 不能重复 每个字母可以随机的映射到其它一个因此密钥长度是26个字母单字母替换密码 MonoalphabeticSubstitutionCipher 例如 明文 ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ密文 DKVQFIBJWPESCXHTMYAUOLRGZNPlaintext IFWEWISHTOREPLACELETTERSCiphertext WIRFRWAJUHYFTSDVFSFUUFYA 5 简单的单码替换密码 theMixedMonoalphabeticCipherhasa26letterkey需要一种简单方法指定密钥有多种方法 一种简单方法是写没有重复字母的 密钥字 其它字母按顺序写在密钥字最后字母后面例如 给定密钥字 JULIUSCAESAR Plain ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZCipher JULISCASRTVWXYZBDFGHKMNOPQ 6 单码替换密码历史 不同种类的替换密码用在政府和军事上频率攻击方法由阿拉伯科学家提出 AManuscriptonDecipheringCryptographicMessages publishedinthe9thcenturystrongermonoalphabeticcipherswithseveralreplacementsymbolsforeachletter forcommonwords andnullsweredevelopedinmiddleageseventuallyallweresusceptibletoanalysiscf executionofMaryQueenofScots GreatCipherofLouisXIV 8 Vigen reCipher BlaisedeVigen re发明了多字母替换密码 polyalphabeticsubstitutioncipher 使用多个单字母替换表因此一个字母可以被多个字母替换方法 用一个密钥选择对每个字母使用哪个字母表密钥的第I个字母表示使用第ith个字母表依次使用每个字母表当密钥的字母使用完后 在从头开始 9 Vigen reExample 例 写出明文在明文下重复写出密钥字依次使用每个字母作为caesarcipher的密钥加密对应的明文字母PlaintextTHISPROCESSCANALSOBEEXPRESSEDKeywordCIPHERCIPHERCIPHERCIPHERCIPHEPlaintextVPXZTIQKTZWTCVPSWFDMTETIGAHLH 9 1Vigen reExample 续 C CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABI IJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHP PQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOH HIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGE EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDR RSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZtomaptheaboveplaintextletters T useskey C mapsto V H useskey I mapsto P I iseskey P mapsto X etc 10 HistoryoftheVigen reCipher 可以看出 越安全的密码使用起来越复杂因此 在有些场合还可以看到单码替换密码随着破译单码密码的技术提高 使得vigen recipher逐渐被各国使用1854年 首次被CharlesBabbage攻破 但没有公开FriedrichKasiski与1863年攻破并发表了此密码的各种变形被沿用到20世纪cf theZimmermanntelegraminWW1 11 CiphersMachines1 1 为了简化加密 解密过程 导致密码设备出现Jeffersoncylinder 1790s被研制成功 包含36个圆盘 每个圆盘有个随机字母表1920年还被美国军队使用 11 CiphersMachines1 2 Wheatstonedisc byWadsworthin1817 andWheatstonein1860 s comprisedtwoconcentricwheelstogenerateapolyalphabeticcipher 12 CiphersMachines2 随着密码技术的提高 要求有更高级的密码装置高级密码装置可以实现更复杂的密码这些装置在二战时期广泛使用例 theGermanEnigma theSwedishHagelin below andtheJapanesePurple 13 ComputersandCryptography 现代电子系统与计算机能够实现更复杂的密码系统70年代中期 首次出现了现代