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其加密或解密变换

发布时间:2023-08-08 02:10:37

❶ 公钥密码体制的加密变换和解密变换应该满足哪些条件

对于有公钥和私钥的系统来说,公钥是可以公开分发出去的,但是私钥是需要保密,它不能离开产生公钥和私钥的保密设备。同时普通私钥还需要考虑利用系统公钥来加密进一步保存。

对于外部利用公钥加密的信息,需要将相关的信息送到内部保密设备利用私钥来解密,然后保密设备再将解密结果送出来。

非对称密码:该体制有成为公钥密码体制,加密和解密的密码不相同,一般,公钥用于加密,私钥用于解密。非对称密码加密速度较慢,一般用于对称密码的保护和数字签名。达到的密码学目标:机密性、认证、不可抵赖性。

(1)其加密或解密变换扩展阅读:

一个密码系统的组成包括以下五个部分:

(1) 明文空间M,它是全体明文的集合。

(2) 密文空间C,它是全体密文的集合。

(3) 密钥空间K,它是全体密钥的集合。其中每一个密钥K均由加密密钥和解密密钥组成,即。

(4)加密算法E,它是一族由M到C的加密变换,对于每一个具体的,则E就确定出一个具体的加密函数,把M加密成密文C。

(5) 解密算法D,它是一族由C到M的解密变换,对于每一个确定的,则D就确定出一个具体的解密函数。

❷ des和aes 加解密算法具体步骤有例子最好

随着计算机网络和计算机通讯技术的发展,计算机密码学得到前所未有的重视并迅速普及和发展起来。由于密码系统的各种性能主要由密码算法所决定,不同的算法决定了不同的密码体制,而不同的密码体制又有着不同的优缺点:有的密码算法高速简便,但加解密密钥相同,密钥管理困难;有的密码算法密钥管理方便安全,但计算开销大、处理速度慢。基于此,本文针对两种典型的密码算法DES和RSA的特点进行讨论分析,并提出一种以这两种密码体制为基础的混合密码系统,来实现优势互补。
1 密码系统简介
1.1 密码系统分类
密码系统从原理上可分为两大类,即单密钥系统和双密钥系统。单密钥系统又称为对称密码系统,其加密密钥和解密密钥或者相同,或者实质上相同,即易于从一个密钥得出另一个,如图1所示。双密钥系统又称为公开密钥密码系统,它有两个密钥,一个是公开的,用K1表示,谁都可以使用;另一个是私人密钥,用K2表示,只由采用此系统的人掌握。从公开的密钥推不出私人密钥,如图2所示。

