网络与系统安全实验 一 传统加密技术 古典密码技术

1. 基本概念和术语 几个概念和术语 明文 密文 密钥 加密算法 解密算法

Kerckhoff 原则：一般假设攻击者已掌握密码算法，密码算法的抗攻击能力基于对秘密密钥的保护. 1.基本概念与术语 对称密码体制的一般原理 Kerckhoff 原则：一般假设攻击者已掌握密码算法，密码算法的抗攻击能力基于对秘密密钥的保护. Note

1.基本概念与术语 如果P是明文，C是密文，K是密钥

Topics discussed in this section: 古典密码技术 古典密码技术属于对称密码 对称密码的两个基本操作 代换技术: 明文中的每个元素映射为另一元素 置换技术: 明文中的元素重新排列 Topics discussed in this section: 1. 代换技术 2. 置换技术

Topics discussed in this section: 代换技术 代换技术包括：单表代换和多表代换。 代换技术的基本原理： 使用一个符号替换另一个符号. Note Topics discussed in this section: 1. 单表代换 2. 多表代换

在单表代换中，明文中的一个符号与密文中的一个符号之间是一一对应的关系. 1. 单表代换——加法密码 Example 在单表代换中，明文中的一个符号与密文中的一个符号之间是一一对应的关系. Note

1. 单表代换——加法密码 加法密码的明文、密文、密钥是Z26中的整数 Note

加法密码，密钥key = 15，加密消息“hello”. 1. 单表代换——加法密码 加法密码，密钥key = 15，加密消息“hello”. Solution 加法密码，密钥key = 15，解密消息“WTAAD”. Solution

1. 单表代换——加法密码的密码分析 解决办法 加大密钥空间：单表代换密码 需尝试的密钥只有25个 敌手Eve获得了密文信息“UVACLYFZLJBYL”。 如何获取原始明文信息？？？ Solution 敌手Eve尝试所有可能密钥。 尝试到密钥7，得到信息 “not very secure” 解决办法 加大密钥空间：单表代换密码 需尝试的密钥只有25个

1. 单表代换——单表代替密码 密钥空间？ 26! ＞ 4 x 1026 安 全！？ 不是简单有序地字母移位，每个明文字母映射到一个不同的随机密文字母 通信双方可以协商一张映射表 密钥空间？ 26! ＞ 4 x 1026 安 全！？

1. 单表代换——单表代替密码的密码分析

1. 单表代换——单表代替密码的密码分析 敌手Eve获得了部分密文信息。通过统计分析的方式破译明文 Solution 敌手发现: I =14, V =13, S =12…...，当敌手掌握的密文信息做够多，可以破译明文。

单表代换缺陷： 密文带有原始字母使用频率的一些统计学特征 抵抗词频分析的思路？？？ 为每个字母提供多种代换

在多表代换中，明文中的一个符号与密文中的一个符号之间不再是一一对应的关系. 2. 多表代换 在多表代换中，明文中的一个符号与密文中的一个符号之间不再是一一对应的关系. Note

2. 多表代换——希尔(Hill)密码 1929年由数学家Lester Hill发明 是多表代换密码 利用模运算意义下的矩阵乘法、求逆矩阵、 线性无关、线性空间与线性变换等概念和 运算

加密: 解密: Hill密码的加/解密过程 明文分组并编码 C≡KP mod 26，其中，K为密钥矩阵， P、C分别为明、密文分组 密文分组并编码 P≡K-1C mod 26 对密钥矩阵K的要求：在mod 26下可逆.

Hill密码的例子 加密： 密钥矩阵K＝ K－1＝ 明文分组P＝“mor” 明文编码 P＝ ＝ 加密 C≡ ≡ ≡ 解码 C＝ mod 26 解码 C＝ ，即C＝“HDL”

Hill密码的例子 解密： 密钥矩阵K＝ K－1＝ C＝“HDL” C＝ ＝ 解密 P≡ ≡ ≡ 明文 P＝ ＝ 明文P＝“mor” mod 26 解密 P≡ ≡ ≡ 明文 P＝ ＝ 明文P＝“mor”

Hill密码的特点 密钥空间：|K|＝25！？≈1.6×1025 字母的统计规律进一步降低 明、密文字母不是一一对应关系

2. 多表代换——Vigenere密码 Example 使用6个字符的密钥“PASCAL”.加密信息“She is listening”

2. 多表代换——Vigenère密码 加法密码和Vigenere密码的关系？

2. 多表代换——Vigenère密码 Vigenere密码可以看做m（m是密钥长度）个加法密码的组合

Topics discussed in this section: 置换技术 置换与代换不同，并不是将明文中的一个符号替换为密文中的一个符号，而是改变明文符号的排列顺序 Note 置换技术将符号重新排列 Topics discussed in this section: 1. 无密钥的置换技术 2. 带密钥的置换技术

栅栏技术：按对角线的顺序写出明文，以行的顺序读出作为密文 1. 无密钥的置换技术 栅栏技术：按对角线的顺序写出明文，以行的顺序读出作为密文 Example 明文消息 “Meet me at the park” 密文消息 “MEMATEAKETETHPR”

2. 带密钥的置换技术

实验 2.使用穷举法攻击破解Caesar密码（惟密文攻击） 3.破解Vigenere密码方法，实验并给出破解使用时间。 1. 编程实现Caesar密码，Hill密码， Vigenere密码的编 码与解码 2.使用穷举法攻击破解Caesar密码（惟密文攻击） 3.破解Vigenere密码方法，实验并给出破解使用时间。

实验报告格式 实验题目：实验一，古典密码技术 学号：1403121001， 姓名：张三 ， 日期：2014年9月18日 一.实验目的与要求 二.实验原理 三.实验内容 核心代码，关键步骤，遇到与解决的问题 四.实验结果 五.结论