《计算机网络安全技术》

《网络信息安全》中国科学技术大学肖明军xiaomj@2第二章数据加密技术基础教学目的：熟悉并掌握以下内容：密码理论、现代加密技术及其应用、网络加密技术。重点与难点：重点分析DES算法、RSA算法、MD5算法原理和应用。同时分析密钥交换技术、密码分析与攻击的方法和网络加密技术。难点是密钥管理与交换技术3第二章数据加密技术基础本节学习目标：了解加密技术的发展及其相关知识掌握加密技术的原理最基本的加密算法对称加密算法原理非对称加密算法原理4导入新课加密技术是保护网络信息安全的核心技术之一，是结合数学、计算机科学、电子与通讯等诸多学科于一身的交叉学科。在计算机网络通信中，给网络双方通信的信息加密是保证网络信息安全的重要措施之一，起着其他安全技术无法替代的作用。5为什么要使用加密技术因特网的飞速发展，一方面提供快捷的通信方式给众多的商家带来无限的商机；另一方面网络的不安全因素又使广大用户受到威胁。为了网络信息的安全，人们选择了数据加密和身份认证。人们对机密文件进行加密，防止他人随便阅读。加密技术使网络信息安全得到了提高。62.1密码学的历史古代加密手法（手工阶段）古代加密方法大约起源于公元前440年出现在古希腊战争中的隐写术。当时为了安全传送军事情报，奴隶主剃光奴隶的头发，将情报写在奴隶的光头上，待头发长长后将奴隶送到另一个部落，再次剃光头发，原有的信息复现出来，从而实现这两个部落之间的秘密通信。密码学用于通信的另一个记录是斯巴达人于公元前400年应用Scytale加密工具在军官间传递秘密信息。Scytale实际上是一个锥形指挥棒，周围环绕一张羊皮纸，将要保密的信息写在羊皮纸上。解下羊皮纸，上面的消息杂乱无章、无法理解，但将它绕在另一个同等尺寸的棒子上后，就能看到原始的消息。我国古代有以藏头诗、藏尾诗、漏格诗及绘画等形式来将真实意思隐藏在诗文或画卷中特定位置的记载，使人难以发现隐藏其中的“话外之音”。72.1密码学的历史古典密码（机械阶段）古典密码的加密方法一般是文字置换，使用手工或机械变换的方式实现。古典密码系统已经初步体现出近代密码系统的雏形，它比古代加密方法复杂，其变化较小。古典密码的代表密码体制主要有：单表代替密码、多表代替密码及转轮密码。Caesar密码就是一种典型的单表加密体制；多表代替密码有Vigenere密码、Hill密码；著名的Enigma密码就是第二次世界大战中使用的转轮密码。82.1密码学的历史传输密文的发明地是古希腊，一个叫Aeneas

Tacticus的希腊人在《论要塞的防护》一书中对此做了最早的论述。公元前2世纪，一个叫Polybius的希腊人设计了一种将字母编码成符号对的方法，他使用了一个称为Polybius的校验表，这个表中包含许多后来在加密系统中非常常见的成分，如代替与换位。Polybius校验表由一个5X5的网格组成，网格中包含26个英文字母，其中I和J在同一格中。每一个字母被转换成两个数字，第一个是字母所在的行数，第二个是字母所在的列数。如字母B就对应着12。使用这种密码可以将明文“message”置换为密文“32

15

43

43

11

22

15”。92.1密码学的历史古罗马：Caesar密码CaesarwasagreatsoldierABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC密码本Fdhvduzdvdjuhdwvroglhu明文密文CAESAR密码：c=（m+3）Mod26102.1密码学的历史

1834年，伦敦大家的实验物理学教授惠斯顿发明了电机，这是通信向机械化、电气化跃进的开始，也是密码通信能够采用在线加密技术提供了前提条件。

1914年第一次世界大战爆发，德俄相互宣战。在交战过程中，德军破译了俄军第一军经给第二军的电文，从中得知，第一军的给养已经中断。根据这一重要情报，德军在这次战役中取得了全胜。这说明当时交战双方已开展了密码战，又说明战争刺激了密码的发展。

