親愛的老師您好 感謝您選用本書作為授課教材，博碩文化準備本書精選簡報檔，特別摘錄重點提供給您授課專用。 說明： 博碩文化：

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2 資訊安全 請老師填入姓名主講 課本：電腦與網路安全實務 博碩文化出版發行

3 第一章 安全系統概論 課前指引 近二十年來藉由電子商務的崛起，世界各國家/社會/單位，諸如金融商業、網路通訊、國防軍事、 皆會受其影響而有所牽動。並引發資料在傳輸/儲存期間相關安全問題的深切思考/研究。倘使資訊安全措施出現問題使系統遭受破壞，所損失亦往往可擴至全球性的災害。許多文獻/報導的事實歷歷在眼前，由此可深刻感受系統安全的重要性。

4 章節大綱 1-1 秘密的真相 1-5 現代密碼技術 1-2 古典加密技術 1-6 結語 1-3 Vigenère Cipher
1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men 備註：可依進度點選小節

5 1-1 秘密的真相 資訊安全與密碼學的關係 Cryptography(密碼學)的歷史

6 1-1 秘密的真相 Transposition Cipher (移轉密碼法)
Scytale (斯巴達密碼棒)：將明文中的字元調動位置來進行加密

7 1-1 秘密的真相 Substitution Cipher (替代密碼法)
Mono-alphabetic Substitution Cipher (單一字元替代密碼法) Caesar Cipher (凱撒密碼法) Homophonic Substitution Cipher”(等價替代密碼法) Codeword Substitution Cipher (字碼替代密碼法) Nomenclator Cipher (命名密碼法) Poly-alphabetic Substitution Cipher (多元式字元替代密碼法) Vigènere Cipher(維吉尼爾密碼法)

8 1-1 秘密的真相 Nomenclator Cipher (命名密碼法)
十六世紀時，蘇格蘭女王Mary Stuart被囚禁，於是進行了秘密通訊的潛逃計畫，以此密碼法對通訊的書信加密。

9 1-1 秘密的真相 絕對安全/理論安全(Perfect Security/Theoretical Security)
One-time Pad Cipher (單次金鑰使用密碼法) 缺點：光要製造無窮的隨機數字金鑰便相當地耗時，更有複製以及發送端協調的問題，故難以落實 。

10 1-1 秘密的真相 破解法 Cryptanalysis (密碼分析學) Brute Force(暴力破解法)
Frequency Analysis (頻率分析法) ： 破解Mono-alphabetic Substitution Cipher (單一字元替代密碼法) Kasiski Test(卡斯奇測試) ： 破解Vigènere Cipher(維吉尼爾密碼法) Brute Force(暴力破解法)

11 1-1 秘密的真相 數位加密 1970年代 二十一世紀 未來發展 資料加密標準(Data Encryption Standard，DES)
公開金鑰密碼系統(Public-key Cryptosystem) RSA公開金鑰密碼系統 二十一世紀 新密碼加密標準(Advance Encryption Standard，AES) 未來發展 Quantum Computer(量子電腦)將能快速求算解密

12 1-2 古典加密技術 Transposition Cipher—Railfence Cipher
Substitution Cipher: Caesar Cipher Substitution Cipher: Vigènere Cipher Homophonic Substitution Cipher

13 1-2 古典加密技術 Rail-fence Cipher(籬笆密碼法) Rail Fence密碼法的加密操作

14 1-2 古典加密技術 Caesar Cipher(凱撒密碼法)
如果說現在要傳送一則訊息：“ THIS IS A KIND OF CAESAR CIPHER ” ，依字元對照表，其中T被加密成W、H被加密成K，以此類推。 經過加密過後的訊息如又所示: “WKLV LV D NLQG RI FDHVDU FLSKHU”。 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

15 1-2 古典加密技術 Vigènere密碼法 是屬於Poly-alphabetic 密碼法的一種。

16 1-2 古典加密技術 Homophonic Substitution Cipher (等價替代密碼法) 一個字元用多個符號來隨機表示。
而一個字元究竟要用多少個符號來代表，完全取決於它在一個語言當中出現的頻率。 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 8.2 1.5 2.8 4.3 12. 7 2.2 2.0 6.1 7.0 0.2 0.8 4.0 2.4 6.7 7.5 1.9 0.1 6.0 6.3 9.1 1.0

17 1-2 古典加密技術 Homophonic Substitution 密碼法之替代表範例
依此範例，假設我們要對字元‘I’加密，第一次用32，第二次用99，第三次用78；而對‘R’加密，第一次用24，第二次用86，第三次用31，以此類推。若加密一則訊息：‘CRYPTOGRAPHY IS VERY INTERESTING’，則以Homophonic Substitution 密碼法加密出來的訊息會變成： ‘ ’。

