图解密码技术学习-第二章 历史上的密码

凯撒密码

原理

• 凯撒密码的实现方式就是对字母进行平移，加密向右平移的话，解密就向左平移
• 凯撒密码的算法就是平移，密钥就是平移的长度

破解

• 凯撒密码是可以被暴力破解的。原因是如果是26个英文字母的话，字母的便宜最多也就是26种，把这些都尝试一遍是不需要花太多时间和成本的

简单替换密码

原理

• 这个算法也很简单，实质上就是一张字母对照表。例如，字母A对应字母H，以此类推。
• 这个算法里的密钥就是这张字母对照表

破解

• 暴力破解此算法很难。因为密钥空间会有 252423...*1 = 4兆的1000兆倍，破解需要花费的时间太长了
• 此算法仍旧可以破解。对照表的特点是，相同字母每次加密后的值不是随机的，而是固定的。如果一篇文章很长，会导致相同的明文字母会重复出现多次，而相同的密文也就重复多次。完全可以根据英文字母在单词的出现频率的多少，来猜测对应的字母代表什么。
• 相同明文每次加密后变成固定值的密码算法是不安全的

Enigma

原理

• Enigma的密码原理还是非常先进和现代的，体现在下面几个地方。
  1、出现了密钥加密密钥，即针对加密密钥进行加密。现在的加密算法还在进行加密。
  2、对于相同的明文，每次加密后生成的密文不相同，这点根据上面简单替换密码的破解，就知道其重要性
  3、具备简单的容错。对于加密密钥，通过重复两次，进行容错的校验。虽然这给破解带来了便利。
  4、不依赖于加密算法本身来实现加密。由于存在加密密钥，所以哪怕即使拿到了Enigma机器，也没办法破解密文。
• Enigma的机械结构：
  由接线板、三个转子组成。当输入一个字符时，电流通过由接线板和转子同时确定的线路，会产生到一个新的对应字符上。这个类似现在由软件实现的加密算法了。
• Enigma加解密的步骤：
  1、加密加密密钥。用于加密明文的密钥，是由发送者想出来的三个字母。这个由于需要用于解密，要发送给接收方，所以需要针对此加密密钥进行加密。
  针对加密密钥进行加密，使用的密钥是国防军发布的"每日密码本"的当日密码。
  首先根据当日密码设置Enigma机器，然后发送者想一个加密密钥，在机器上输入2次。每输入一个字符，第一个转子就旋转一下，保证了每个字符加密后的结果都不同。
  最终得到的是加密后的6个字符，也就是2遍的加密密码。
  2、加密发送明文。发送者想出的加密密钥是三个字符的，其实是表示三个转子的初始位置设置。
  所以，首先根据加密密钥设置三个转子的初始位置，然后再逐个输入正文的字符。
  由于每输入一个字符后，三个转子都会根据之前的规定旋转，所以即使是相同的明文，加密后的结果也不相同。
  3、合并发送。将加密后的加密密钥 和 加密后的密文 合并后，一起发送给接收者。
  4、解密加密密钥。接收者拿到发送后的全文后，先取前6个字符，再依据每日密码设置机器进行解密。
  如果解密后的6个字符是重复两次的相同字符时，证明发送过程没有问题。
  5、解密正文。根据解密后的加密密钥设置机器，然后输入正文，完整正文的解密。

破解

• 弱点
  1、用于加密密钥的密钥不是随机的。这个是指的每日密码本是固定的，而且是预先设定发布的，其安全性大大降低。
  2、加密密钥是头6个字符且重复2次。相当于所有人都知道密钥存放的地方，而且很有规律，这样可以方便猜测极为关键的加密密钥。
  3、加密密钥的加密强度较弱。相对于正文的加密是三个转子都旋转，加密加密密钥时只有一个转子旋转，强度自然减弱。
  4、加密密钥是人为想出的。是的，人才是所有保密手段中最薄弱的环节。人可能想到的加密密钥是aaa之类的简单密钥，这样破解的人可以猜测，即使不能直接猜测出来，也大大方便了推导。
• 破解
  突破口还是在加密密钥的特性上，就是上面弱点的第2点上。
  再加上，用于加密加密密钥的每日密码一天内是没法变化的，这就导致一个结果是一天之内有大量的样本用于解密。
  转子总共才3个，每个转子的位置只有26个，所以也就有262626种可能性。使用机器暴力是可以找到每日密码做相关破解。
• 趣事
  德国人为了测试机器，发布了一条全l（小写L）的消息，这条用于测试的消息给了盟军以破解的方便。
  因为加密后不可能加密成原来的字符，所以可以通过密文推测明文就是全l，因为通篇没有出现l这个字符。
  根据大量的样本进行排列组合，就推测初接线板和转子状态的线索。

密码算法和密钥分开

原因也很简单，密码算法是需要重用的，但是密钥不能重用，因为重用会带来破解风险。