1920年，美国电报电话公司的弗纳姆发明了弗纳姆密码。原理是利用电传打字机的五单位码与密钥字母进行模2相加。如若信息码（明文）为11010，密钥码为11101，则模2相加得00111即为密文码。接收时，将密文码再与密钥码模2相加得信息码（明文）11010。112.1密码学的历史转轮密码机ENIGMA，由ArthurScherbius于1918年发明，使得英军从1942年2月到12月都没能解读出德国潜艇发出的信号。4轮ENIGMA在1944年装备德国海军英国的TYPEX打字密码机，是德国3轮ENIGMA的改进型密码机。它在英国通信中使用广泛，且在破译密钥后帮助破解德国信号122.1密码学的历史现代密码前面介绍了古典密码和近代密码，事实上还称不上是一门科学。直到1949年香农发表了一篇题为“保密系统的通信理论”的著名论文，该文首先将信息论引入了密码，从而把已有数千年历史的密码学推向了科学的轨道，奠定了密码学的理论基础。该文利用数学方法对信息源、密钥源、接收和截获的密文进行了数学描述和定量分析，提出了通用的秘密钥密码体制模型。

主要特点把算法和密钥分开密码算法可以公开，密钥保密密码系统的安全性在于保持密钥的保密性132.2密码学的基本概念1.密码学的概念密码学这个词是从两个意为“秘密书写”的希腊字演化而来的，它是一门隐匿消息的艺术和科学。密码学包括密码编码学和密码分析学两部分，这两部分相互对立，但也相互促进，相辅相成。密码编码学研究的是通过编码技术来改变被保护信息的形式，使得编码后的信息除指定接收者之外的其他人都不可理解密码分析学研究的是如何攻破一个密码系统，恢复被隐藏起来的信息的本来面目数学定义：密码系统是一个5元组（E，D，M，K，C），M是明文集，K是密钥集，C是密文集，E：MKC是加密函数集，D：CKM是解密函数集。142.2密码学的基本概念2.保密通信模型发送方接收方加密算法E解密算法D加密：解密：不安全信道密码分析（Cryptanalysis）明文m密文c明文m加密密钥Ke解密密钥Kd152.2密码学的基本概念3.基本术语明文（plaintext）：即原始的或未加密的信息、报文（message）。密文（ciphertext）：指明文经过加密后得到的信息。加密（encrypt,encryption）：指通过编码将信息从一个可理解的明文形式变换成一个错乱的、不可理解的密文形式的过程。解密（decrypt,decryption）：将密文还原成明文的过程。密码算法（Algorithm）、密码（Cipher）：加密和解密变换的规则（数学函数），有加密算法和解密算法。

c=E(m),m=D(c),D(E(m))=m密钥（Key）:密码算法中的一个变量

c=EKe(m),m=DKd(c),DKd(EKe(m))=m密码编码（Cryptography）：通过信息编码使信息保密。密码分析（Cryptanalysis）：用分析方法解密信息。16