18 1-2 古典加密技術 Homophonic Substitution 密碼法之替代表 A B C D E F G H I J K L M N
Q R S T U V W X Y Z 06 62 53 40 29 66 77 16 49 13 88 03 73 95 07 83 20 47 56 94 61 30 48 82 55 97 76 91 34 60 41 74 43 08 33 42 15 52 32 99 78 96 71 59 21 00 14 39 51 09 45 19 63 11 79 92 70 87 38 44 98 18 80 69 72 27 35 10 02 24 86 31 75 25 90 89 23 81 93 26 85 64 54 01 65 22 46 04 37 84 68 12 58 17 36 50 28 67 57 05

19 1-3 Vigenère Cipher 從Caesar Cipher到Vigenère Cipher
凱薩密表：例如‘A’對應到‘D’，‘P’對應到‘S’， 讓敵人無法得到加密過後訊息的真正意義。 明文 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 密文

20 1-3 Vigenère Cipher Vigenère Cipher
在十六世紀末，由一位法國的外交官─Blaise de Vigenère (勃雷茲‧維吉尼亞)，提出了Poly-alphabetic Cipher─Vigenère Cipher 在Vigenère密表中，每一列都是Caesar密表的一種。 互通訊息的雙方透過是先約定的金鑰(Key)，決定明文用哪些列來加密。 優點：不會顯現英文單字頻率，若非真正的訊息接收者，就無法藉由「頻率分析法」推導出明文。

21 1-3 Vigenère Cipher Vigenère密表 明文 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R
S T U V W X Y Z

22 1-3 Vigenère Cipher Vigenère密表 明 文 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R
S T U V W X Y Z

23 1-3 Vigenère Cipher Vigenère Cipher 假設以「SECURE」為金鑰。
加密「JINGLE BELLS JINGLE BELLS JINGLE ALL THE WAY」。 得到密文是「BMPACITINFJNARIFVFWPNMAMFKNYRPDXJYNEQ」。 明 文 J I N G L E B S A T H W Y 金 鑰 C U R 密 M P F V K D X Q

24 1-3 Vigenère Cipher Vigenère Cipher 最大特色：能隱藏出明文中字母的頻率，改善了單套字母密碼法的缺點。
由於字母位移與金鑰相關，即使明文重複出現JINGLE BELLS，密文卻不顯露出重複的痕跡，以J為例： 當明文J遇上金鑰S，在密文中變成字母B。 當明文J遇上金鑰E，在密文中變成字母N。 當明文J遇上金鑰R，在密文中變成字母A。

25 1-3 Vigenère Cipher Kasiski Test (卡西斯基測試)

26 1-3 Vigenère Cipher 讓Vigenère Cipher難以破解
所以當金鑰的長度與明文一樣長，甚至比明文更長，將會增加其破譯的困難度，甚至無法被敵人破譯。 而長度長的金鑰當然也能是約定好的某本書，但是在發送接收訊息時也就必須要有金鑰本在手邊，由於是有規則性地推移字母，即使無密本也可逐字推算。

27 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
福爾摩斯和跳舞小人 X先生是聽聞Holmes似乎對任何希奇古怪的東西感到有趣，才先寄了這封信過來讓Holmes研究，而X先生本人也將於近日搭乘火車親自拜訪Holmes。

28 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
婚姻的開始 X先生在他的家鄉是個當地的名門望族，頗受居民的注目。 一天，X先生參加位於倫敦的一個慶典紀念會，於住宿處認識了Elsie小姐(愛爾茜，簡稱為E小姐)，陷入了熱戀，不久之後便登記結婚了。 但是婚前E小姐向X先生提出了一個要求：「為了不再回憶起以前的痛苦，請無論如何別過問我的過去，而你會娶到一個不曾做過任何使自己感到羞愧的事的女人。」 當時X先生也只想到，每個人或多或少都可能有些不堪回首的過去，於是便答應了；而婚後兩人的確也過著幸福美滿的生活。

29 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
神秘的小人畫像 直到有一天，E小姐接到一封來自美國的信。她看過信後，臉色變得慘白，並立刻將之燒毀，不再提起有關的事。 過了一陣子平凡的生活後，X先生突然再窗台上看到了一排像是在跳舞的小人畫像，內容跟那寄給Holmes的紙條上所畫的相同。 X先生果然又再庭院中發現了一張紙條，上面畫著相同的圖形。待X先生將其拿給愛爾茜看過後，像是受到了極大的驚嚇似的，她竟然昏倒了；之後的日子也都魂不守舍，眼中充滿著恐懼。

30 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
第二封

31 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
奇怪的是，X先生並未再發現入侵者，卻在一大早又在門板上發現了幾行新的且較短的圖形 。

32 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
密碼的破譯(1) A M H E R E A B E S L A N E Y

33 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
密碼的破譯 (2) A T E L R I G E S C O M E E L S I E

34 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
密碼的破譯(3) N E V E R

35 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
第三封 跳舞小人的訊息破解至此已算大功告成了。但是未等Holmes向X先生回報這個消息，X先生便又寄了封信過來﹕內容大致是說這些日子以來都過得平安無事，只是在寫這封信的前一天又發現了另一張紙條 ~

