古典密码技术

博主： Xherlock
发布时间：2022 年 02 月 15 日
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3724字数
分类：密码学

# 古典密码技术

## 替代密码（Substitution Cipher）

先建立一个替换表，加密时依次替换字符

按照密码算法加解密时使用替换表多少分类如下

```mermaid
graph LR
A[替代密码]-->B[单表替代密码]
A[替代密码]-->C[多表替代密码]
```

### 单表替代密码

#### 一般单表替代密码

##### 原理

以26个英文字母集合上的一个置换&pi;为密钥，对明文消息中的每个字母依次进行变换

明文m，密文c，定义

加密变换：$e_{\pi}(m)=\pi(m)=c$

解密变换：$d_{\pi}(c)=\pi^{-1}(c)=m$

![image-20220205230230194.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/2520777161.png)

```mermaid
graph LR
A[xherlock]-->B[AKHUORFN]
```

##### 特点

* 密钥空间K很大，使用穷举法几乎不可行
* 移位密码体制时其中的一个特例，仅含26个置换
* 密钥&pi;不便于记忆

#### 移位密码

##### 原理

![image-20220212200634882.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/2884324578.png)

![image-20220212200647823.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/1941670410.png)

##### 特点

k=3时，是凯撒密码

#### 仿射密码

##### 原理

![D66111BB3CB5D3D59D56490D2F47C84F.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/1903496358.png)

#### 密钥短语密码

##### 原理

选用一个英文短语或单词串作为密钥，去掉其中重复的字母得到一个无重复字母的字符串，然后再将字母表中的其他字母依次写于此字母串后，即可构造出一个字母替代表

#### 单表替代密码安全性

不足：属于单字母一一对应，没有将明文字母出现得概率隐藏起来，再实际应用中，可利用自然语言的统计特性来破译此类密码，如下表

| **字母** | **出现频率** | **字母** | **出现频率** |
| ---------- | -------------- | ---------- | -------------- |
| a  ③    | 0.0856       | n   ⑤   | 0.0707       |
| b        | 0.0139       | o   ④   | 0.0797       |
| c        | 0.0279       | p        | 0.0199       |
| d        | 0.0378       | q        | 0.0012       |
| e   ①   | 0.1304       | r   ⑥   | 0.0677       |
| f        | 0.0289       | s        | 0.0607       |
| g        | 0.0199       | t   ②   | 0.1045       |
| h        | 0.0528       | u        | 0.0249       |
| i    ⑦  | 0.0627       | v        | 0.0092       |
| j        | 0.0013       | w        | 0.0149       |
| k        | 0.0042       | x        | 0.0017       |
| l        | 0.0339       | y        | 0.0199       |
| m        | 0.0249       | z        | 0.0008       |

### 多表替代密码

将明文字母划分为长度相同的单元，称为明文分组，这样可以使同一字母有不同的密文

特点：使用了两个或两个以上的替代表

#### 维吉尼亚密码

##### 原理

![4B4D65E86FEBC99AFEABB0D0A700A502.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/1752851673.png)

#### 希尔密码

##### 原理

将n个敏文字母通过线性变换，转换为n个密文字母

![4BF9E4D77864439B5164FF7D588FDED1.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/2950103406.png)

##### 特点

* 可以很好的抑制自然语言的统计特性，具有较高安全强度
* 密钥空间较大
* 易受已知明文攻击及选择明文攻击

#### 一次一密码

##### 原理

替代密码的密钥是一个随机且不重复的字符序列，也称Vernam密码

![image-20220214170112898.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/187112683.png)

要求：密钥随机产生，且只能用一次

但在实际中很难保证密钥的安全性，因为密钥有产生、存储、分发的过程，同时密钥长度可能会很长（因为得大于等于明文得长度）

#### Playfair密码

##### 原理

双字母单表替代密码，将明文中的栓字母作为一个单元对待，并将这些单元转换为密文字母组合，下表是密码字母矩阵

| *p*          | **l** | **a** | **y** | **f** |
| -------------- | ------- | ------- | ------- | ------- |
| **i** /**j** | **r** | **s** | **d** | **g** |
| **m**        | **c** | **h** | **e** | **b** |
| **k**        | **n** | **o** | **q** | **t** |
| **u**        | **v** | **w** | **x** | **z** |

