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周敏超顾思远陈濛澈信息安全工程学院什么是密码?密码是一种用来混淆的技术,它希望将正常的、可识别的信息转变为无法识别的信息。密码学是一个即古老又新兴的学科。密码学(Cryptology)一字源自希腊文krypto's及logos两字,直译即为隐藏及讯息之意密码的历史几乎跟文字的历史一样长•自从有了文字以来,人们为了某种需要总是想法设法隐藏某些信息,以起到保证信息安全的目的。在这些诡秘莫测的字符背后,或是隐含着政客那冷酷阴毒的计谋、武士那阴森滴血的剑影,或是携带着智者狡黠的微笑、情人绵绵不绝的秋波……可以说,密码是当一种文化在文学、科学和语言发达到一定的复杂程度,当秘密的、符号性的信息交流达到不可或缺的阶段应运而生的一种信息交流的特殊工具。——《密码中的秘密》密码学的发展历程大致经历了三个阶段•古典密码(手工、机械阶段-1949)•近代密码(计算机阶段1949-1975)•现代密码(1976-)古典密码(手工、机械阶段)古埃及•人类文明刚刚形成的公元前2000年,古埃及就有了密码。贵族克努姆霍特普二世的墓碑上记载了在阿梅连希第二法老王朝供职期间它所建立的功勋。上面的象形文字不同于我们已知的普通埃及象形文字,而是由一位擅长书写的人经过变形处理之后写的,但是具体的使用方法已经失传。人们推测这是为了赋予铭文以庄严和权威。姓名和头衔的象形文字加密左:明文右:密文中国•阴符•阴书•《武经总要》印度•公元前三百年写成的《经济论》在描述印度密探充斥全国时,介绍了特务机关的官员用密写给密探下达任务。•《爱经》将密写列为妇女应该学会的64种瑜伽之一美索不达米亚•在楔形文字时期,巴比伦和亚述的记述者往往用稀奇古怪的楔形文字在泥板上做记号和记日期。一向后世显示自己的学问。在楔形文字后期,偶有记述者把人名变换成数字。修泽遗迹出土的字碑,记载1-8与32-35的数字希伯来民族是以色列的祖先。希伯来人开发出了三种加密法,称为“atbah”、“atbash”和“albam”。“诗的最后一行,”索菲继续说道:“是说埃特巴什将会使真相暴露无遗。埃特巴什?我听过这个词。”“我并不奇怪,”兰登在一边回应:“你可能是从密码学101里听到的。埃特巴什码可能是迄今人们所知最古老的密码了。”当然喽!有谁不知道赫赫有名的希伯来编码体系?索菲心想。ABGDHVZChTYKThShRQTzPOSNML希伯来•希伯来的三种加密法在希伯来文著作中到处使用,特别是atbash。•希伯来圣经中的加密启示了中世纪的修道士和记述者的字母替代思想。斯巴达的skytale•长期的战争使得斯巴达人发展出了自己的一套加密方式,公元前5世纪,斯巴达人就使用一种名为scytail的器械,他们把一个带状物,呈螺旋形紧紧地缠在一根权杖或木棍上,之后再沿着棍子的纵轴书写文字,在这条带状物解开后,上面的文字将杂乱无章,收信人需用一根同样直径的棍子重复这个过程,看到明文,这是人类历史上最早的加密器械。公元前2世纪,一个叫Polybius的希腊人设计了一种将字母编码成符号对的方法,他使用了一个称为Polybius的校验表,这个表中包含许多后来在加密系统中非常常见的成分。Polybius校验表由一个5´5的网格组成,网格中包含26个英文字母,其中I和J在同一格中。相应字母用数对表示。在古代,这种棋盘密码被广泛使用。123451ABCDE2FGHI/JK3LMNOP4QRSTU5VWXYZ希腊恺撒密码(公元前一世纪)它是将英文字母向前推移k位。以此字母替代的密表,如k=5,则密文字母与明文与如下对应关系abcdefghijklmnopqrstuvwxyzFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEk就是最早的文字密钥被用于高卢战争密码分析的始祖——阿拉伯人公元8世纪中叶,在阿拔斯王朝,为了统治一个庞大的帝国,行政系统中广泛地使用了密码,比如国家敏感事务、税收。他们设计并且使用代替和换位加密(单表替换)。对《古兰经》的编年启示了字母的字频规律。公元9世纪,阿拉伯的密码学家阿尔·金迪al'Kindi(801?~873年)提出解密的频度分析方法,通过分析计算密文字符出现的频率破译密码。