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【专题课堂】密码学之古典密码
发布时间:2022-12-19

密码学之古典密码
密码(Cryptology)由来已久,其发展经历了古典密码、机械密码、现代密码三个阶段。古典密码是密码学的源头,这一时期的密码是一种艺术。
一、古典密码的使用
从古到今,军队历来是使用密码最频繁的地方。为通信保密与身份认证,发展了各样的方法。
1)古代中国

虎符、符契、契、阴符等
古代常以虎符、符契、契、阴符等作为凭证认证身份。如虎符,分为两半,一半放在朝廷,另一半由在外的将帅保管。朝廷派来的使者,需携虎符验合,才可调兵遣将。
现代密码学中,运用公钥—私钥体系进行身份认证的方法也与“符”相通。

字验对诗中“山”字盖章,代表“被贼围”
“字验”是秘密传送军情的一套方法。先约定40种不同的军情,然后用一首含有40个不同字的诗,令其中每一个字对应一种军情。传送军情时,将军们找出书信中加印记的关键字,然后根据约定的40字诗来查出该字所告知的情况。
宋代的“字验”方法与近代以来军队、外交官和间谍们常用的借助密码字典进行秘密通信和联络的原理相同。
还有“不成字”、隐写术等众多通信保密方式。
2)古希腊

斯巴达棒
大约在公元前700年,古希腊军队用一种叫做Scytale的圆木棍来进行保密通信。其使用方法是:把长带子状羊皮纸缠绕在圆木棍上,然后在上面写字;解下羊皮纸后,上面只有杂乱无章的字符,只有再次以同样的方式缠绕到同样粗细的棍子上,才能看出所写的内容。这种方法又被叫做“斯巴达棒”。
斯巴达棒的加密原理属于密码学中的“换位法”(Transition)加密,因为它通过改变文本中字母的阅读顺序来达到加密的目的。
 
二、古典密码的两个主要体制
1)代换密码
代换密码采用一个代换表,将一段明文变换成一段密文,这个代换表就是密钥。如果代换表只有一个,则代换过程被称为单表代换。如果代换表多于一个,则代换过程被称为多表代换。
凯撒(Caesar)密码是一种典型的单表代换密码,它是将英文字母向前移动k位。从而生成字母替代的密表,如k=3,则密文字母与明文与如下对应关系:

凯撒密码
多表代换密码的典型代表是维吉尼亚密码,它是一种以位移代换为基础的周期代换密码。
2)置换密码
置换密码是一种特殊的代换密码,置换密码变换过程不改变明文字母,只改变它们的位置。
置换密码的典型代表是栅栏密码,明文按列写入,密文按行输出。加密过程可以使用一个置换也可以使用多个置换。
与代换密码相比,置换密码可以打破消息中的某些固定结构模式
 
值得一提的是,在古典密码学中,设计者主要考虑消息的保密性,使得只有相关密钥的人才可以解密密文获得消息的内容,对于消息的完整性和不可否认性则并没有进行太多的考虑。
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