**加密规则**：取双字母分别为P1、P2

* 若P1、P2在同一行，密文C1、C2分别是紧靠P1、P2右端的字母；
* 若P1、P2在同一列，密文C1、C2分别是紧靠P1、P2下方的字母；
* 若P1、P2不在同一行，也不在同一列，则C1、C2是由P1、P2确定的矩形其它两角的字母，且C1和P1在同一行，C2和P2在同一行；
* 若P1＝P2，则两个字母间插入一个预先约定的字母，如x，并用前述方法处理；如balloon，则以ba lx lo on 来加密。
* 若明文字母数为奇数，则在明文尾填充约定字母。

算法还约定字母矩阵中第一列看做最后一列的右边一列，

表中第一行看做最后一行的下一行。

##### 特点

* 组合多，频率分析困难

## 置换密码（Permutation Cipher）

通过改变明文消息各元素的相对位置，但明文消息元素本身的取值或内容形式不变

### 周期置换密码

#### 特点

将明文字符按一定长度n分组，把每组的字符按1、2……n的一个置换&pi;重排位置次序来得到密文，密钥即为置换&pi;

![9DF1F668C8AB07F51B779E43D1335F9D.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/611711972.png)

置换密码在实质上是Hill密码的特例

### 列置换密码

![image-20220215103914098.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/2850692096.png)

## 转轮机密码

历史上著名的恩尼格玛

最后修改：2022 年 02 月 15 日

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mars
博主你好，请问怎么知道的alloc函数属于Buffer下的方法...
lj
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Mr.Guan
:@(赞一个)
Typecho
欢迎加入 Typecho 大家族

古典密码技术

Xherlock • 2022 年 02 月 15 日

# 古典密码技术

## 替代密码（Substitution Cipher）

先建立一个替换表，加密时依次替换字符

按照密码算法加解密时使用替换表多少分类如下

```mermaid
graph LR
A[替代密码]-->B[单表替代密码]
A[替代密码]-->C[多表替代密码]
```

### 单表替代密码

#### 一般单表替代密码

##### 原理

以26个英文字母集合上的一个置换&pi;为密钥，对明文消息中的每个字母依次进行变换

明文m，密文c，定义

加密变换：$e_{\pi}(m)=\pi(m)=c$

解密变换：$d_{\pi}(c)=\pi^{-1}(c)=m$

![image-20220205230230194.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/2520777161.png)

```mermaid
graph LR
A[xherlock]-->B[AKHUORFN]
```

##### 特点

* 密钥空间K很大，使用穷举法几乎不可行
* 移位密码体制时其中的一个特例，仅含26个置换
* 密钥&pi;不便于记忆

#### 移位密码

##### 原理

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##### 特点

k=3时，是凯撒密码

#### 仿射密码

##### 原理

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#### 密钥短语密码

##### 原理

#### 单表替代密码安全性

不足：属于单字母一一对应，没有将明文字母出现得概率隐藏起来，再实际应用中，可利用自然语言的统计特性来破译此类密码，如下表

### 多表替代密码

将明文字母划分为长度相同的单元，称为明文分组，这样可以使同一字母有不同的密文

特点：使用了两个或两个以上的替代表

#### 维吉尼亚密码

##### 原理

![4B4D65E86FEBC99AFEABB0D0A700A502.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/1752851673.png)

#### 希尔密码

##### 原理

将n个敏文字母通过线性变换，转换为n个密文字母

![4BF9E4D77864439B5164FF7D588FDED1.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/2950103406.png)

##### 特点

* 可以很好的抑制自然语言的统计特性，具有较高安全强度
* 密钥空间较大
* 易受已知明文攻击及选择明文攻击

#### 一次一密码

##### 原理

替代密码的密钥是一个随机且不重复的字符序列，也称Vernam密码

![image-20220214170112898.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/187112683.png)

要求：密钥随机产生，且只能用一次

但在实际中很难保证密钥的安全性，因为密钥有产生、存储、分发的过程，同时密钥长度可能会很长（因为得大于等于明文得长度）

#### Playfair密码

##### 原理

双字母单表替代密码，将明文中的栓字母作为一个单元对待，并将这些单元转换为密文字母组合，下表是密码字母矩阵

**加密规则**：取双字母分别为P1、P2

算法还约定字母矩阵中第一列看做最后一列的右边一列，

表中第一行看做最后一行的下一行。

##### 特点

* 组合多，频率分析困难

## 置换密码（Permutation Cipher）

通过改变明文消息各元素的相对位置，但明文消息元素本身的取值或内容形式不变

### 周期置换密码

#### 特点

将明文字符按一定长度n分组，把每组的字符按1、2……n的一个置换&pi;重排位置次序来得到密文，密钥即为置换&pi;

![9DF1F668C8AB07F51B779E43D1335F9D.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/02/611711972.png)

置换密码在实质上是Hill密码的特例

### 列置换密码

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