密码学概述与基本加密方式

 

1.密码学
   密码学(cryptology)是研究编制密码和破译密码的技术的科学。研究密码变化的客观细律，应用于编制密码以保守通信秘密的，称为编码学;应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译学，总称密码学。
    著名的密码学者Ron Rivest认为“密码学是关于如何在敌人存在的环境中通讯”，是信息安全等相关议题，如认证、访问控制的核心。其首要目的是隐藏信息的含义，而不是隐藏信息的存在。
2.加密模型
我要介绍几种基本的加密解密方法，首先了解一下数据加密的模型：

(1)密码（password）:是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。
(2)明文(plaintex或Message):就是原始的信息，或是需要被密码保护的信息，可能是比特流、文本文件、位图、数字化的语音流或视频图像等.

(3)密文(ciphertext):原始信息经过加密处理后，隐藏原文含义的信息。
(4)加密(enciphering):把原始信息转换成不直接可读形式的过程。
(5解密(deciphering):是加密的逆过程，从加密过的信息中得到原始信息的过程。

(6)密钥(key):是在控制加密和解密算法实现过程中通信双方掌握的专门信息。密钥是一个具有特定长度的数字串，其值是从大量的随机数中选取的。

3.基本加密方法

1.移位密码（凯撒密码)

Step：将密码按顺序向前（向后）移动n位。

Eg:

明文：ABCDEFG   key=3   

密文：DEFGABC

2.置换密码(换位密码)

Step:一般是纵行换位密码，明文以固定的宽度水平的写在一张图表纸上，密文按垂直方向读出，解密就是密文按相同的宽度垂直的写在图表纸上，然后水平的读出明文。

Eg:

明文：attack begins at five   密钥：cipher

因为密钥有6个字符，所以将明文按照一行6个字母排成矩阵得

a	t	t	a	c	k
b	e	g	i	n	s
a	t	f	i	v	e

分析置换规则，根据26个英文字母排列顺序，得出密钥cipher各个字母的先后顺序，c是第一位出现。其次是e，以此类推得出其顺序为：145326

随即将顺序规则插入明文矩阵得

a	t	t	a	c	k
b	e	g	i	n	s
a	t	f	i	v	e
1	4	5	3	2	6

纵列依次写下得密文：aba cnv aii tet tgf kse

3.替换密码

Step：这是一种基于凯撒密码的加密方式。得到偏移数量后，将明文与密文相对照，得到一个混合表。使用混合表，我们能得到最终密文。

Eg1：

明文：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ   key=3

密文：DEFGGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC

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

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

A

B

C

得知混合表为：A=D B=E C=F D=G E=H F=I G=J……X=A Y=B Z=C

明文：I want give you a hug

密文：L ZDQW JLYH BRX D KXJ

Eg2：

当得到字母组合的密钥时，将字母组合写在混合表最前面，重复的字母删去，组成混合表。

明文：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ   key=ZEBRAS

密文：ZEBRASCDFGHIJKLMNOPQTUVWXY

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

Z

E

B

R

A

S

C

D

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

T

U

V

W

X

Y

得知混合表为：A=Z B=E C=D D=R E=A F=S G=C …… W=V X=W Y=X Z=Y

明文：We are discovered

密文：VA ZOA RFPBLUAOAR

3.Vigenere加密

话不多说，直接上例子!

Eg:

明文：We are finally discovered    密钥：radio

首先先将26个英文字母标个序号（从0开始标记)

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
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

接着将明文拆分成单独的字母记为P1、P2……P22，根据26个字母所对应的序号将其标记。同理，将密钥拆分为单独的字母循环放入表格中并对应相应序号。

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

P8

P9

P10

P11

P12

P13

P14

P15

P16

P17

P18

P19

P20

P21

P22

w

e

a

r

e

f

i

n

a

l

l

y

d

i

s

c

o

v

e

r

e

d

22

4

0

17

4

5

8

13

0

11

11

14

3

8

18

2

14

21

4

17

4

3

K1

K2

K3

K4

K5

K6

K7

K8

K9

K10

K11

K12

K13

K14

K15

K16

K17

K18

K19

K20

K21

K22

r

a

d

i

o

r

a

d

i

o

r

a

d

i

o

r

a

d

i

o

r

a

17

0

3

8

14

17

0

3

8

14

17

0

3

8

14

17

0

3

8

14

17

0

最重要的一步来了，我们将根据上表算出密文的所对应的字母。

公式：密文C=明文P+密钥K

当计算结果超过25时，将超过25的部分重新归0开始计算。

例如:C1=P1+k1=22+17=39 超过25的部分为14，因为是从0开始计算，所以得出C1=13,又因13对应的字母为N，得出C1=N。

C2=P2+K2=4+0=4=E

C3=P3+K3=0+3=3=D

……

C22=P22+K22=3+0=3=D

得出密文为：NEDZSWIQIZCOGQGTOYMFVD

以上便是我介绍的几种比较简单基础的加密算法。

 

 

——参考内容：《边做边学信息安全（人民邮电出版社）》、百度百科