密码学与网路安全第2部分古典加密技术ppt课件.ppt

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1、密碼學與網路安全第2章古典加密技術對稱式加密也稱為傳統加密、私密金鑰加密或單金鑰加密傳送端和接收端共用相同的金鑰所有古典加密演算法都是私密金鑰是1970年代公開金鑰加密發展出來之前的唯一加密方式而且是最常用的加密方式基本術語明文－原始可理解的訊息或資料密文－是由加密演算法根據明文和秘密金鑰所產生的輸出結果，內容是雜亂無章的訊息加密法－將明文轉換成密文的演算法金鑰－用在加密演算法的資訊，而且只有傳送端和接收端知道解密法－將密文還原成明文的演算法密碼學－研究加密原則、方法的學科密碼解析－研究不需金鑰而能解密的學科密碼技術－研究密碼學和密碼解析

2、的學科區塊加密法(blockcipher)無記憶轉換無記憶轉換加密解密明文M明文M密文C加密金鑰Ke解密金鑰Kd對稱式加密模型必要條件若要安全使用傳統加密法，有兩個必要的條件：強固的加密演算法只有傳送端與接收端能得知秘密金鑰以數學公式表示：Y=EK(X)X=DK(Y)我們不需要保護演算法，但我們需要保管好金鑰密碼學密碼學系統可以根據三種不同的觀點來描述：將明文轉為密文所用的運作方式替代／置換／重複的替代與置換金鑰的使用數量單金鑰或私密金鑰／雙金鑰或公開金鑰處理明文的方式區塊加密／串流加密密碼解析目的是還原金鑰，而非只還原訊息一般的方法：密

3、碼解析攻擊暴力破解法密碼解析攻擊僅知密文只知道演算法和密文已知明文已知或能推測出明文和密文選定明文選取明文並獲得密文選定密文選取密文並獲得明文選定內文選取明文或密文來加密或解密密碼解析攻擊絕對安全不論攻擊者取得多少密文，如果他無法從其中的資訊解出相對應的明文，我們就說這個加密機制是絕對安全。也就是說，不論攻擊者花多少時間都不可能破解密文，因為解開密文所需的資訊不在其中計算安全性破解加密法所需的成本超過加密訊息本身的價值，或者破解加密法所需的時間超過訊息的有效壽命，加密法就視為計算安全性暴力破解嘗試所有可能的金鑰平均來說，必須嘗試的金鑰數量

4、，大約是可能的金鑰總數的一半下表列出不同的金鑰數量所需要的時間金鑰長度（位元）可能的金鑰總數每微秒加密一次所需的時間每微秒加密l06次所需的時間32232=4.3109231µs=35.8秒2.15毫秒56256=7.21016255µs=1142年10.01小時1282128=3.410382127µs=5.41024年5.41018年1682168=3.710502167µs=5.91036年5.91030年26字元（任意排列）26!=4102621026µs=6.41012年6.4106年替代加密法以其它的字

5、元或符號來替代將明文裡的字元如果將明文視為連續的字元，那麼替代就是將明文的字元樣式換成密文的字元樣式凱撒加密法目前所知道最早且最簡單的替代加密法羅馬的凱撒將軍（JuliusCaesar）所發明將每個字母用其後的第三個字母來替代例如:meetmeafterthetogapartyPHHWPHDIWHUWKHWRJDSDUWB凱撒加密法字元的順序可繞回頭：abcdefghijklmnopqrstuvwxyzDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC為每個字母指定一個數值：abcdefghijklmnopqrstuvwxyz01234

6、5678910111213141516171819202122232425便能以下列方式表示這個演算法，也就是每個明文字元p會換成密文字元C：c=E(p)=(p+k)mod(26)p=D(c)=(c–k)mod(26)凱撒加密法的密碼解析只有26種可能的加密方式A到Z的對映如果知道密文是由凱撒加密法產生，暴力法便很容易破解，因為：已知加密/解密演算法只要一一測試這26種對映方式已知明文所用的語言例如破解密文：GCUAVQDTGCM單套字母加密法不只字母移位，也任意排列字母每個明文字母對映到不同的隨機密文字母因此金鑰長達26個字母明文：ab

7、cdefghijklmnopqrstuvwxyz密文：DKVQFIBJWPESCXHTMYAUOLRGZN明文：ifwewishtoreplaceletters密文：WIRFRWAJUHYFTSDVFSFUUFYA單套字母加密法的安全性總共有26!種可能的金鑰，也就是4x1026金鑰數量龐大，應該就很安全但是，錯！問題是在語言的特性字元相對出現頻率不是所有字元的出現頻率都相同英文裡的字母E是最常用的字母，其次是T、R、N、I、O、A、S其他如Z、J、K、Q、X的使用頻率並不高各種語言皆有常用字、詞的頻率統計，有助於密碼解析字元相對出現頻率

8、單套字母加密法的密碼解析找出雙字元的出現頻率是另一種有用的方式重要概念–單套字母替代加密不會改變字元出現的頻率補救措施是讓一個字元有好幾種替代方式，亦即同音字如果按照字元出現頻率來決定其密文符