36 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
Elsie，prepare to meet thy god！(Elsie ，準備去見你的神吧！ 無奈還是遲了一步，E小姐受了嚴重的槍傷，X先生則不幸身亡。 知道Holmes是如何能將這兇手繩之以法的嗎?他所寄出的紙條內容如下：

37 1-4 Sherlock Holmes and the Dancing Men
對於本文的所有跳舞小人圖形字母對照表 字母 符號 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

38 1-5 現代密碼技術 現代密碼的時代背景 現代密碼學的架構 密碼系統發展的分類
AES（Advanced Encryption Standards） 縱談傳統密碼與近代密碼系統

39 1-5 現代密碼技術 現代密碼的時代背景 Internet上的直接電子交易行為。即電子商務(Electronic Commerce， EC)活動的興起。 數位化資訊的方便使用特性，使得偽造/拷貝/複製/破壞的不法企圖變得非常得容易和簡單。 資訊安全問題/資源智慧財產極容易在彈指之間，即被遭到不當的使用，而產生了對網路的不信任與許多的通訊爭端。

40 1-5 現代密碼技術 現代密碼學的架構 密碼系統是由以下五個基本部分所組成： 如下圖所示。
明文M(Plaintext)：未加密前的原始訊息。 密文C(Ciphertext)：明文加密後的訊息。 金鑰(Key)：包含加密金鑰及解密金鑰。 加密函數。 解密函數。 如下圖所示。

41 1-5 現代密碼技術 加密器 (Encryption) E 解密器 (Decryption) D 破密者 密文 C=Ek1(M) 明文 M 加密金鑰 K1 發送方 接收方 解密金鑰 K2 M=Dk2(C) 在典型的密碼系統中，發送方將明文利用加密器E及加密金鑰K1 ，將明文加密成密文。接著將C利用公眾通道(Public Channel)送給接收方。 接收方收到密文C後，利用解密器D及解密金鑰，可將C解密成明文。

42 1-5 現代密碼技術 密碼系統發展的分類 秘密金鑰密碼系統 (Secret-key Cryptosystem)又稱為對稱金鑰密碼系統(Symmetric Key Cryptosystem)，或單一金鑰密碼系統(One-key Cryptosystem) 公開金鑰密碼系統(Public-key Cryptosystem)

43 1-5 現代密碼技術 秘密金鑰密碼系統 典型(或傳統)的密碼系統中，若只有合法的發送方知道加密金鑰，則稱此密碼系統為秘密金鑰密碼系統。它具有下列特性：知道加密金鑰即知道解密金鑰，反之亦然。 目前DES（Data Encryption Standards）是最廣為應用的秘密金鑰密碼系統。

44 1-5 現代密碼技術 公開金鑰密碼系統 最著名的公開金鑰密碼系統是RSA密碼系統 。
其構想是：任何人均可將明文，經F(公開金鑰)加密得到密文。而只有擁有解密金鑰(暗門)的接收方，才能由密文解密求得明文。 由於公開金鑰密碼系統其加密金鑰可以公開，不需利用安全通道傳送，接收方只要擁有解密金鑰即可以正確解密。 因此方便性一般高於秘密金鑰密碼系統。

45 1-5 現代密碼技術 AES（Advanced Encryption Standards）
對於金鑰使用56位元長度DES而言，其金鑰過短的缺陷卻仍面臨了威脅。 AES的明文密文區塊將擴充為128bit，而金鑰的長度亦具有彈性可有128/192/256 位元等三種選擇。希望經加密後之密文可保護資料100年之安全性。 NIST終於在2000年10月公開選定Rijndael為AES所採用。

46 1-5 現代密碼技術 縱談傳統密碼與近代密碼系統 金鑰是破解密碼系統的重要關鍵 設計一現代適用的密碼系統應具下列特性：
金鑰可隨機選擇且需具彈性 密碼系統在理論上必須具正確性 演算機制的原理應透明化 滿足低成本的計算量然仍有高強韌度的抗攻擊能力

47 1-6 結語 Cryptography(密碼學)，是一場密碼系統設計者與密碼分析家之間延續了許久的戰爭。
古典密碼學Rail-fence / Caesar /Vigenere密碼法到近代密碼學的DES/RSA/AES與未來可能的趨勢，密碼系統設計者與密碼分析家的攻防戰應是無止境的，且對密碼學的研究/發展/應用為正面的刺激作用，並藉此良性的競賽提升文明層次。

48 1-6 結語 Vigenère Cipher的設計曾經被認為是無法破譯的加密法，然最後仍被技巧性的揭開謎底，可見發明解譯人智慧之絕妙。
透過跳舞小人的懸疑情節，想必對於密碼的吸引力已在您心中啟發了研究/探詢的好奇心。

49 本章結束 Q&A討論時間