1.2 两种密码系统分析
1.2.1 对称密码系统(单钥密码系统)
对称密码系统中加密和解密均采用同一把密钥,而且通信双方必须都要获得这把密钥。这就带来了一系列问题。首先,密钥本身的发送就存在着风险,如果在发送中丢失,接受方就不可能重新得到密文的内容;其次,多人通信时密钥的组合的数量会出现爆炸性的膨胀,N个人两两通信,需要N*(N-1)/2把密钥,增加了分发密钥的代价和难度;最后,由于通信双方必须事先统一密钥,才能发送保密的信息,这样,陌生人之间就无法发送密文了。
1.2.2 公开密钥密码系统(双钥密码系统)
公开密钥密码系统中,收信人生成两把数学上关联但又不同的公钥和私钥,私钥自己保存,把公钥公布出去,发信人使用收信人的公钥对通信文件进行加密,收信人收到密文后用私钥解密。公开密钥密码系统的优势在于,首先,用户可以把用于加密的钥匙公开地发给任何人,并且除了持有私有密钥的收信人之外,无人能解开密文;其次,用户可以把公开钥匙发表或刊登出来,使得陌生人之间可以互发保密的通信;最后,公开密钥密码系统提供了数字签字的公开鉴定系统,而这是对称密码系统不具备的。
1.3 典型算法
对称密码系统的算法有DES,AES,RC系列,DEA等,公开密钥密码系统的算法有RSA,Diffie-Hellman, Merkle-Hellman等。
2 DES算法
DES (Data Encryption Standard,数据加密标准)是一个分组加密算法,它以64 bit位(8 byte)为分组对数据加密,其中有8 bit奇偶校验,有效密钥长度为56 bit。64 位一组的明文从算法的一端输入,64 位的密文从另一端输出。DES算法的加密和解密用的是同一算法,它的安全性依赖于所用的密钥。DES 对64位的明文分组进行操作,通过一个初始置换,将明文分组成左半部分和右半部分,各32位长。然后进行16轮完全相同的运算,这些运算被称为函数f,在运算过程中数据与密钥结合。经过16轮后,左、右半部分合在一起经过一个末置换(初始置换的逆置换),完成算法。在每一轮中,密钥位移位,然后再从密钥的56位中选出48位。通过一个扩展置换将数据的右半部分扩展成48位,并通过一个异或操作与48位密钥结合,通过8个s盒将这48位替代成新的32位数据,再将其置换一次。这些运算构成了函数f。然后,通过另一个异或运算,函数f输出与左半部分结合,其结果即成为新的右半部分, 原来的右半部分成为新的左半部分。将该操作重复16次,实现DES的16轮运算。
3 RSA算法
RSA算法使用两个密钥,一个公共密钥,一个私有密钥。如用其中一个加密,则可用另一个解密。密钥长度从40到2048 bit可变。加密时把明文分成块,块的大小可变,但不能超过密钥的长度,RSA算法把每一块明文转化为与密钥长度相同的密文块。密钥越长,加密效果越好,但加密解密的开销也大,所以要在安全与性能之间折衷考虑,一般64位是较合适的。RSA算法利用了陷门单向函数的一种可逆模指数运算,描述如下:(1)选择两个大素数p和q;(2)计算乘积n=pq和φ(n)=(p-1)(q-1);(3)选择大于1小于φ(n)的随机整数e,使得
gcd(e,φ(n))=1;(4)计算d使得de=1modφ(n);(5)对每一个密钥k=(n,p,q,d,e),定义加密变换为Ek(x)=xemodn,解密变换为Dk(y)=ydmodn,这里x,y∈Zn;(6)以{e,n}为公开密钥,{p,q,d}为私有密钥。
4 基于DES和RSA的混合密码系统
4.1 概述
混合密码系统充分利用了公钥密码和对称密码算法的优点,克服其缺点,解决了每次传送更新密钥的问题。发送者自动生成对称密钥,用对称密钥按照DES算法加密发送的信息,将生成的密文连同用接受方的公钥按照RSA算法加密后的对称密钥一起传送出去。收信者用其密钥按照RSA算法解密被加密的密钥来得到对称密钥,并用它来按照DES算法解密密文。
4.2 具体实现步骤
(1)发信方选择对称密钥K(一般为64位,目前可以达到192位)
(2)发信方加密消息:对明文按64位分组进行操作,通过一个初始置换,将明文分组成左半部分和右半部分。然后进行16轮完全相同的运算,最后,左、右半部分合在一起经过一个末置换(初始置换的逆置换),完成算法。在每一轮中,密钥位移位,然后再从密钥的56位中选出48位。通过一个扩展置换将数据的右半部分扩展成48位,并通过一个异或操作与48位密钥结合,通过8个S盒将这48位替代成新的32位数据,再将其置换一次。然后通过另一个异或运算,输出结果与左半部分结合,其结果即成为新的右半部分,原来的右半部分成为新的左半部分。如图3所示。

