《算法与分析》之一次一密加密方法的设计与实现.doc

一次一密加密方法的设计与实现密码学是以研究秘密通信为目的，即对所要传送的信息采取一种秘密保护，以防止第三者对信息的窃取的一门学科。一为保护自己的通信安全进行加密算法的设计和研究为窃取对方情报而进行密码分析，即密码破译技术。因而，密码学是这一矛盾的统一体。一次一密加密整个密码学的发展过程是从简单到复杂，不完美到完美，具有单一功能到具有多种功能的过程受到其它学科如数学、计算机科学的极大促动。进入信息时代，随着数据库技术和计算机网络应用的不断深入，信息的安全传输也有着广阔的应用前景。密码学不断地发展，不断地完善，从而会给全人类提供更加安全的各种服务一次一密加密密码通信的历史极为久远，起源可追溯到几千年前的埃及，巴比化，古罗马和古希腊，古典密码术虽不起源战争，但其发展成果却首先被用于战争保护交战双方的通信安全，窃取对方情报世界上最早的一种密码产生于公元前两世纪。由一希腊人提出，人们称棋盘密码，该密码将26个字母放在5×5的方格里，i，j放在一个格子里1 2 3 4 5 1 a b c d e 2 f g h i，j k 3 l m n o p 4 q r s t u 5 v w x y z 每个字母就对应了由两个数构成的字符αβ，α是该字母所在行的标号，β是列标号。如c对应13，s对应43等。如果接收到密文为43 15 13 45 42 15 32 15 43 43 11 22 15 则对应的明文即为secure message。凯撒密码将英文字母向前推移k位。如k=5，则密文字母与明文与如下对应关系a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E 于是对应于明文secure message，可得密文为XJHZWJRJXXFLJ。此时，k就是密钥。为了传送方便，可以将26个字母一一对应于从0到25的26个整数。如a对1，b对2，……，y对25，z对0。这样凯撒加密变换实际就是一个同余式c≡m+k mod 26 其中m是明文字母对应的数，c是与明文对应的密文的数。随后，为了提高安全性改进。选取k，b作为两个参数，其中要求k与26互素，明文与密文的对应规则为c≡km+b mod 26 可以看出，k=1就是前面提到的凯撒密码必威体育官网网址程度高。以上介绍的密码体制都属于单表置换。意思是一个明文字母对应的密文字母是确定的。根据这个特点，利用频率分析可以对这样的密码体制进行有效的攻击。方法是在大量的书籍、报刊和文章中，统计各个字母出现的频率。例如，e出现的次数最多，其次是t，a，o，I等。破译者通过对密文中各字母出现频率的分析，结合自然语言的字母频率特征，就可以将该密码体制破译。鉴于单表置换密码体制具有这样的攻击弱点，增加抗攻击能力法国密码学家维吉尼亚于1586年提出一个种多表式密码，即一个明文字母可以表示成多个密文字母。原理：给出密钥K=k[1]k[2]…k[n]，若明文为M=m[1]m[2]…m[n]，则对应的密文为C=c[1]c[2]…c[n]。其中C[i]=(m[i]+k[i]) mod 26。例如，若明文M为data security，密钥k=best，将明文分解为长为4的序列data security，对每4个字母，用k=best加密后得密文为C=EELT TIUN SMLR 当K为一个字母时，就是凯撒密码K越长，必威体育官网网址程度就越高。显然这样的密码体制比单表置换密码体制具有更强的抗攻击能力，而且其加密、解密均可用所谓的维吉尼亚方阵来进行，从而在操作上简单易行。该密码可用所谓的维吉尼亚方阵来进行，从而在操作上简单易行。该密码曾被认为是三百年内破译不了的密码近代密码1834年，伦敦大家的实验物理学教授惠斯顿发明了电机，这是通信向机械化、电气化跃进的开始，也是密码通信能够采用在线加密技术提供了前提条件。1914年第一次世界大战德军破译了俄军第一军经给第二军的电文，从中得知，第一军的给养已经中断。根据这一重要情报，德军在这次战役中取得了全胜。这说明当时交战双方已开展了密码战，又说明战争刺激了密码的发展。1920年，美国电报电话公司的弗纳姆发明了弗纳姆密码。共原理是利用电传打字机的五单位码与密钥字母进行模2相加。如若信息码（明文）为11010，密钥码为11101，则模2相加得00111即为密文码。接收时，将密文码再与密钥码模2相加得信息码（明文）11010。这种密码结构在今天看起来非常简单，但由于这种密码体制第一次使加密由原来的手工操作进入到由电子电路来实现，而且加密和解密可以直接由机器来实现，因而在近代密码学发展史上占有重要地位。随后，美国人摩波卡金在这种密码基础上设计出一种一次一密体制。