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替代加密演算法工作原理

發布時間:2025-05-29 12:31:23

Ⅰ 古典密碼安全演算法有哪些

世界上最早的一種密碼產生於公元前兩世紀。是由一位希臘人提出的,人們稱之為
棋盤密碼,原因為該密碼將26個字母放在5×5的方格里,i,j放在一個格子里,具體情
況如下表所示

1 2 3 4 5
1 a b c d e
2 f g h i,j k
3 l m n o p
4 q r s t u
5 v w x y z

這樣,每個字母就對應了由兩個數構成的字元αβ,α是該字母所在行的標號,β是列
標號。如c對應13,s對應43等。如果接收到密文為

43 15 13 45 42 15 32 15 43 43 11 22 15

則對應的明文即為secure message。

另一種具有代表性的密碼是凱撒密碼。它是將英文字母向前推移k位。如k=5,則密
文字母與明文與如下對應關系

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
F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E

於是對應於明文secure message,可得密文為XJHZWJRJXXFLJ。此時,k就是密鑰。為了
傳送方便,可以將26個字母一一對應於從0到25的26個整數。如a對1,b對2,……,y對
25,z對0。這樣凱撒加密變換實際就是一個同餘式

c≡m+k mod 26

其中m是明文字母對應的數,c是與明文對應的密文的數。

隨後,為了提高凱撒密碼的安全性,人們對凱撒密碼進行了改進。選取k,b作為兩
個參數,其中要求k與26互素,明文與密文的對應規則為

c≡km+b mod 26

可以看出,k=1就是前面提到的凱撒密碼。於是這種加密變換是凱撒野加密變換的
推廣,並且其保密程度也比凱撒密碼高。

以上介紹的密碼體制都屬於單表置換。意思是一個明文字母對應的密文字母是確定
的。根據這個特點,利用頻率分析可以對這樣的密碼體制進行有效的攻擊。方法是在大
量的書籍、報刊和文章中,統計各個字母出現的頻率。例如,e出現的次數最多,其次
是t,a,o,I等等。破譯者通過對密文中各字母出現頻率的分析,結合自然語言的字母頻
率特徵,就可以將該密碼體制破譯。

鑒於單表置換密碼體制具有這樣的攻擊弱點,人們自然就會想辦法對其進行改進,
來彌補這個弱點,增加抗攻擊能力。法國密碼學家維吉尼亞於1586年提出一個種多表式
密碼,即一個明文字母可以表示成多個密文字母。其原理是這樣的:給出密鑰
K=k[1]k[2]…k[n],若明文為M=m[1]m[2]…m[n],則對應的密文為C=c[1]c[2]…c[n]。
其中C[i]=(m[i]+k[i]) mod 26。例如,若明文M為data security,密鑰k=best,將明
文分解為長為4的序列data security,對每4個字母,用k=best加密後得密文為

C=EELT TIUN SMLR

從中可以看出,當K為一個字母時,就是凱撒密碼。而且容易看出,K越長,保密程
度就越高。顯然這樣的密碼體制比單表置換密碼體制具有更強的抗攻擊能力,而且其加
密、解密均可用所謂的維吉尼亞方陣來進行,從而在操作上簡單易行。該密碼可用所謂
的維吉尼亞方陣來進行,從而在操作上簡單易行。該密碼曾被認為是三百年內破譯不了
的密碼,因而這種密碼在今天仍被使用著。

古典密碼的發展已有悠久的歷史了。盡管這些密碼大都比較簡單,但它在今天仍有
其參考價值。

Ⅱ 古典加密技術中最基本的兩種演算法是什麼

替代演算法和置換移位法。

1.替代演算法
替代演算法指的是明文的字母由其他字母或數字或符號所代替。最著名的替代演算法是愷撒密碼。凱撒密碼的原理很簡單,其實就是單字母替換。我們看一個簡單的例子:

明文:abcdefghijklmnopq

密文:defghijklmnopqrst

若明文為student,對應的密文則為vwxghqw 。在這個一一對應的演算法中,愷撒密碼將字母表用了一種順序替代的方法來進行加密,此時密鑰為3,即每個字母順序推後3個。由於英文字母為26個,因此愷撒密碼僅有26個可能的密鑰,非常不安全。

為了加強安全性,人們想出了更進一步的方法:替代時不是有規律的,而是隨機生成一個對照表。

明文:abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

密文:xnyahpogzqwbtsflrcvmuekjdI

此時,若明文為student,對應的密文則為 vmuahsm 。這種情況下,解密函數是上面這個替代對照表的一個逆置換。

不過,有更好的加密手段,就會有更好的解密手段。而且無論怎樣的改變字母表中的字母順序,密碼都有可能被人破解。由於英文單詞中各字母出現的頻度是不一樣的,通過對字母頻度的統計就可以很容易的對替換密碼進行破譯。為了抗擊字母頻度分析,隨後產生了以置換移位法為主要加密手段的加密方法。

2.置換移位法
使用置換移位法的最著名的一種密碼稱為維吉尼亞密碼。它以置換移位為基礎的周期替換密碼。

前面介紹的替代演算法中,針對所有的明文字母,密鑰要麼是一個唯一的數,要麼則是完全無規律可尋的。在維吉尼亞密碼中,加密密鑰是一個可被任意指定的字元串。加密密鑰字元依次逐個作用於明文信息字元。明文信息長度往往會大於密鑰字元串長度,而明文的每一個字元都需要有一個對應的密鑰字元,因此密鑰就需要不斷循環,直至明文每一個字元都對應一個密鑰字元。對密鑰字元,我們規定密鑰字母a,b,c,d……y,z對應的數字n為:0,1,2,3……24,25。每個明文字元首先找到對應的密鑰字元,然後根據英文字母表按照密鑰字元對應的數字n向後順序推後n個字母,即可得到明文字元對應的密文字元。

如果密鑰字為deceptive , 明文為 wearediscoveredsaveyourself,則加密的過程為:

明文: wearediscoveredsaveyourself

密鑰: deceptivedeceptivedeceptive

密文: zicvtwqngrzgvtwavzhcqyglmgj

對明文中的第一個字元w,對應的密鑰字元為d,它對應需要向後推3個字母,w,x,y,z,因此其對應的密文字元為z。上面的加密過程中,可以清晰的看到,密鑰deceptive被重復使用。

古典密碼體制將數學的方法引入到密碼分析和研究中。這為現代加密技術的形成和發展奠定了堅實的基礎。

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