(3)收信方产生两个足够大的强质数p、q,计算n=p×q和z=(p-1)×(q-1),然后再选取一个与z互素的奇数e,从这个e值找出另一个值d,使之满足e×d=1 mod (z)条件。以两组数(n,e) 和 (n,d)分别作为公钥和私钥。收信方将公钥对外公开,从而收信方可以利用收信方的公钥对 (1)中产生的对称密钥的每一位x进行加密变换Ek(x)=xemodn;
(4)发信方将步骤(2)和(3)中得到的消息的密文和对称密钥的密文一起发送给收信方;
(5)收信方用(3)中得到的私钥来对对称密钥的每一位y进行解密变换Dk(y)=ydmodn,从而得到(1)中的K;
(6)收信方用对称密钥K和DES算法的逆步骤来对消息进行解密,具体步骤和(2)中恰好相反,也是有16轮迭代。
(7)既可以由收信方保留对称密钥K来进行下一次数据通信,也可以由收信方产生新的对称密钥,从而使K作废。
4.3 两点说明
4.3.1 用公钥算法加密密钥
在混合密码系统中,公开密钥算法不用来加密消息,而用来加密密钥,这样做有两个理由:第一,公钥算法比对称算法慢,对称算法一般比公钥算法快一千倍。计算机在大约15年后运行公开密钥密码算法的速度才能比得上现在计算机运行对称密码的速度。并且,随着带宽需求的增加,比公开密钥密码处理更快的加密数据要求越来越多。第二,公开密钥密码系统对选择明文攻击是脆弱的。密码分析者只需要加密所有可能的明文,将得到的所有密文与要破解的密文比较,这样,虽然它不可能恢复解密密钥,但它能够确定当前密文所对应的明文。
4.3.2 安全性分析
如果攻击者无论得到多少密文,都没有足够的信息去恢复明文,那么该密码系统就是无条件安全的。在理论上,只有一次一密的系统才能真正实现这一点。而在本文所讨论的混合密码系统中,发信方每次可以自由选择对称密钥来加密消息,然后用公钥算法来加密对称密钥,即用户可以采用一次一密的方式来进行数据通信,达到上述的无条件安全。
5 小结
基于DES和RSA的混合密码系统结合了公钥密码体制易于密钥分配的特点和对称密码体制易于计算、速度快的特点,为信息的安全传输提供了良好的、快捷的途径,使数据传输的密文被破解的几率大大降低,从而对数据传输的安全性形成更有力的保障,并且发信方和收信方对密钥的操作自由度得到了很大的发挥。