密文：0110

解密： 密钥：

0101

明文：0011 已知明文、密文，怎样求得密钥？C=PKP=CK异或运算（不带进位加法）： 明文:0011

加密： 密钥:0101

密文：0110K=CP一个简单的加密算法—异或172.3密码分析在未知密钥的前提下，从密文恢复出明文、或者推导出密钥，对密码进行分析的尝试。攻击方法分类（根据已知信息量的多少）唯密文攻击（Ciphertextonly）分析者有一些消息的密文，都是用同一算法加密的。分析者的目标是恢复尽量多的明文或者推算出密钥。已知明文攻击（KnownPlaintext）已知明文攻击：密码分析者不仅可以得到一些消息的密文，而且也知道这些消息的明文。分析者的任务是得到加密的密钥或者得到一个算法，该算法可以解密用同样的密钥加密的消息。182.3密码分析选择明文攻击（ChosenPlaintext）选择明文攻击：分析者不仅知道一些消息的明文和密文，而且可以选择被加密的明文。这比已知明文攻击更加有效。分析者的任务是得到加密的密钥或者得到一个算法，该算法可以解密用同样的密钥加密的消息。选择密文攻击（ChosenCiphertext）选择密文攻击：密码分析者能选择不同的被加密的密文，并可以得到对应的解密的明文，密码分析者的任务是推出密钥。主要针对公钥算法。选择密钥攻击（ChosenKey）选择密钥攻击：并不表示密码分析者能够选择密钥，只表示密码分析者具有不同密钥之间关系的有关知识。192.3密码分析Successindealingwithunknownciphersismeasuredbythesefourthingsintheordernamed,perseverance,carefulmethodsofanalysis,intuition,luck.Theabilityatleasttoreadthelanguageoftheoriginaltextisverydesirablebutnotessential.ParkerHitt‘‘军事密码破译指南’’的开场白毅力、审慎的分析方法、直觉、运气202.3密码分析密码算法的安全性破解算法的代价大于加密数据本身的价值破解算法的时间超过了信息的生命期KeySize（bits）NumberofAlternativeKeysTimerequiredat106Decryption/µs32232=4.3x1094.3milliseconds56256=7.2x101620hours1282128=3.4x10385.4x1018

years1682168=3.7x10505.9x1030

yearsAverageTimeRequiredforExhaustiveKeySearch212.4古典密码系统古典密码主要可以分为：换位密码（TranspositionCipher）替代密码（SubstitutionCipher）代替密码与换位密码的组合222.4古典密码系统换位密码也称为排列组合密码，它无需对明文字母作任何变换，只需对明文字母的顺序按照密钥的规律相应的排行组合后输出，然后形成密文。232.4古典密码系统美国南北战争CANYOUUNDERSTAND输入方向输出方向明文：Canyouunderstand密文：codtaueanurnynsd242.4古典密码系统矩阵换位法NETWORKSECURITY明文：NETWORKSECUIRTY 密文：EWNTRSOKCREUTIY密钥：Key=（34，f）加密函数：解密函数：加密fEWNTRSOKCREUTIY解密f-1252.4古典密码系统替代密码在替代密码中，用一组密文字母来代替一组明文字母，但保持明文字母位置不变。262.4古典密码系统恺撒密码CaesarwasagreatsoldierABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC密码本Fdhvduzdvdjuhdwvroglhu明文密文恺撒密码：c=（m+3）Mod26

恺撒密码为经典的单表替代密码。单表替代即简单替代或称为单字母替代，明文字母表中的一个字符对应密文字母表中的一个字符。这是所有加密中最简单的方法。272.4古典密码系统恺撒密码很容易受到利用统计特性的唯密文攻击。统计方法假定明文语言具有特定的统计特性，并且检查密文的统计特性是否符合这些假定。这些假设一起被称为语言模型。包括单字母模型、双字母模型、Markov模型和单词模型等等。如下表为英语中字母频率表：a0.080b0.015c0.030d0.040e0.130f0.020g0.015h0.060i0.065j0.065k0.005l0.035m0.030n0.070o0.080p0.020q0.002r0.065s0.060t0.090u0.030v0.010w0.015x0.005y0.020z0.00228例：考虑密文“KHOORZRUOG”。首先计算密文中每个字母的出现频率：

G0.1H0.1K0.1O0.3R0.2U0.1Z0.1

现在应用基于字符的模型。设

(i)是密文中每个字母的出现频率和英语中每个字母的出现频率的相关函数，则有 其中，f(c)为字符c的频率，i为密钥的取值，P(c-i)为字符c以密钥i作用翻译为明文c-i在字母表中的频率，(i)取值越大说明明文中相应字符出现的频率与字母表中相应字符的频率一致。2.4古典密码系统292.4古典密码系统当取不同的i值时，我们得到不同的

