信息安全导论论文

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1、信息安全导论课程报告学生：张凯龙专业方向：信息与计算科学年级：2013级学号：1357122任课教师：张书台2015年12月密码学的发展及应用张凯龙（2013，1357122）摘要本文主要是关于密码学的发展及其应用的专讲，从密码学的起源开始引入，对其发展历史进行概述。文章的重点是对密码学的内容进行分析，包括古典替换密码、对称密钥密码和公开密钥密码三个大的方面，分别对简单替换密码、多表代替密码、对称密码基本加密、对称密码工作模式、RSA公开密钥算法和Diffie-Hellman密钥交换算法等加密算法的加密原理、加密方法以及解密等这些方面

2、进行比较详细的阐明，以及对部分加密方法如简单替换密码等实验的实际操作。最后通过举例说明密码学在现实生活中的广泛应用。关键字密码学；加密；解密；算法；密钥1密码的起源与发展1.1密码的起源曾有这样一个故事，斯巴达是古希腊的一个城邦，里面的人以骁勇善战著称，有一天，距城很远的兵营中来了一个转程从斯巴达城赶来送信的奴隶，兵营中有位叫莱桑德的将军读了信以后，感到很失望，因为信中毫无重要信息，就随手把它扔到一边去了。可是，刹那间，将军锐利的目光好像发现了什么，他立刻对这个奴隶说：“把腰带给我”。这是一条普通的腰带，只是与通常的略有不同，在腰带的

3、周围雕刻着一串字母，看上去毫无意义。但当将军把腰带螺旋式地绕在手中的剑鞘上时，奇迹出现了，它告诉将军一个极其重要的消息：斯巴达当时的同盟者波斯人正在搞阴谋，企图谋反夺权。这便是雅典间谍送的一份情报，它告诉雅典，波斯军队准备在斯巴达军队发起最后攻击时，突然对斯巴达军队进行袭击。斯巴达军队根据这份情报马上改变了作战计划，先以迅雷不及掩耳之势攻击毫无防备的波斯军队，并一举将它击溃，解除了后顾之忧。随后，斯巴达军队回师征伐雅典，终于取得了战争的最后胜利。案例中的腰带作为密码，剑鞘即为密钥，这便是早期的密码，这种密码通信方式在希腊广为流传。现代

4、的密码电报，据说就是受了它的启发而发明的。1.2密码学的发展密码学的发展可以分为四个阶段：8/9（1）手工或简单机械密码时期（公元前五世纪～1900年）；（2）机械和机电密码时期（1900年～1950年）；（3）电子密码时期（1950年～1970年）；（4）计算机密码时期（1970年～现在）。现在的量子密码学也可算作是密码学发展的一个重要时期。2.密码学的内容2.1古典替换密码2.1.1简单代替密码（1）移位密码移位密码的加密实现上就是将26个英文字母向后循环移动k位，其加解密可分别表示为：c=Ek(m)=m+k(mod26)m=Dk

5、(c)=c-k(mod26)其中，m、c、k是满足0≤m,c,k≤25的整数。实例操作：（2）乘法密码乘法密码是通过对字母等间隔抽取以获得密文，其加解密可分别表示如下：c=mk(mod26)m=ck-1(mod26)其中，m、c、k是满足0≤m,c,k≤25，且gcd(k,26)=1的整数。实例操作：（3）仿射密码仿射密码的加密是一个线性变换，将移位密码和乘法密码相结合，其加解密可分别表示为：c=Ea,b(m)=am+b(mod26)m=Da,b(m)=a-1(c-b)(mod26)其中：a、b是密钥，是满足0≤a,b≤25和gcd(

6、a,26)=1的整数，即a和26互素；a-1表示a的逆元，即a-1•a≡1mod26。实例操作：（4）基于统计的密码分析简单代替密码也称为单表代替密码，其加密变换实际上是从明文字母到加密字母的意义映射关系，这就给加密分析者一个机会，如果密码分析者知道明文的特点规律，他就可以利用这些对密文实施攻击。图2.1为英文字母的相对使用频率分布，攻击者可以首先将密文中字母的相对使用频率统计出来，将英文字母的相对使用频率相比较，进行匹配分析。如果密文信息足够长，采用字母相8/9对使用频率统计分析法，很容易对电能表代替密码进行破译。2.1英文字母相对

7、使用频率分布2.1.2多表代替密码经典的多表代换密码有：维吉尼亚（Vigenenre）密码、Beaufort、RunningKey、Vernam和轮换机等密码，下面以维吉尼亚密码为例：Vigenenre密码是最著名的多表代换密码，是16世纪法国著名密码学家BlaisedeVigenenre发明的。Vigenenre密码使用一个词组作为密钥，密钥中每一个字母用来确定一个代换表，每一个密钥字母被用来加密一个明文字母，第一个密钥字母加密第一个明文字母，第二个密钥字母加密第二个明文字母，等所有密钥字母使用完后，密钥再次循环使用，于是加解密前需

8、先将明密文按照密钥长度进行分组。密码算法可表示如下：设密钥K=(k1,k2,…,kd)，明文M=(m1,m2,…,mn)，密文C=(c1,c2,…,cn)；加密变换为：ci=Eki(mi)=mi+ki(mod26)解密变