❸ 替代密码的替代密码的分类

根据密码算法加解密时使用替换表多少的不同,替代密码又可分为单表替代密码和多表替代密码。
单表替代密码的密码算法加解密时使用一个固定的替换表。单表替代密码又可分为一般单表替代密码、移位密码、仿射密码、密钥短语密码。
多表替代密码的密码算法加解密时使用多个替换表。 多表替代密码有弗吉尼亚密码、希尔(Hill)密码、一次一密钥密码、Playfair密码。 单表替代密码对明文中的所有字母都使用一个固定的映射(明文字母表到密文字母表)。设A={a0, a1,…, an-1}为包含了n个字母的明文字母表;
B={b0, b1,…, bn-1} 为包含n个字母的密文字母表,单表替代密码使用了A到B的映射关系:f:A→B, f ( ai )= bj
一般情况下,f 是一一映射,以保证加密的可逆性。加密变换过程就是将明文中的每一个字母替换为密文字母表的一个字母。而单表替代密码的密钥就是映射f或密文字母表。经常密文字母表与明文字母表的字符集是相同的,这时的密钥就是映射f。下面给出几种典型的单表替代密码。
⒈一般单表替代密码
一般单表替代密码的原理是以26个英文字母集合上的一个置换π为密钥,对明文消息中的每个字母依次进行变换。可描述为:明文空间M和密文空间C都是26个英文字母的集合,密钥空间K={π:Z26→Z26|π是置换},是所有可能置换的集合。
对任意π∈K,定义:
加密变换:eπ(m)=π(m)=c
解密变换:dπ(c) = π-1(c)=m, π-1是π的逆置换。
例:设置换π的对应关系如下:
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
q w e r t y u i o p a s d f g h j k l z x c v b n m
试用单表替代密码以π为密钥对明文消息message加密,然后写出逆置换 ,并对密文解密。
解:以π为密钥用单表替代密码对明文消息message加密,所得
密文消息为: π(m) π(e) π(s) π(s) π(a) π(g) π(e)=dtllqut
一般单表替代密码算法特点:
▲密钥空间K很大,|K|=26!=4×10^26 ,破译者穷举搜索计算不可行,1微秒试一个密钥,遍历全部密钥需要1013 年。
▲移位密码体制是替换密码体制的一个特例,它仅含26个置换做为密钥空间。
密钥π不便记忆。
▲针对一般替换密码密钥π不便记忆的问题,又衍生出了各种形式单表替代密码。
⒉移位密码
明文空间M、密文空间C都是和密钥空间K满足,即把26个英文字母与整数0,1,2,…,25一一对应。
加密变换,E={E:Z26→Z26, Ek (m) = m + k (mod26)| m∈M, k∈K }
解密变换,D={D:Z26→Z26, Dk (c) = c-k (mod26)| c∈C, k∈K }
解密后再把Z26中的元素转换英文字母。
显然,移位密码是前面一般单表替代密码的一个特例。当移位密码的 密钥k=3时,就是历史上着名的凯撒密码(Caesar)。根据其加密函数特 点,移位密码也称为加法密码。
⒊仿射密码
仿射密码也是一般单表替代密码的一个特例,是一种线性变换。仿射密码的明文空间和密文空间与移位密码相同,但密钥空间为 K={(k1,k2)| k1,k2∈Z26,gcd(k1,26)=1}
对任意m∈M,c∈C,k = (k1,k2)∈K,定义加密变换为 c = Ek (m) = k1 m +k2 (mod 26)
相应解密变换为: m = Dk (c) = k1 (c-k2) (mod 26)
其中,K1 k1=1mod26 。很明显,k1=1时即为移位密码,而k2=1则称为乘法密码。
⒋密钥短语密码
选用一个英文短语或单词串作为密钥,去掉其中重复的字母得到一个无重复字母的字符串,然后再将字母表中的其它字母依次写于此字母串后,就可构造出一个字母替代表。当选择上面的密钥进行加密时,若明文为“china”,则密文为“yfgmk”。显然,不同的密钥可以得到不同的替换表,对于明文为英文单词或短语的情况时,密钥短语密码最多可能有26!=4×1026个不同的替换表。 单表替代密码表现出明文中单字母出现的频率分布与密文中相同, 多表替代密码使用从明文字母到密文字母的多个映射来隐藏单字母出现 的频率分布,每个映射是简单替代密码中的一对一映射多表替代密码将 明文字母划分为长度相同的消息单元,称为明文分组,对明文成组地进 行替代,同一个字母有不同的密文,改变了单表替代密码中密文的唯一 性,使密码分析更加困难。
多表替代密码的特点是使用了两个或两个以上的替代表。着名的维吉尼亚密码和Hill密码等均是多表替代密码。
⒈维吉尼亚密码
维吉尼亚密码是最古老而且最着名的多表替代密码体制之一,与位移密码体制相似,但维吉尼亚密码的密钥是动态周期变化的。
该密码体制有一个参数n。在加解密时,同样把英文字母映射为0-25的数字再进行运算,并按n个字母一组进行变换。明文空间、密文空间及密钥空间都是长度为n的英文字母串的集合,因此可表示
加密变换定义如下:
设密钥 k=(k1,k2,…,kn), 明文m=(m1,m2,…,mn), 加密变换为:
Ek(m)=(c1,c2,…,cn),
其中ci(mi + ki)(mod26),i =1,2,…,n
对密文 c=(c1,c2,…,cn), 解密变换为:
Dk(c)=(m1,m2,…,mn), 其中 mi=(ci -ki)(mod26),i =1,2,…,n
⒉希尔(Hill)密码
Hill密码算法的基本思想是将n个明文字母通过线性变换,将它们转换为n个密文字母。解密只需做一次逆变换即可。
⒊一次一密密码(One Time Pad)
若替代码的密钥是一个随机且不重复的字符序列,这种密码则称为一次一密密码,因为它的密钥只使用一次。该密码体制是美国电话电报公司的Joseph Mauborgne在1917年为电报通信设计的一种密码,所以又称为Vernam密码。Vernam密码在对明文加密,前首先将明文编码为(0,1)序列,然后再进行加密变换。
设m=(m1 m2 m3 … mi …)为明文,k=(k1 k2 k3 … ki …)为密钥,其中mi,ki ∈(0,1), i≥1, 则加密变换为: c=(c1 c2 c3 … ci …) ,其中ci = mi Å ki , i≥1,
这里为模2加法(或异或运算)
解密变换为:
m=(m1 m2 m3 … mi …) ,其中mi = ci Å ki , i≥1,
在应用Vernam密码时,如果对不同的明文使用不同的随机密钥,这时Vernam密码为一次一密密码。由于每一密钥序列都是等概率随机产生的,敌手没有任何信息用来对密文进行密码分析。香农(Claude Shannon)从信息论的角度证明了这种密码体制在理论上是不可破译的。但如果重复使用同一个密钥加密不同的明文,则这时的Vernam密码就较为容易破译。
若敌手获得了一个密文c=(c1 c2 c3 … ci …) 和对应明文m=(m1 m2 m3 … mi …) 时,就很容易得出密钥 k=(k1 k2 k3 … ki …) ,其中ki = ciÅ mi,i≥1。 故若重复使用密钥,该密码体制就很不安全。
实际上Vernam密码属于序列密码,加密解密方法都使用模2加,这使软
硬件实现都非常简单。但是,这种密码体制虽然理论上是不可破译的,然而
在实际应用中,真正的一次一密系统却受到很大的限制,其主要原因在于该
密码体制要求:
① 密钥是真正的随机序列;
② 密钥长度大于等于明文长度;
③ 每个密钥只用一次(一次一密)。
这样,分发和存储这样的随机密钥序列,并确保密钥的安全都是很因难
的;另外,如何生成真正的随机序列也是一个现实问题。因此,人们转而寻
求实际上不对攻破的密码系统。
⒋Playfair密码
Playfair密码是一种着名的双字母单表替代密码,实际上Playfair密码属于一种多字母替代密码,它将明文中的双字母作为一个单元对待,并将这些单元转换为密文字母组合。替代时基于一个5×5的字母矩阵。字母矩阵构造方法同密钥短语密码类似,即选用一个英文短语或单词串作为密钥,去掉其中重复的字母得到一个无重复字母的字符串,然后再将字母表中剩下的字母依次从左到右、从上往下填入矩阵中,字母I,j占同一个位置。