(i):i=6时，(i)=0.0660，相应的明文为“EBIILTLOIA”i=10时，(i)=0.0635，相应的明文为“AXEEHPHKEW”i=3时，(i)=0.0575，相应的明文为“HELLOWORLD”00.048210.036420.041030.057540.025250.019060.066070.044280.020290.0267100.0635110.0262120.0325130.0520140.0535150.0226160.0322170.0392180.0299190.0315200.0302210.0517220.0380230.0370240.0316250.0430i(i)302.4古典密码系统维吉尼亚（Vigenère）密码为经典的多表替代密码。多表替代，即由多个简单替代组成，也就是使用了两个或两个以上的替代表。比如使用有5个简单替代表的替代密码，明文的第一个字母用第一个替代表，第二个字母用第二个表，第三个字母用第三个表，以此类推，循环使用这五张代替表。采用多表替代主要是为了隐匿消息的统计特性。多年以来，维吉尼亚密码被认为是不可破的。后来一个名为Kasiski的普鲁士骑兵军官发现“当密钥的字母重复出现在相同字符上时，密文字母会发生重复，重复字母之间的字母数是密文周期的倍数”312.4古典密码系统维吉尼亚表

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZAABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZBBCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZACCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABDDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCEEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDFFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDE……….. 322.4古典密码系统维吉尼亚密码体制的数学描述： 首先，建立26个英文字母和0-25这26个数字的对应关系如下：

A=0，B=1，…，Z=25

其次，设m是一个正整数。定义：

p=c=k=(Z26)m，Z26={0，1，⋯，25}，其中(Z26)m是Z26元素个数为m的子集，p代表明文，c代表密文，k代表密钥。于是，我们有 加密函数：ek(x1，x2，⋯，xm)=(x1+k1，x2+k2，⋯，xm+km)

解密函数：dk(y1，y2，⋯，ym)=(y1-k1，y2-k2，⋯，ym-km)

密钥：k=(k1，k2，⋯，km)

所有的运算都在模26下进行332.4古典密码系统维吉尼亚示例： 例：设密钥长度优=6，密钥k=(2，8，15，7，4，17)

明文：thiscryptosystemisnotsecure

密文：VPXZGIAXIVWPUBTTMJPWIZITWZT342.4古典密码系统维吉尼亚密码破解方法：Kasiski测试法和重合指数法Kasiski测试法：两个相同的明文段要加密为相同的密文段，它们之间间距为δ，密钥的长度m一定是δ的约数，如果能在密文中观察到两个长度至少为3的密文段，它们很可能是由相同的明文段加密来的，并且密钥长度m是它们之间的距离δ的约数。Part1:重合指数及其无偏估计值重合指数：设某种语言由n个字母组成，每个字母i发生的概率为pi(1≤i≤n)，则重合指数就是指两个随机字母相同的概率，记为IC一般用IC的无偏估计值IC’来近似计算IC.其中的xi表示字母i出现的频次，L表示文本长度，n表示某种语言中包含的字母数。IC’值的特点随机英文文本的IC’总是大约为0.038.而一段有意义的英文文本的IC’总是大约为0.066.根据定义，重合指数越低，则表示密文字符变化越少，且（根据英语模型）密文周期（密钥长度）越长。下表列出了一个不同密文周期对应的IC期望值周期：1 2 3 4 5 10 大周期期望IC’值：0.0660.0520.0470.0450.0440.0410.038明文中各个字母出现的统计概率(pi)Example1:随机英文文本明文及其IC’Example1:随机英文文本密文及其IC’

