【密码学】传统密码:代换密码

    上一篇介绍的是传统密码中的置换密码,其最明显的特点就是改变了明文的结构,不改变明文的内容。本篇介绍的是传统密码中的代换密码。代换密码是将明文中的字符替换为其他字符的密码体制。这个代换表,或者说映射表,就是密钥。这里我介绍两种密码,Hill密码和转轮密码机。

一、Hill密码

    希尔密码(Hill Password)是运用基本矩阵论原理的替换密码,由Lester S. Hill在1929年发明。每个字母当作26进制数字:A=0, B=1, C=2... 一串字母当成n维向量(将英文字母数字化,a对应0,b对应1,以此类推),跟一个n×n的矩阵相乘,再将得出的结果模26。注意用作加密的矩阵(即密匙)在\mathbb_^n必须是可逆的,否则就不可能译码。只有矩阵的行列式和26互质,才是可逆的。

【密码学】传统密码:代换密码_第1张图片【密码学】传统密码:代换密码_第2张图片

    希尔密码(Hill Password)将长消息分组,分组的长度有矩阵的维度决定,隐藏了明文的统计特性,对抗攻击能力强,但容易受到已知明文攻击。已知明文和密文即可获取密钥。

二、转轮密码机

    转录密码机的示意图如下。我们可以看到有三个轮子,慢轮子,中轮子和快轮子。对于每一个输出状态,明文的输入都能在快轮子右侧找到一个对应的输出。例如下图的初始状态,则A->E,B->I,C->U。对明文加密之后,则将快轮子向下拨动一个,得到新的对应关系。A->S,B->K,C->C。当快轮子完成一轮之后,则中轮子向下拨动一格,当中轮子完成一轮之后,则慢轮子向下拨动一格。由此得知,3个轮子的转轮密码机的密钥空间是26*26*26=17576。

【密码学】传统密码:代换密码_第3张图片

   转录密码机的使用加快了解密速度,因为实际中可以由电路来完成,图中的每一根线其实都是一个导线,输入A则在A处施加电压,则可以在E处检测到电压,而且抗攻击能力也较强。


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