❹ 网络现代加密技术分几种

1 数据加密原理

1.1数据加密

在计算机上实现的数据加密,其加密或解密变换是由密钥控制实现的。密钥(Keyword)是用户按照一种密码体制随机选取,它通常是一随机字符串,是控制明文和密文变换的唯一参数。
例:明文为字符串:
AS KINGFISHERS CATCH FIRE

(为简便起见,假定所处理的数据字符仅为大写字母和空格符)。
假定密钥为字符串: ELIOT

加密算法为:
(1)将明文划分成多个密钥字符串长度大小的块(空格符以″+″表示)
AS+KI NGFIS HERS+ CATCH +FIRE
(2)用00~26范围的整数取代明文的每个字符,空格符=00,A=01,...,Z=26:
0119001109 1407060919 0805181900 0301200308 0006091805
(3) 与步骤2一样对密钥的每个字符进行取代:
0512091520
(4) 对明文的每个块,将其每个字符用对应的整数编码与密钥中相应位置的字符的整数编码的和模27后的值取代:
(5) 将步骤4的结果中的整数编码再用其等价字符替换:
FDIZB SSOXL MQ+GT HMBRA ERRFY

理想的情况是采用的加密模式使得攻击者为了破解所付出的代价应远远超过其所获得的利益。实际上,该目的适用于所有的安全性措施。这种加密模式的可接受的最终目标是:即使是该模式的发明者也无法通过相匹配的明文和密文获得密钥,从而也无法破解密文。

1.2数字签名

密码技术除了提供信息的加密解密外,还提供对信息来源的鉴别、保证信息的完整和不可否认等功能,而这三种功能都是通过数字签名实现。

数字签名是涉及签名信息和签名人私匙的计算结果。首先,签名人的软件对发送信息进行散列函数运算后,生成信息摘要(message digest)--这段信息所特有的长度固定的信息表示,然后,软件使用签名人的私匙对摘要进行解密,将结果连同信息和签名人的数字证书一同传送给预定的接收者。而接收者的软件会对收到的信息生成信息摘要(使用同样的散列函数),并使用签名人的公匙对签名人生成的摘要进行解密。接收者的软件也可以加以配置,验证签名人证书的真伪,确保证书是由可信赖的CA颁发,而且没有被CA吊销。如两个摘要一样,就表明接收者成功核实了数字签名。