(移位加密key=17)Example2:一个有意义的英文textDifferentialPrivacyisthestate-of-the-artgoalfortheproblemofprivacy-preservingdatareleaseandprivacy-preservingdatamining.Existingtechniquesusingdifferentialprivacy,however,cannoteffectivelyhandlethepublicationofhigh-dimensionaldata.Inparticular,whentheinputdatasetcontainsalargenumberofattributes,existingmethodsincurhighercomputingcomplexityandlowerinformationtonoiseratio,whichrendersthepublisheddatanexttouseless.Thisproposalaimstoreducecomputingcomplexityandsignaltonoiseratio.Thestartingpointistoapproximatethefulldistributionofhigh-dimensionaldatasetwithasetoflow-dimensionalmarginaldistributionsviaoptimizingscorefunctionandreducingsensitivity,inwhichgenerationofnoisyconditionaldistributionswithdifferentialprivacyiscomputedinasetoflow-dimensionalsubspaces,andthen,thesampletuplesfromthenoisyapproximationdistributionareusedtogenerateandreleasethesyntheticdataset.Somecrucialscienceproblemswouldbeinvestigatedbelow:(i)constructingalowk-degreeBayesiannetworkoverthehigh-dimensionaldatasetviaexponentialmechanismindifferentialprivacy,wherethescorefunctionisoptimizedtoreducethesensitivityusingmutualinformation,equivalenceclassesinmaximumjointdistributionanddynamicprogramming;(ii)studyingthealgorithmtocomputeasetofnoisyconditionaldistributionsfromjointdistributionsinthesubspaceofBayesiannetwork,viatheLaplacemechanismofdifferentialprivacy.(iii)exploringhowtogeneratesyntheticdatafromthedifferentiallyprivateBayesiannetworkandconditionaldistributions,withoutexplicitlymaterializingthenoisyglobaldistribution.Theproposedsolutionmayhavetheoreticalandtechnicalsignificanceforsyntheticdatagenerationwithdifferentialprivacyonbusinessprospects.其IC’为：0.065941维吉尼亚破解示例1维吉尼亚破解示例： 给定以下维吉尼亚密文，求解其加密密钥42维吉尼亚破解示例1Step1使用Kasiski测试法初步确定密钥长度 经观察，字母组合CHR共出现5次，它们出现位置分别为1、166、236、276、286，它们之间的距离为：

δ1=166-1=165 δ2=236-1=235

δ3=276-1=275 δ4=286-1=285

而165、235、275、285的最大公约数为5，密钥的长度是5的约数，可能为1、5，要确定密钥的长度，我们还需要进一步地使用指数重合法。43维吉尼亚破解示例1Step2使用指数重合法进一步确定密钥长度重新组合密文。设m是密钥的长度，密文串y=y1y2⋯yn，将密文字符串进行排列，每行m个字母，将每一列作为y的一个字串，于是得到m个子串：