单表替换的克星---频度分析欧洲的密码学•大约在1379年,欧洲第一本关于密码学的手册由GabrieladeLavinde编写,由几个加密算法组成,并且为罗马教皇Clement七世服务。这个手册包括一套用于通信的密钥,并且用符号取代字母和空格,形成了第一个简要的编码字符表(称为Nomenclators)。该编码字符表后来被逐渐扩展,并且流行了几个世纪,成为当时欧洲政府外交通信的主流方法。欧洲的密码学15世纪密码技术被广泛用于欧洲的政治、经济及文化领域里。特别是政治上的尔虞我诈、明争暗斗,对密码的加密和解密技术提出了更高的要求。到16世纪末期,密码学更趋重要,以致大多数国家设立专职的密码秘书从事编制新密钥,加、脱密信件和破译截获的书信。准密本的代码表也在这一时期得以完善,与此同时还出现了多名码(多个明文对应密文)和多义码(有两三个对应明文的密文)。到18世纪,有些准密本已发展到两千至三千个组码。18世纪,黑屋非常普遍,在维也纳,十人的密码组平均每天能处理80到100封信件(上至拿破仑等高官,下至平民百姓),加密信件经常遭到坚持不懈的密码分析。密码的影响力公元16世纪晚期,英国的菲利普斯(Philips)利用频度分析法成功破解苏格兰女王玛丽的密码信,信中策划暗杀英国女王伊丽莎白,这次解密将玛丽送上了断头台。1628年4月,由于一个年轻人破开了雨格诺教徒的密码,亨利二世孔戴亲王,攻占了久攻不克的雷阿尔蒙特城。1781年,美军破译了克林顿将军与康华利将军的通讯信件,使英国舰队增援约克敦的计划失败,并迫使康华利投降,确定了独立战争的胜利。多表替代•1466年或1467年初,利昂·巴蒂斯塔·艾伯蒂第一个提出,后来又为许多人逐步发展成当今大多数密码体制所属的一种密码类型。艾伯蒂密码圆盘多表替代•修道院院长约翰内斯·特里特米乌斯在1508年初从事写作一本专讲密码学的书,使多表代替又向前跨出了一大步,书名为“多种写法”,此书在他死后一年半出版,是密码学第一本印刷书籍。•书中第五章出现方表:Military----Mjnl。。ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA-ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZB-BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZAC-CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABD-DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC。。。。。Z-ZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXY多表替代•乔范·巴蒂斯塔·贝拉索曾是红衣主教卡皮的随从,1553年,他出版了一本名为《乔范·巴蒂斯塔·贝拉索先生的密码》,提出文字密钥的应用。即根据密钥来决定用哪一行的密表来进行替换,对如下明文加密:TOBEORNOTTOBETHATISTHEQUESTION当选定RELATIONS作为密钥时,加密过程是:明文一个字母为T,第一个密钥字母为R,因此可以找到在R行中代替T的为K,依此类推ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA-ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZB-BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZAC-CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABD-DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC。。。。。R-RSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQ。。。。。Z-ZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXY多表替代•乔瓦尼·巴蒂斯塔·波他是自然科学家(1535-1615),将艾伯蒂乱序密表与特里特米乌斯和贝拉索的见解融合在一起,使之成为现代多表代替的概念。