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替代加密算法工作原理

发布时间:2025-05-29 12:31:23

Ⅰ 古典密码安全算法有哪些

世界上最早的一种密码产生于公元前两世纪。是由一位希腊人提出的,人们称之为
棋盘密码,原因为该密码将26个字母放在5×5的方格里,i,j放在一个格子里,具体情
况如下表所示

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

这样,每个字母就对应了由两个数构成的字符αβ,α是该字母所在行的标号,β是列
标号。如c对应13,s对应43等。如果接收到密文为

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

则对应的明文即为secure message。

另一种具有代表性的密码是凯撒密码。它是将英文字母向前推移k位。如k=5,则密
文字母与明文与如下对应关系

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

于是对应于明文secure message,可得密文为XJHZWJRJXXFLJ。此时,k就是密钥。为了
传送方便,可以将26个字母一一对应于从0到25的26个整数。如a对1,b对2,……,y对
25,z对0。这样凯撒加密变换实际就是一个同余式

c≡m+k mod 26

其中m是明文字母对应的数,c是与明文对应的密文的数。

随后,为了提高凯撒密码的安全性,人们对凯撒密码进行了改进。选取k,b作为两
个参数,其中要求k与26互素,明文与密文的对应规则为

c≡km+b mod 26

可以看出,k=1就是前面提到的凯撒密码。于是这种加密变换是凯撒野加密变换的
推广,并且其保密程度也比凯撒密码高。

以上介绍的密码体制都属于单表置换。意思是一个明文字母对应的密文字母是确定
的。根据这个特点,利用频率分析可以对这样的密码体制进行有效的攻击。方法是在大
量的书籍、报刊和文章中,统计各个字母出现的频率。例如,e出现的次数最多,其次
是t,a,o,I等等。破译者通过对密文中各字母出现频率的分析,结合自然语言的字母频
率特征,就可以将该密码体制破译。

鉴于单表置换密码体制具有这样的攻击弱点,人们自然就会想办法对其进行改进,
来弥补这个弱点,增加抗攻击能力。法国密码学家维吉尼亚于1586年提出一个种多表式
密码,即一个明文字母可以表示成多个密文字母。其原理是这样的:给出密钥
K=k[1]k[2]…k[n],若明文为M=m[1]m[2]…m[n],则对应的密文为C=c[1]c[2]…c[n]。
其中C[i]=(m[i]+k[i]) mod 26。例如,若明文M为data security,密钥k=best,将明
文分解为长为4的序列data security,对每4个字母,用k=best加密后得密文为

C=EELT TIUN SMLR

从中可以看出,当K为一个字母时,就是凯撒密码。而且容易看出,K越长,保密程
度就越高。显然这样的密码体制比单表置换密码体制具有更强的抗攻击能力,而且其加
密、解密均可用所谓的维吉尼亚方阵来进行,从而在操作上简单易行。该密码可用所谓
的维吉尼亚方阵来进行,从而在操作上简单易行。该密码曾被认为是三百年内破译不了
的密码,因而这种密码在今天仍被使用着。

古典密码的发展已有悠久的历史了。尽管这些密码大都比较简单,但它在今天仍有
其参考价值。

Ⅱ 古典加密技术中最基本的两种算法是什么

替代算法和置换移位法。

1.替代算法
替代算法指的是明文的字母由其他字母或数字或符号所代替。最着名的替代算法是恺撒密码。凯撒密码的原理很简单,其实就是单字母替换。我们看一个简单的例子:

明文:abcdefghijklmnopq

密文:defghijklmnopqrst

若明文为student,对应的密文则为vwxghqw 。在这个一一对应的算法中,恺撒密码将字母表用了一种顺序替代的方法来进行加密,此时密钥为3,即每个字母顺序推后3个。由于英文字母为26个,因此恺撒密码仅有26个可能的密钥,非常不安全。

为了加强安全性,人们想出了更进一步的方法:替代时不是有规律的,而是随机生成一个对照表。

明文:abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

密文:xnyahpogzqwbtsflrcvmuekjdI

此时,若明文为student,对应的密文则为 vmuahsm 。这种情况下,解密函数是上面这个替代对照表的一个逆置换。

不过,有更好的加密手段,就会有更好的解密手段。而且无论怎样的改变字母表中的字母顺序,密码都有可能被人破解。由于英文单词中各字母出现的频度是不一样的,通过对字母频度的统计就可以很容易的对替换密码进行破译。为了抗击字母频度分析,随后产生了以置换移位法为主要加密手段的加密方法。

2.置换移位法
使用置换移位法的最着名的一种密码称为维吉尼亚密码。它以置换移位为基础的周期替换密码。

前面介绍的替代算法中,针对所有的明文字母,密钥要么是一个唯一的数,要么则是完全无规律可寻的。在维吉尼亚密码中,加密密钥是一个可被任意指定的字符串。加密密钥字符依次逐个作用于明文信息字符。明文信息长度往往会大于密钥字符串长度,而明文的每一个字符都需要有一个对应的密钥字符,因此密钥就需要不断循环,直至明文每一个字符都对应一个密钥字符。对密钥字符,我们规定密钥字母a,b,c,d……y,z对应的数字n为:0,1,2,3……24,25。每个明文字符首先找到对应的密钥字符,然后根据英文字母表按照密钥字符对应的数字n向后顺序推后n个字母,即可得到明文字符对应的密文字符。

如果密钥字为deceptive , 明文为 wearediscoveredsaveyourself,则加密的过程为:

明文: wearediscoveredsaveyourself

密钥: deceptivedeceptivedeceptive

密文: zicvtwqngrzgvtwavzhcqyglmgj

对明文中的第一个字符w,对应的密钥字符为d,它对应需要向后推3个字母,w,x,y,z,因此其对应的密文字符为z。上面的加密过程中,可以清晰的看到,密钥deceptive被重复使用。

古典密码体制将数学的方法引入到密码分析和研究中。这为现代加密技术的形成和发展奠定了坚实的基础。

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