Yi=yiym+iy2m+iy3m+i…，i=1，2，…，m

根据维吉尼亚密码体制，每一个Yi都是由明文经过相同的移位加密得到的，相当于每个Yi都是有一个密钥长度为1的密钥加密得到的维吉尼亚密文，因此应该有IC’(Yi)≈0.06644维吉尼亚破解示例1Step2使用指数重合法进一步确定密钥长度现在，假设m=1，计算相应的重合指数，得到IC’(Y1)=0.045假设m=5，计算相应的重合指数，得到IC’(Y1)=0.063，IC’(Y2)=0.068，IC’(Y3)=0.065，IC’(Y4)=0.061，IC’(Y5)=0.072通过比较，我们发现m=5时，得到的重合指数与0.066比较接近，因此，可以确定m=5。进而，我们可以假设K=(k1，k2，k3，k4，k5)45Step3再次使用指数重合法最终确定密钥对于Y1,若Y1对应的位移量为k1,则Y1的代换表为：明：0123.......................25密：k1k1+1k1+2k1+3......................k1+25(mod26)Y1中的k1出现的频率fk1/n为明文中0出现的频率p0Y1中的k1+1出现的频率fk1+1/n为明文中1出现的频率p1..................................Y1中的k1+25出现的频率fk1+25/n为明文中25出现的频率p25因此，(fk1/n)*p0+(fk1+1/n)*p1+...+(fk1+25/n)*p25≈0.066维吉尼亚破解示例146Step3再次使用指数重合法最终确定密钥拟重合指数为：ki可能取值为0-25，逐一代入，计算IC(Xi)，使其值接近0.066的数值就是ki的取值。维吉尼亚破解示例147维吉尼亚破解示例1Step3再次使用指数重合法最终确定密钥由右图计算的结果来看，k1=9，k2=0，k3=13，k4=4，k5=19．密钥k=(9，0，13，4，19)．因此，密钥为：JANET48维吉尼亚破解示例1明文 Thealmondtreewasintentativeblossom.Thedayswerelonger,oftenendingwithmagnificenteveningsofcorrugatedpinkskies.Thehuntingseasonwasover,withhoundsandgunsputawayforsixmonths.Thevineyardswerebusyagainasthewell-organizedfarmerstreatedtheirvinesandthemorelackadaisicalneighborshurriedtodothepruningtheyshouldhavedoneinNovember.维吉尼亚破解示例2:plaintext.txtdifferentialprivacyisthestateoftheartgoalfortheproblemofprivacypreservingdatareleaseandprivacypreservingdataminingexistingtechniquesusingdifferentialprivacyhowevercannoteffectivelyhandlethepublicationofhighdimensionaldatainparticularwhentheinputdatasetcontainsalargenumberofattributesexistingmethodsincurhighercomputingcomplexityandlowerinformationtonoiseratiowhichrendersthepublisheddatanexttouselessthisproposalaimstoreducecomputingcomplexityandsignaltonoiseratiothestartingpointistoapproximatethefulldistributionofhighdimensionaldatasetwithasetoflowdimensionalmarginaldistributionsviaoptimizingscorefunctionandreducingsensitivityinwhichgenerationofnoisyconditionaldistributionswithdifferentialprivacyiscomputedinasetoflowdimensionalsubspacesandthenthesampletuplesfromthenoisyapproximationdistributionareusedtogenerateandreleasethesyntheticdatasetsomecrucialscienceproblemswouldbeinvestigatedbelowiconstructingalowkdegreebayesiannetworkoverthehighdimensionaldatasetviaexponentialmechanismindifferentialprivacywherethescorefunctionisoptimizedtoreducethesensitivityusingmutualinformationequivalenceclassesinmaximumjointdistributionanddynamicprogrammingiistudyingthealgorithmtocomputeasetofnoisyconditionaldistributionsfromjointdistributionsinthesubspaceofbayesiannetworkviathelaplacemechanismofdifferentialprivacyiiiexploringhowtogeneratesyntheticdatafromthedifferentiallyprivatebayesiannetworkandconditionaldistributionswithoutexplicitlymaterializingthenoisyglobaldistributiontheproposedsolutionmayhavetheoreticalandtechnicalsignificanceforsyntheticdatagenerationwithdifferentialprivacyonbusinessprospects利用Virginia加密,key=infosec维吉尼亚破解示例2:ciphertextlvktwvgvgnodttqifqqmubujglevmbkhziczglcsphweyvwttwoqseshxenjsgaxejgwvxqalrsxczrqsswgiaidjmxipddjiumeawfkfigfaarkvtjlawvqalhwgjvvviwwwavsuvmhnrwsfxkiyufazcklmcoixmehofrqbrktwgvqijzqlcvqqsllgxhgzagcbvtbgjjqtmraqgvfncfenlnyoarrieywuyniebvwrvprnbhyvlnyokivkbshsmpanqojkgvhrpwvqnnyhjmdcgjgwbkagnbyqgbutrkmpkhwvakjmehcetwbvsuusoxyjlaxaiaizgagzvstgvoigncfxqvbngwvcbvtkzmepejbvitagmshydtvxvwhfigfbwbvbbzgwpgafyvawrzbuckenivrglstmqzqwgquczharikbrddizqgdofhuqtsodxqvbngwvcbvthziubnwharixbnblmubbfdhvqfvrolivprkidpfqfyfafwbvtbgjjqtmraqgvfncfenlnyokivevyvswgbbkzgafqzjbkmqvnqasviqafzvmubenpmxkwaxjaeqxgnaadkvtxqgvgnhsqlmqvnsrjifcpnbywgvfnhazkblnbolkkulsfitigncfshvbngqgqvqnhaspiyiwkxtqozhaspajnhzhknsjfwrvqnqdjmxipdwkgquczhwhkvnxslshtbbraqgvfncfenahggheemffbvxjmayvwwcucqslyrtrxtjsobujbgmugnudjszqzfhasplvxhjmdcgncfetmhxsvxqorssjevmnsrjinmnxsllgalshzivqpioleumgxceiezhhwspukvjbuirzbgzwquebzzvfgqaaskxkonysvfgtbbwuspagwiuxkvtfzgamlrlfwidiljgaepvrykgvmwijfllgpvlvvmomaxwgrctqfhswgbinowbrwajblmctzjqzepqfrwfhknsjfwrvqnqdjmxipdkzitmgmskgqzrkifgvqbswksrbvrwrifbbwsvyemgmskipavywnmvghxwfkocgzodmpnbwasxkwajemmxiyjbuietnxgwwkvzflaqwuwtwfxfqfyfafwbvtbsrfllsoemexetujeouvsuamubhimaribujodkqzvyvexqkbrdmxgifjhgjpwvxmusplvywgrctqnglvkjhywgrunetabskvgiwkxtqozhaspavshziucoxdsggwsgoqiuqnsbwxywepjaevprqohpckrrsulcvvxagjfqsksjipbvfzhvkdnhmamkmkuzgvkvtmcoxqorssjevmfdbllgbvhrsxcnetallglvktwvgvgnodpaxenjsxgjndskmcvajhostsnsrusplvywgrctqnglvkjhywgruevyvgyvmkuzagkbydasxgzvfzadkvtyvwrqqfdudsdiyiwkxtqozhaspbujdjsrwfjrksncgncfqcgufjwxjmbwslmeiyfbvxgkuswuenavlbajkknsqwjqzfdbllgbvhrsxcorssjevqbskaxjlvktwvgvgnodttqifqqspjhxwfiuacwcktgkgxvzlj计算该文本(1个串,串长=1609)的重合指数无偏估计值IC=0.0418维吉尼亚破解示例2:

