数据库原理梁涵春.docx

成绩：网络通信报告专业：通信工程班级：通信二班学号：2900120227姓名：梁涵春指导教师：水宜水二○一五年11月教师评语：实验目的通过对恩尼格码对密码加密的原理学习了解密码学的加密基本原理。实验内容例如：对when you are old and grey and full of sleep这段明文进行加密。分析过程密码学原理简介在古代，当人们想要对一段文字进行加密时，会把原文（即明文）中的字母按照某种配对关系替换成其他的字母，从而得到一段别人看不懂的密文例如下面一张密码表：比方说我们现在要对下面这段明文进行加密：when you are old and grey and full of sleep按照上面的替换规则加密后，我们将得到一段密文：KRUZ NAI CFU AXP CZP EFUN CZP TIXX AT GXUUB就这样，我们完成了一次替换加密。我们得到的这段密文被破解的难度有多大呢？理论上讲，破解者可以用各种可能的密码表组合来试着解密这段话。但由于26个字母可能的排列顺序有4.03X10^26种之多，这意味着如果全世界60亿人每人每秒可以测试一种可能的密码表，也需要21亿年才能试完所有的排列组合。事实上，在很长的一段时间里，这种简单的替换密码被认为是无法被破解的。对26个字母进行分析在使用字母文字的语言中，每一个字母在普通的文本中出现的概率事实上是不同的。以英语为例，在一篇普通的文章中，字母e, a, t出现的概率远远大于j, x, z出现的概率。如果对足够多的文本进行分析，我们就可以统计出每一个字母在英语文本中出现的平均概率，如下图：加密规则分析（1）单字母加密分析我们刚刚进行的替换加密中，虽然每一个字母都改头换面变成了另一个字母，但这并不能改变它在一段文本中出现的频率。例如在刚刚的加密过程中，字母e被替换成了U，如果我们截取足够长的密文进行分析的话，我们会发现在密文中字母U出现的频率要远远高于其他字母。只要对照上面这张概率图，把密文中出现频率最高的几个字母依次试着替换为e, t, a这几个高频字母，就可以对密文进行破解。作为辅助手段，我们还可以统计密文中每个字母左右两边的字母出现频率。如果一个字母可以出现在大多数字母的两旁，那么它很有可能是一个元音字母。反之，如果一个字母永远也不会出现在某些特定字母的旁边，那么它很可能是一个辅音字母，因为在英语中一些辅音字母是永远不会被拼写在一起的。单字母替换密码的一个致命缺陷是明文中的每一个字母都被唯一地替换为了密文中的另一个字母，这种一对一的替换关系是恒定不变的。破解者正是抓住这一漏洞，对截获的密文进行字母频率分析，找到这种一对一的替换关系，最终打败了密码师。多字母加密分析与刚刚的单字母替换加密相比，我们又增加一行密码表。有了这两行密码表，我们就可以在加密过程中对明文中的第一个字母使用密码表1进行加密，对第二个字母使用密码表2进行加密，第三个字母又重新使用密码表1，第四个字母使用密码表2，如此重复一直到对整段明文进行加密。例如：when you are old and grey and full of sleep如果使用多字母替换加密，这段话中的第三个字母e将会被替换为U，而第十个字母同样是e，却会被替换为L。这是因为由于所处的位置不同，这两个字母e分别是用密码表1和密码表2进行加密的，所以出现了两个不同的结果。多字母替换密码不但可以替换掉明文中的字母，同时还可以掩盖明文中字母出现的真实频率，从而使破解者使用的字母频率分析法立刻失效。维热纳尔方阵（Vigenère square）上面这张表叫做维热纳尔方阵（Vigenère square），是为了方便加密者进行多字母替换而设计的。人们可以在表中选取任意行数的字母作为密码表进行加密，进一步提高了密码的复杂程度。假设有一位勤劳的密码师，为了得到一份绝对安全的密码，他不辞劳苦地打算使用七行密码表对明文进行加密，为了方便记忆，他选取了GERMANY作为关键词。也就是说，密码师将分别使用位于上面方阵中G、E、R、M、A、N、Y行的字母作为密码表对明文中的字母进行循环加密。由于明文中的每一个字母都会被随机地替换为另外七个不同的字母，所以前面介绍过的频率分析法将不再起作用。这一次，密码师是不是终于得到了一份绝对安全的密文？答案当然是否定的。破解者很快就发明了新的破解方法。密码破译者在获得足够长的密文之后，可以寻找密文中重复出现的字母串。以英文为例，在一篇文章中有一些特定的单词例如the、and会反复出现。虽然在密文中这些单词有6/7的几率会被替换为不同的形式，但如果两个相同单词之间所间隔的字母数刚好是7的倍数的话，它们就会被替换为相同的形式。这是因为替换第二个单词时，总数为7行的密码表刚好完成了若干个完整的循环。只要截获足够长的密