【密码学笔记】代替技术

代替技术

代替技术是将明文字母替换成其他字母、数字或符号的方法。

Caesar密码（由Julius Caesar发明）

定义：将字母表中的每个字母，有它之后的第 3 个字母来代替。

例如：

明文： meet me after the toga party

密文： PHHW PH DIWHU WKH WRJD SDUWB

我们通产用一个数字来代替每一个字母，因此，得到下表：

a	b	c	d	e	f	g	h
0	1	2	3	4	5	6	7
i	j	k	l	m	n	o	p
8	9	10	11	12	13	14	15
q	r	s	t	u	v	w	x
16	17	18	19	20	21	22	23
y	z
24	25

则加密算法可以如下表达。对每个明文字母p，代替成密文字母C：

C = E（3，p）= （p + 3）mod 26

移位可以是任意整数k，这样就得到了一般的Caesar算法：

C = E（k，p）= （p + k）mod 26

k ∈ [1,25]

解决手段：穷举攻击

可以采用穷举攻击的手段，主要是因为：
1. 已知加密和解密的算法
2. 需测试的密钥只有25个
3. 明文所用的语言已知，且其意义易于识别

单表代替密码

定义：每条信息用一个字母表（给出从明文字母到密文字母的映射）加密。

这种方法大大增大了密钥空间的数量级，如果密文行是26个字母的任意置换，那么就有26！或大于4×10^26^ 种可能的密钥。

置换是有限元素的集合S的所有元素的有序排列，且每个元素只出现一次。

例如：如果S = {a,b,c}，则S有6个置换：abc,acb,bac,bca,cab,cba
这种方法看似可以抵挡穷举攻击，但启示如果把字母使用的相对评论统计出来，与英文字母的使用评论分布进行比较，就很可能分析出明文了。

所以其解决手段：字母频率分析（基于明文与密文字母频率相同）
改进方法：在明文信息中采用不同的单表代替，既多表代替密码，下面也会介绍。

所有这些方法都有以下的共同特征：
1. 采用相关的单表代替规则集。
2. 密钥决定给定变换的具体规矩。

Playfair密码

定义：把明文中的双字母迎接作为一个单元并将其转换成密文的“双字母音节”。

该算法基于一个由密钥词构成的5×5字母矩阵。
加密规则：

假设密钥词为monarchy。填充矩阵的方法是：首先将密钥词（去掉重复字母）从左至右、从上至下填在矩阵格子里，再将剩余的字母按字母表的顺序从左到右、从上至下填在矩阵剩下的格子李。字母I和J暂且当成一个字母。对明文按如下规则一次加密两个字母：
1. 如果该字母对的两个字母是相同的，那么在它们之间加一个填充字母，比如x。例如：balloon先把它变成ba lx lo on这样4个字母对。
2. 落在矩阵同一行的明文字母对中的字母由其右边的字母代替，每行中最右边的一个字母就用该列中最左边的第一个字母来代替，比如ar变成RM。
3. 落在矩阵同一列的明文字母对中的字母由其下面的字母代替，每行中最下面的一个字母就用该列中最上面的第一个字母来代替，例如mu变成CM。
4. 其他的每组明文字母对文中的字母则：该字母所在行为密文所在行，另一字母所在列为密文所在列。比如hs变成BP，ea变成IM。

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

- 解决手段：字母频率分析

多表代替加密

定义：多表代替密码中最著名和最简单的是Vignerere密码。它的代替规则集由26个Caesar密码的代替表组成，其中每一个代替表是对明文字母表移位0-25次后得到的代替单表。
假设明文序列为P = p~0~,p~1~,p~2~,…,p~n-1~，密钥由序列K = k~0~,k~1~,k~2~,…,k~m-1~ 构成，其中典型的m

Vernam密码

定义： 1918年AT&T公司的工程师Gilbert Vernam首先引入了这种体制，其运算基于二进制数据而非字母，可以简单表示为：C~i~ = p~i~ ⊕ k~i~

其中：

p~i~ 是明文第i个二进制位

k~i~ 是密钥第i个二进制位

c~i~ 是密文第i个二进制位

⊕是异或运算符

其解密过程为：p~i~ = c~i~ ⊕ k~i~

这种技术的本质在于构造密钥的方式。Vernam提出使用连续的磁带，其最终也将循环。所以事实上该体制是使用周期很大的循环密钥。尽管周期很长对于密码分析增添了相当大的难度，但是如果有足够的密文，使用已知或可能的明文序列，或者联合使用两者，该方案是可以被破解的。

一次一密（Vernam密码的改进方案）

定义：使用与消息一样长度且无重复的随机密钥来加密信息

优点：如果用穷举法搜索所有可能的密钥，就会得到大量可读、清楚的明文，但是没法确定哪一个是真正所需要的，因此这种密码不可破。
缺点：
1. 产生大规模随机密钥由实际困难
2. 密钥的分配和保护也是问题

【密码学笔记】代替技术相关推荐

网络与系统安全笔记------密码技术及应用
网络与系统安全笔记------密码技术及应用密码学密码学分支密码编码古典加密技术现代加密技术加密解密密码分析哈希函数 MD族算法 SHA族算法完整性保护认证对称密码国际标准机 ...
密码学笔记——eval(function(p,a,c,k,e,d) 加密破解
密码学笔记--eval(function(p,a,c,k,e,d) 的加密破解例题: 小明某天在看js的时候,突然看到了这么一段代码,发现怎么也理不出代码逻辑,你能帮帮他吗? 格式:SimCTF{} ...
汇编语言笔记——接口技术与编程
文章目录传送门储存系统与技术材料高速储存器缓冲储存器(Cache) 材料,局部性,访问方式 Cache全相联映射 Cache交换与一致性单核CPU一致性处理多核CPU的MESI协议主储存 ...
个人学习笔记 ——【技术美术百人计划】图形 2.1 色彩空间介绍
个人学习笔记 --[技术美术百人计划]图形 2.1 色彩空间介绍图形 2.1 色彩空间介绍个人学习笔记 --[技术美术百人计划]图形 2.1 色彩空间介绍图形 2.1 色彩空间介绍一.色彩发送 ...
word涂改涂掉图片_一次性学会笔记的技术（6）修改不涂改，让资讯得以追踪
继续分享一次性学习会笔记的技术系列第六篇文章,本系列文章摘自<經理人月刊.NO.63期.一次學會,筆記的技術>,战隼的学习探索整理,这个系列的文章是我找到各种使用笔记的技巧中最完整.最实用 ...
Electron学习笔记（技术胖）
Electron学习笔记(技术胖) 标签(空格分隔): 前端桌面技术胖 Electron 安装前提:已经安装node,并且是10以上的版本 cnpm install electron --sav ...
信息论——密码学笔记（七）
一.信息论 Claude Elmwood Shannon于1948年首先确立了现代信息论. 1.信息量(amount of information):假设所有消息是等可能的,对消息中所有可能的值进行编 ...
阿里大神最佳总结Flutter进阶学习笔记，技术详细介绍
开头很多人工作了十年,但只是用一年的工作经验做了十年而已. 高级工程师一直是市场所需要的,然而很多初级工程师在进阶高级工程师的过程中一直是一个瓶颈. 移动研发在最近两年可以说越来越趋于稳定,因为越来 ...
读书笔记：技术的本质-技术是什么，它是怎样进化的 (布莱恩•阿瑟)
读书笔记算不算原创? - page 30 然而.作为人类,我们实际上不应该和技术如此紧密地结合,而是应该和其它什么东西融合得更为紧密,那就是自然. 在最深的层次上.人的存在应该和自然,和我们最初的环境 ...