•他还首先阐明了密码分析技术的第二个主要方式——可能字猜译法。“不可破译”的维吉尼亚密码(?)法国外交官维吉尼亚BlaisedeVigenere(1523-1596)在1585年写成了《论密码》集中了当时密码学的很多精华(密码分析除外)。对贝拉索密码,他采用自身密钥体制,即以一个共同约定的字母为起始密钥,以之对第一个密文脱密,得到第一个明文,以第一个明文为密钥对第二个密文脱密,以此类推。如此不会重复使用密钥。然而他的自身密钥体制被后世遗忘,而他着力改进的原来的贝拉索密码却被人当作他的发明,于是贝拉索密码被称为维吉尼亚密码。维吉尼亚密码的破译公元1863,普鲁士少校卡西斯基(Kasiski)首次从关键词的长度着手将它破解。1854年,英国的巴贝奇(CharlesBabbage)通过仔细分析编码字母的结构也将维吉尼亚密码破解。估计密钥长度。找出隶属于同一凯撒表的字母,对其进行频度分析(卡西斯基试验)查尔斯·巴贝奇•自动化计算机研制的先驱•分析机“任何人不惜步我的后尘,而能成功地建造一个包括了数学分析的全部执行部门的机器,……我就敢把我的声誉交给他去评价,因为只有他才能充分鉴赏我努力的实质及其成果的价值。”其他古典密码栅栏密码明文:THEREISACIPHER去掉空格后变为:THEREISACIPHERTEESCPEHRIAIHRTEESCPEHRIAIHR其他古典密码Playfair密码一种替换密码,1854年由查尔斯·惠斯通发明。经莱昂·普莱费尔提倡在英国军地和政府使用。它使用方便而且可以让频度分析法变成瞎子,在1854到1855年的克里米亚战争和1899年的布尔战争中有广泛应用。但在1915年的一战中被破译了。SCIENABDFGHJKLMOPQRTUVWXYSCIENCE为密钥SK-------HISC--------CICN--------ISSA--------AH其他古典密码博福特密码一次性便笺密码•1844年,萨米尔·莫尔斯发明了莫尔斯电码:用一系列的电子点划来进行电报通讯。电报的出现第一次使远距离快速传递信息成为可能,事实上,它增强了西方各国的通讯能力。•20世纪初,意大利物理学家奎里亚摩·马可尼发明了无线电报,让无线电波成为新的通讯手段,它实现了远距离通讯的即时传输。由于通过无线电波送出的每条信息不仅传给了己方,也传送给了敌方,这就意味着必须给每条信息加密。•随着第一次世界大战的爆发,对密码和解码人员的需求急剧上升,一场秘密通讯的全球战役打响了。有线电报产生了现代编码学无线电报产生了现代密码分析学齐默尔曼电报公元20世纪初,第一次世界大战进行到关键时刻,英国破译密码的专门机构“40号房间”利用缴获的德国密码本破译了著名的“齐默尔曼电报”,促使美国放弃中立参战,改变了战争进程。受计算机科学蓬勃发展刺激和推动的结果。快速电子计算机(转轮密码)和现代数学方法(应用矩阵的Hill密码)一方面为加密技术提供了新的概念和工具,另一方面也给破译者提供了有力武器。计算机和电子学时代的到来给密码设计者带来了前所未有的自由,他们可以轻易地摆脱原先用铅笔和纸进行手工设计时易犯的错误,也不用再面对用电子机械方式实现的密码机的高额费用。总之,利用电子计算机可以设计出更为复杂的密码系统。Enigma(隐匿之王)•德国的ArthurScherbius于1919年发明的一种加密电子器件,结合了机械系统与电子系统。它被证明是有史以来最可靠的加密系统之一。二战期间令德军保密通讯技术处于领先地位。转子•机械系统包括了一个包含了字母与数字的键盘,相邻地排列在一个轴上的一系列名为“转子”的旋转圆盘,在每次按键后最右边的转子都会旋转,并且有些时候与它相邻的一些转子也会旋转。转子持续的旋转会造成每次按键后得到的加密字母都会不一样。反射器•反射器是恩尼格玛机与当时其它转子机械之间最显著的区别。它将最后一个转子的其中两个触点连接起来,并将电流沿一个不同的路线导回。这就使加密过程与解密过程变得一致。•加密后得到的字母与输入的字母永远不会相同。这在概念上和密码学上都是一个严重的错误,这个错误最终被盟军解码人员利用。接线板•接线板上的每条线都会连接一对字母。这些线的作用就是在电流进入转子前改变它
本文标题:密码学发展史
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