第2章古典密碼學
本章重點：
掌握周期置換密碼、移位密碼、單表代換密碼、維吉尼亞密碼的工作原理和密鑰空間大小
理解單表代換密碼的破譯原理
了解Kasiski測試法、重合指數法的原理
一．置換（易位）古典密碼的一種最基本的處理技術。改變明文中各字符的相對位置，但明文字符部分的取值不變。典型代表：周期置換密碼。☆
密鑰：變換規則Π，Π的描述中包含了分組長度m的信息
密鑰的空間大小：m!
二．代換（替換、代替）古典密碼的另一種最基本的處理技術。改變明文中各字符的取值，但明文字符的出現位置不變。☆
三．代換密碼的密鑰就是代換表。分為：單表代換密碼：使用一張代換表；多表代換密碼：使用多張代換表。
四．凱撒密碼☆
明文字母代換為字母表中其后第三個字母
五．移位密碼☆
工作原理：
加密：明文字母代換為字母表中其后第k個字母
解密：秘文字母代換為字母表中其前第k個字母（與加密相反）
凱撒密碼是k=3的移位密碼。
六．移位密碼☆
密鑰是什么：k
密鑰有多少個：26個
密鑰空間很小（窮舉攻擊可以在很短時間內破譯）
七．簡單代換密碼☆
簡單代換密碼：使用一張固定的代換表。明文字母到密文字母的對應關系不一定像移位密碼那樣有規律。代換表可以是字母表上的任意置換。
密鑰空間很大。26個字母的不同排列形成不同的密鑰，共有26!=4*10^26個。
窮舉攻擊在計算上是不可行的，即使一微秒試一個密鑰，遍歷全部密鑰需要10^13年。
雖然密鑰空間很大，但簡單代換密碼並不安全（“密鑰空間大”並不是密碼體制安全的充分條件）
八．頻率分析：簡單代換密碼的終結者☆
簡單代換密碼的軟肋：密文字母與對應的明文字母出現頻率完全一樣。
九．古人應付頻率分析的手段☆
隱藏明文的統計特性
- 命名密碼：根據代換表，首先對明文中出現的常用單詞進行替換，余下的字母再逐個替換。
- 同音密碼：命名密碼本質上也屬於同音密碼
十．多表代換密碼（維吉尼亞密碼）☆
工作原理：該密碼體制有一個參數m（密鑰的長度）
加解密時，將消息分為m個字母一組進行變換。
變換時，使用26張代換表，根據不同的密鑰字母，每個明文字母使用不同的代換進行加解密。
注意：在維吉尼亞密碼中，代換表不再是密鑰了
同一明文字母對應多個密文字符，相同密文字符未必對應同一明文字符。
密鑰空間與密鑰長度m有關。共有26的m次方個密鑰，及時m很小，窮舉攻擊也不太現實。但這並不表示維吉尼亞密碼無法用手工破譯
十一．維吉尼亞密碼的分析☆
確定密鑰長度的常用方法：
Kasiski測試法
重合指數法
維吉尼亞密碼的特點：
- 給定的m個移位代換表周期性地對明文字母加密
- 當兩個相同的明文段間隔的字母數位m或m的整數倍時，將加密成相同的密文段。
- 假設密文中出現兩個相同的段落，對應的明文段不一定相同，但相同的可能性很大。
十一．Enigma的結構——發射器☆
發射器的作用：
- 加密和解密的過程完全相同
- 明文字母與對應的密文字母不會相同
看似巧妙實則是個垃圾設計
十二．總結☆
置換密碼，單表代換密碼，維吉尼亞密碼等對已知明文攻擊都是非常脆弱。
即使用唯密文攻擊，大多數古典密碼體制都容易被攻破，因為他們不能很好地隱藏明文消息的統計特征。
雖然有些古典密碼（如Zodiac-340密碼）至今未被破譯，但這並不表示古典密碼的設計理念就是科學的。事實上，古典密碼時期的設計者們，往往憑借經驗和直覺設計密碼，這顯然是不靠譜的。
只有采用科學的觀念，才能設計出安全的密碼體制。
課后習題：
- 凱撒密碼屬於（移位密碼）
- 維吉尼亞密碼屬於（多表代換密碼）
- 周期置換密碼中，明文的分組長度是m，密鑰空間大小為（m!）
- 多表代換密碼中，采用字母為密鑰，且密鑰長度是m，密鑰空間大小為（26^m）
娛樂題：
小明偷看到小剛寫給小紅的一封信，但信的內容是加密的。
通過多方打聽，小明得知以下信息：
信是用德語寫的（也用英文26個字母）
采用移位密碼加密
信里有兩個地方出現ich這個三字母組合
請幫助小明破譯這封信。
密文如下：fze ifbyb afze fjjbo klze pl pbeo
因為信里有兩個地方出現ich，密文中有兩個地方出現fze
所以明文中i對應密文的f，可知密鑰k=23
所以信的內容為： ich liebe dich immer noch so sehr（看不懂啥子鬼意思）
今天也是大概復習完了密碼學前兩章知識了，明日爭取完成第三章復習，期中考試沖！！！