将ciphertext分成2个子串计算2个子串的重合指数无偏估计值的平均值为IC=0.0419维吉尼亚破解示例2:

将ciphertext分成3个子串计算3个子串的重合指数无偏估计值的平均值为IC=0.0419维吉尼亚破解示例2:

依此类推，将ciphertext分成7个子串计算7个子串的重合指数无偏估计值的平均值为IC=0.0657子串1：lvqbmzwwxxqziimivqvanikmbqvxbqvliiplkavncabkmbxizivbpatibazimukqqvbbxbfpqbqvlebqvqbwxvnvcvbkivviqanqiuvtvammutbgqlcmommaqmzkzeqotavlivwpmtbwtqnqimzqbbmagcnwitvuqblxubbzkiwltjnvqacwqwpkvqbdmvombnlvxjvsltjembzvqiqbwcgmikakzboqlvqjak子串2：vgiubgeoeearapegtavvryleriqhvtfneernbnhngguhevyavgbvegvgbfbvqcbgtbvnbbvrfvtfnvbznaeagthnpflugbqyojsnpcnbfhfacrunzvghrnnlpghvbbanbgtrlrivaqiazfsnpgrbvbgvhgbaynzwfvlevhuvbfvvqhegovosnerrvsvnktrfvevgenanvqhvkyvtfyoufgubyuvnfvrbvgihcg子串3：knfjklyqnjlqidafjlvswumhkjqgtmnyybnysqryjntwhsjisnntjmxfzyurzzrdsntwnfrkytmnyykjqfnxnxssnnnlnnniznjqdzxbngfyqxjufxnxssxsixhjgzaybwfljyjlxfnjjrjqdmksrwmyxzwjjxftytstsijyrjxynytizsxgspqrxkfhumsdhtknndjsynyyudfydizjjnfwfslsdhssknfxwx子串7：gtuvchthaxcgxufkvjwhkcxqvcgcjgnrnvvvpgqdkgpjwoagoqcetdfvgrntqizuqcuiuqvfwjgnvgfqiukqkgqfgkkthqptpkvxqkhgnejcrouzpdtqvngvueurugkgpkmdpmgocgrcpkvxtqvrfepvopkxekwfwfeouiqqgppckuktpuguyvccfpkkkqvgcggagctpckuvkgkqdtprncjegnkqgcvjgtpug……将密文串划分成多个子串，分别求IC无偏估计值平均值子串数子串1子串2子串3子串4子串5子串6子串7平均IC串长IC串长IC串长IC串长IC串长IC串长IC串长IC116090.04190.041928050.04278040.04110.041935370.04175360.04175360.04240.041944030.04254020.0.984020.04244020.04270.041953220.04173220.04143220.04183220.04133210.04110.041562690.04022680.03972680.04412680.04322680.04192680.04160.041872300.06742300.06772300.06212300.05842300.07442300.06662290.06340.06578………0.0422因为有意义的英文文本的明文IC≈0.065,而移位加密不改变其IC值，所以对应的密文的IC≈0.065。所以通过上表可知keysize=7对密文子串3测试26次移位算法进行解密计算密文子串3执行26次移位算法的26个拟重合指数！子串3：knfjklyqnjlqidafjlvswumhkjqgtmnyybnysqryjntwhsjisnntjmxfzyurzzrdsntwnfrkytmnyykjqfnxnxssnnnlnnniznjqdzxbngfyqxjufxnxssxsixhjgzaybwfljyjlxfnjjrjqdmksrwmyxzwjjxftytstsijyrjxynytizsxgspqrxkfhumsdhtknndjsynyyudfydizjjnfwfslsdhssknfxwx移位数密文子串3经过移位加密后的拟重合指数移位数密文子串3经过移位加密后的拟重合指数10.0387140.032620.0325150.034830.0324160.041640.0368170.03925(f)0.0615180.040560.0433190.036170.0332200.046180.0279210.038690.0468220.0356100.0384230.0313110.0365240.0364120.0356