2 加密体制及比较

根据密钥类型不同将现代密码技术分为两类:一类是对称加密(秘密钥匙加密)系统,另一类是公开密钥加密(非对称加密)系统。

2.1对称密码加密系统

对称钥匙加密系统是加密和解密均采用同一把秘密钥匙,而且通信双方都必须获得这把钥匙,保持钥匙的秘密。

对称密码系统的安全性依赖于以下两个因素。第一,加密算法必须是足够强的,仅仅基于密文本身去解密信息在实践上是不可能的;第二,加密方法的安全性依赖于密钥的秘密性,而不是算法的秘密性。因为算法不需要保密,所以制造商可以开发出低成本的芯片以实现数据加密。这些芯片有着广泛的应用,适合于大规模生产。

对称加密系统最大的问题是密钥的分发和管理非常复杂、代价高昂。比如对于具有n个用户的网络,需要n(n-1)/2个密钥,在用户群不是很大的情况下,对称加密系统是有效的。但是对于大型网络,当用户群很大,分布很广时,密钥的分配和保存就成了大问题。对称加密算法另一个缺点是不能实现数字签名。

对称加密系统最着名的是美国数据加密标准DES、AES(高级加密标准)和欧洲数据加密标准IDEA。1977年美国国家标准局正式公布实施了美国的数据加密标准DES,公开它的加密算法,并批准用于非机密单位和商业上的保密通信。DES成为全世界使用最广泛的加密标准。

但是,经过20多年的使用,已经发现DES很多不足之处,对DES的破解方法也日趋有效。AES将会替代DES成为新一代加密标准。DES具有这样的特性,其解密算法与加密算法相同,除了密钥Key的施加顺序相反以外。

2.2 公钥密码加密系统

公开密钥加密系统采用的加密钥匙(公钥)和解密钥匙(私钥)是不同的。由于加密钥匙是公开的,密钥的分配和管理就很简单,比如对于具有n个用户的网络,仅需要2n个密钥。公开密钥加密系统还能够很容易地实现数字签名。因此,最适合于电子商务应用需要。在实际应用中,公开密钥加密系统并没有完全取代对称密钥加密系统,这是因为公开密钥加密系统是基于尖端的数学难题,计算非常复杂,它的安全性更高,但它实现速度却远赶不上对称密钥加密系统。在实际应用中可利用二者的各自优点,采用对称加密系统加密文件,采用公开密钥加密系统加密″加密文件″的密钥(会话密钥),这就是混合加密系统,它较好地解决了运算速度问题和密钥分配管理问题。

根据所基于的数学难题来分类,有以下三类系统目前被认为是安全和有效的:大整数因子分解系统(代表性的有RSA)、椭圆曲线离散对数系统(ECC)和离散对数系统(代表性的有DSA)。

当前最着名、应用最广泛的公钥系统RSA是由Rivet、Shamir、Adelman提出的(简称为RSA系统),它加密算法使用了两个非常大的素数来产生公钥和私钥。现实中加密算法都基于RSA加密算法。pgp算法(以及大多数基于RSA算法的加密方法)使用公钥来加密一个对称加密算法的密钥,然后再利用一个快速的对称加密算法来加密数据。这个对称算法的密钥是随机产生的,是保密的,因此,得到这个密钥的唯一方法就是使用私钥来解密。

RSA方法的优点主要在于原理简单,易于使用。随着分解大整数方法的进步及完善、计算机速度的提高以及计算机网络的发展(可以使用成千上万台机器同时进行大整数分解),作为RSA加解密安全保障的大整数要求越来越大。为了保证RSA使用的安全性,其密钥的位数一直在增加,比如,目前一般认为RSA需要1024位以上的字长才有安全保障。但是,密钥长度的增加导致了其加解密的速度大为降低,硬件实现也变得越来越难以忍受,这对使用RSA的应用带来了很重的负担,对进行大量安全交易的电子商务更是如此,从而使得其应用范围越来越受到制约。

DSA(DataSignatureAlgorithm)是基于离散对数问题的数字签名标准,它仅提供数字签名,不提供数据加密功能。它也是一个″非确定性的″数字签名算法,对于一个报文M,它的签名依赖于随机数r ?熏 这样,相同的报文就可能会具有不同的签名。另外,在使用相同的模数时,DSA比RSA更慢(两者产生签名的速度相同,但验证签名时DSA比RSA慢10到40倍)。
2.3 椭圆曲线加密算法ECC技术优势

