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Ch1-1 古典密码学
古典密码学 古典密码体现了现代密码学的两大基本思想-代换和置换 密码编码和密码分析的初次交锋 对称密码的模型 攻击类型 密码体制的安全性 无条件安全:无论有多少可用的密文,都不足以唯一地确定密文所对应的明文。 计算安全: 破译密码的代价超出密文信息的价值 破译密码的时间超出密文信息的有效生命期。 穷举攻击 穷举攻击:试遍所有密钥直到有一个合法的密钥能够把密文还原成明文 主要内容 代换技术 置换技术 转子机 ENIGMA加密机 ENIGMA加密机 连接板上的连线状况也是收发信息的双方需要预先约定的。 ENIGMA加密机 每个月每台ENIGMA机的操作员都会收到一本当月的新密钥。一天的密钥可能是: 1.连接板的连接:A/L-P/R-T/D-B/W-K/F-O/Y 2.转子的顺序:2,3,1 3.转子的初始方向:Q-C-W 操作员要发送某条消息时,他首先从密钥本中查到以上信息。然后按照上面的规定,首先用连线把连接板上的字母连接起来;然后把2号转子放在ENIGMA的第一个转子位置上…… ;最后,他调整转子的方向使得三个转子上的字母Q、C 和W分别朝上。 在接收信息的一方,操作员也进行同样的准备,就可以进行收信解码的工作了。 ENIGMA加密机操作 转子自身的初始方向,转子之间的相互位置,以及连接板连线的状况就组成了所有可能的密匙。 三个转子不同的方向组成了26*26*26=17576种不同可能性; 三个转子间不同的相对位置为6种可能性; 连接板上两两交换6对字母的可能性数目非常巨大,有100391791500种; 于是一共有17576*6*100391791500,大约为10000000000000000,即一亿亿种可能性。 破解的艰难性 ENIGMA加密机 连接板本身其实只是一个单表代换密码系统,在整个加密过程中,连接是固定的,所以单使用它是十分容易用频率分析法来破译的。 转子系统虽然提供的可能性不多,但是在加密 过程中它们不停地转动,使整个系统变成了多表代换系统,频率分析法对它再也无能为力,与此同时,连接板却使得可能性数目大大增加,使得暴力破译法(即一个一个尝试所有可能性的方法)望而却步。 破解的艰难性 ENIGMA加密机 在线模拟操作英格码机 英格码的历史 1918年谢尔比乌斯申请了ENIGMA的专利。他以为既然自己的发 明能够提供优秀的加密手段,又能拥有极高的加密解密效率,一定能 很快就畅销起来。他给商业界提供了一种基本型ENIGMA,又给外交人员提供一种豪华的装备有打印机的型号。 但是他似乎搞错了。他的机器售价大约相当于现在的30000美元(。这个价钱使得客户望而却步。虽然谢尔比乌斯向企业家们宣称,如果他们重要的商业秘密被竞争对手知道了的话,遭到的损失将比ENIGMA的价格高得多,但是企业家们还是觉得他们没有能力来购买ENIGMA。谢尔比乌斯的新发明并没有象他预料的那样带来多少回响。军队方面对他的发明也没有什么太多的注意。 英格码的历史 可是谢尔比乌斯突然时来运转。英国政府发表了两份关于一次大战的文件使得德国军队开始对他的发明大感兴趣。 其中一份是1923年出版的温斯顿·丘吉尔的著作《世界危机》,其中有一段提到了英国 和俄国在军事方面的合作,指出俄国人曾经成功地破译了某些德军密码,而使用这些成果,英国的40局(英国政府负责破译密码的间谍机构)能够系统性地取得德军的加密情报。 第二份文件同样是在1923年由皇家海军发表的关于第一次世界大战的官方报告,其中讲述了在战时盟军方面截获并且破译德军通讯所带来的决定性的优势。 这些文件构成了对德国情报部门的隐性指控,他们承认“由于无线电通讯被英方截获和破译,德国海军指挥部门就好象是把自己的牌明摊在桌子上和英国海军较量。” 英格码的历史 为了避免再一次陷入这样的处境,德军对谢尔比乌斯的发明进行 了可行性研究,最终得出结论:必须装备这种加密机器。从1925年开 始,谢尔比乌斯的工厂开始系列化生产ENIGMA,次年德军开始使用 这些机器。 在接下来的十年中,德国军队大约装备了三万台ENIGMA。谢尔比乌斯的发明使德国具有了最可靠的加密系统。在第二次世界大战开始时,德军通讯的必威体育官网网址性在当时世界上无与伦比。ENIGMA在纳粹德国二战初期的胜利中起到的作用是决定性的。 但是谢尔比乌斯没有能够看见所有这一切。有一次在套马时,他被摔到了一面墙上,于1929年5月13日死于内脏损伤。 英格码的破解 战后英国仍旧保持着对德国通讯的监听,并保持着很高的破译率。 但是从1926年开始,他们开始收到一些不知所云的信息——ENIGMA 开始投入使用。德国方面使用的ENIGMA越多,40局破解不了的电文就越多。德国从此拥有了世界上最为可靠的通讯必威体育官网网址系统。 一次大战的战胜国很快就放弃了破译这种新型密
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