250.0429130.0368260.0340所以Virginia加密密钥中的第三个字母为”f”依此类推，可求出7个密文子串的所对应的Virginia加密的密钥为”infosec”562.4古典密码系统一次一密乱码本一次一密乱码本是维吉尼亚密码的一种变形，其加密方法是一样的。随机选择密钥串，并且其长度至少和加密消息一样，而且密钥串不重复出现。从技术上讲，一次一密乱码本已被证明是不可能被破译的。但实现乱码本存在着一些具体问题，包括密钥的随机生成和密钥的分发问题。572.4古典密码系统古典密码（受限密码）的缺陷密码体制的安全性在于保持算法本身的保密性受限算法的缺陷不适合大规模使用不适合较大的或者人员变动较大的组织用户无法了解算法的安全性582.5现代密码体制分为三类：对称密码、不对称密码和不可逆加密592.5.1对称密码体制传统密码体制所用的加密密钥和解密密钥相同，或实质上等同（即从一个可以推出另外一个），我们称其为对称密钥、私钥或单钥密码体制。对称密钥密码体制不仅可用于数据加密，也可用于消息的认证。对称算法又可分为序列密码和分组密码两大类。602.5.1对称密码体制序列密码每次加密一位或一字节的明文，也称为流密码。序列密码是手工和机械密码时代的主流方式。定义：假设E是一个密码算法，用Ek(b)表示用密钥k对消息b加密所得密文，设有消息m=b1b2…，其中bi具有固定长度，且设k=k1k2…，那么流密码就是一种密码算法，使得Ek(m)=Ek1(b1)Ek2(b2)…。如果密钥流k本身具有重复性，这样的流密码又称为周期密码。维吉尼亚密码就是一种周期流密码，而一次一密乱码本是一种非周期的流密码。612.5.1对称密码体制分组密码将明文分成固定长度的组，用同一密钥和算法对每一块加密，输出也是固定长度的密文。定义：假设E是一个密码算法，用Ek(b)表示用密钥k对消息b加密所得密文，设有消息m=b1b2…，其中bi具有固定长度，那么分组加密就是一种密码算法，使得Ek(m)=Ek(b1)Ek(b2)…。最典型的就是1977年美国国家标准局颁布DES算法。622.5.1对称密码体制单钥密码体制的优点是：安全性高且加、解密速度快其缺点是：进行保密通信之前，双方必须通过安全信道传送所用的密钥。这对于相距较远的用户可能要付出较大的代价，甚至难以实现。例如，在拥有众多用户的网络环境中使n个用户之间相互进行保密通信，若使用同一个对称密钥，一旦密钥被破解，整个系统就会崩溃；使用不同的对称密钥，则密钥的个数几乎与通信人数成正比[需要n*(n-