安全性更高、算法实现性能更好的公钥系统椭圆曲线加密算法ECC(EllipticCurveCryptography)基于离散对数的计算困难性。

❺ 能否推荐一本关于 数字签名和加密技术的比较好的教材呀

刘尊全. 刘氏高强度公开加密算法设计原理与装置. 北京:清华大学出版社 简单摘要:
通常情况下,在计算机上实现的数据加密算法,其加密或解密变换是由一个密钥或一组密钥来控制的。密钥是由使用密码体制的用户随机选取的,密钥称为唯一能够控制明文和密文之间变换的关键,它通常是一随机字符窜。
传统密码体制通常采用移位法、代替法和代数法来进行加密和解密的变换,可以采用其中的一种或几种方法相结合的方式作为数据变换的基本模式。移位法也称置换法。移位法把明文中的字符重新排列,字符本身不变,但其位置改变了。作为移位法最简单的例子是:把明文的字母或字符倒过来写,然后以规定的长度的字符组发送或记录密文,例如下例:
明文:Data security has evolved rapidly since 1975
密文:5791EC NISYLD IPARDE VLOVES AHYTIR UCESAT AD
作为移位法的另一种形式,可以将明文分组后倒过来写,然后以规定的长度的字符组发送或记录密文,例如下例:
明文:CRYPTOGRAPHY AND DATA SECURITY BY LIU
密文:RGOTPYRC DDNAYHPA RUCESATA UILYBYTI
请注意,后一种分组移位法的形式,显着提高了密文的不可懂性。
代替法是利用对照表的方式,用另一个明文表来对应明文中的字符表,这样一来密文中的字符应保持明文中的原来位置,但其本身改变了。作为代替法的一个最简单的例子是单密字母表,它由明文部分和密文部分组成:
明文字母表:ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
密文字母表:CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZAB
在明文变换成密文时,把明文中的字符用密文字符表中对应的字符来代替,并且密文采用分配记录的方式:
明文:The Cryprology is a hot research area
密文:VJGETARV QNQIAKUC JQVTGUGC TEJCTGC
代数法加密可以对下列两种明文表示法进行相关的变换:
1. 将明文中的字符按指定的变换方法用数字来代替,然后对这些数字的值进行一系列可逆的数字运算,运算后产生的数字结果再通过逆初始变换的过程生成密文.应注意,采用代数法加密必须是无误差的数字运算。
2. 按照二-十进制,把明文字符的二进制等效值当作一组逻辑和算术运算的输入,产生的二进制结果再变回到二-十进制作为密文。
通常情况下,代数法加密可以采用微型计算机或其他类型的计算机来自动计算。代数法加密可以作为复杂加密体制的一种方法。
作为代数法的例子,这里介绍Hill发明的以求解联立方程为基础的加密体制。下面给出任意建立的字符对照表:

A B C D E F G H I J K L M
4 8 25 2 9 20 16 5 17 3 0 22 13
N O P Q R S T U V W X Y Z
24 6 21 15 23 19 12 7 11 18 1 14 10
注意,在字符对照表中,对应26个英文字母其取值范围为0—25。我们取x代表明文字母,y代表米问字母,采用4个字符分组的明文序列,这种加密方法又称为四元代替法,并有下列的加密方程:
(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)
根据加密方程,可以给出下面的解密方程:
(1.6)
(1.7)
(1.8)
(1.9)
加密或解密过程中对数字结果的处理是按模26进行的。
例:对明文HELP,首先把明文翻译成下列一组数
(1.10)
(1.11)
(1.12)
(1.13)
用加密方程组求其密文值:
(1.14)
(1.15)
(1.16)
(1.17)
从而得到密文UQZY。在解密过程中,采用解密方程组求其明文值来进行处理。
数据的加密和解密变换可以采用一种或两种以上的办法、算法的结合。这些方法或算法可以多种多样,并且千变万化,寻找简单而有效的算法密码学的始终关注的问题。
通常情况下,一个密码体制由以下五个部分组成:
1. 明文信息空间M;
2. 密文信息空间C;
3. 密钥空间K;
4. 加密变换
5. 解密变换
对于密码体制,加密和解密变换是矛与盾的统一。建立和使用密码体制,都必须考虑数据加密所处的环境;用户为保护信息安全所使用的密码体制;攻击者为获取信息而拥有的破译手段和所用的 计算机工具。

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