1、第二章傳統對稱式金鑰加密,2.1 對稱式金鑰簡介,2,對稱式金鑰加密法的概念,明文,密文,加密演算法,Alice,明文,密文,加密演算法,Bob,安全金鑰交換通道,共享金鑰,共享金鑰,不安全通道,2.1 對稱式金鑰簡介,3,2.2 取代加密法,4,取代加密法(substitution cipher)是以一個符號取代另一個符號。單字母加密法(monoalphabetic cipher)通常明文裡的字(符號)換成密文時是同一個字(符號)，明文與密文裡的字母都是一對一的。,明文：hello,密文：KHOOR,明文：hello,密文：ABNZF,範例,範例,2.2 取代加密法,5,加法加密法(addi
2、tive cipher)有時稱為位移加密法(shift cipher)，也稱為凱薩加密法(Caesar cipher)，此加密法較能顯示其數學意涵。將數學計算套用到明文與密文，並分配數值給每一個字母。,2.2 取代加密法,6,傳送端,明文,接收端,明文,密文,加密,解密,2.2 取代加密法,7,位移加密法：因為加密演算法可解釋為往下位移金鑰字元，而解密演算法為往上位移金鑰字元。凱薩加密法：凱薩(Julius Ceasar)利用加法加密法與他的下屬聯繫，凱薩以3當成金鑰。破解分析：在只知密文攻擊中使用徹底搜尋金鑰(暴力攻擊)方式，加法加密法很容易破解。因為加法加密法的金鑰範圍很小，只有25把金鑰
3、。金鑰00是沒有用的(明文與密文相同)。,2.2 取代加密法,8,範例 當攔截到密文UVACLYFZLJBYL。使用暴力攻擊破解加密法,明文：tuzbkxeykiaxk明文：styajwdxjhzwj明文：rsxzivcwigyvi明文：qrwyhubvhfxuh明文：pqvxgtaugeqtg明文：opuwfsztfdvsf明文：notverysecure,當我們嘗試1到7的金鑰，發現金鑰7時，明文為not very secure是有意義的。,2.2 取代加密法,9,加法加密法也容易受到統計攻擊，尤其敵人擁有很長的密文時，敵人可以用字母會在特定的語言中出現頻率。,2.2 取代加密法,10,範
4、例 當攔截到密文XLILSYWIMWRSAJSVWEPIJSVJSYVQMPPMSRHSPPEVWMXMWASVXLQSVILYVVCFIJSVIXLIWIPPIVVIGIMZIWQSVISJJIVW,the house is now sale for four million dollars it is worth more hurry before the seller receiver more offers.,2.2 取代加密法,11,乘法加密法(multiplicative cipher)中，加密演算法已明文乘以金鑰,傳送端,明文,接收端,明文,密文,加密,解密,2.2 取代加密法,
5、12,仿射加密法(affine cipher)中，其為兩個加密法分別為乘法與加法加密。,傳送端,明文,接收端,明文,密文,加密,解密,2.2 取代加密法,13,單字母取代加密法：傳送端與接收端同意使用某一把金鑰。就是建立明文每個字元和密文字元之間的對應。破解分析：單字母取代加密法金鑰大小為26!,This message is easy,範例 利用上面密碼表加密此訊息，,ICFVQRVVNERFVRNVS,2.2 取代加密法,14,多字母加密法：每一字母出現有不同的代換。明文與密文是一對多的關係。舉例來說a在剛開始加密為D，但中間可能加密為N。多字母加密法優點為能隱藏字母的頻率，並無法使用單一
6、字母的頻率統計去破解密文。,2.2 取代加密法,15,自動金鑰加密法(autokey cipher)：每把子金鑰都用來對應明文中的字元。第一把金鑰為傳送端與接收端早就祕密決定好的數值。第二把金鑰是第一個明文字元的值(025)。第三把金鑰是第二個明文字元的值(025)，以此類推。,2.2 取代加密法,16,密鑰 =,L,Q,U,X,Z,G,V,Y,D,S,W,O,T,F,K,P,2.2 取代加密法,17,此加密法有三個加密規則 ，A.若密鑰中，有一對字母是在同一列，則對應的加密文字會是同一列右方的字母 (若為列最後一個的字母則為此列中最左第一個字母) 。B.若密鑰中，有一對字母是在同一行，則對應
7、的加密文字會是同一行下方的字母 (若為行最後一個的字母則為此行中最上第一個字母) 。C.若密鑰中，這對字母不同行或列，則個別加密文字為同一列的字母，但與另外一個同一行。Playfair符合多字母加密法的標準，每個明文裡其文字的子金鑰都依賴前面或後面的文字。,2.2 取代加密法,18,2.2 取代加密法,19,單次密碼本：密碼學的目標之一就是能完全保密。Shannon研究表示，若每個明文的符號都是由一個金鑰範圍隨機挑選出的一把金鑰加密，就能達到完全的保密。此概念用於Vernam發明的單次密碼本(one-time pad)。此加密法中金鑰的長度與明文一樣，金鑰完全是隨機挑選出的。單次密碼本幾乎是無
8、法應用，因為每次傳送端要把每次產生的金鑰如何傳送給接收端?,2.2 取代加密法,20,迴轉加密法(rotor cipher)：使用單字母取代加密法的概念，但改變了每個明文和密文之間字元的對應關係。,A,B,C,D,E,F,a,b,c,d,e,f,A,B,C,D,E,F,a,b,c,d,e,f,A,B,C,D,E,F,a,b,c,d,e,f,第二次轉動後,第一次轉動後,初始位置,2.2 取代加密法,21,迴轉加密法的初始位置是傳送端與接收端之間的密鑰。第一個明文字元加密市使用初始設定，第二個字元加密是在第一次轉動後，以此類推。,範例 假設明文為bee使用旋轉加密法。,A,B,C,D,E,F,a,
9、b,c,d,e,f,A,B,C,D,E,F,a,b,c,d,e,f,A,B,C,D,E,F,a,b,c,d,e,f,第二次轉動後,第一次轉動後,初始位置,B,C,A,明文：bee,密文：ACB,2.3 換位加密法,22,換位加密法為改變符號的位置，換位加密法就是重新安排(調換)符號的順序。無金鑰的換位加密法：過去簡易的換位加密法為吳金鑰的換位加密法。第一種方法為將文字以一行一行的方式寫入表格後，再以一列一列的方式傳送。,範例 無金鑰換位加密法一個很好的範例為欄加密法(rail fence cipher)。例如傳送端明文為Meet me at the park 。密文：MEMATEAKETETH
10、PR,m,e,e,t,m,e,a,t,t,h,e,p,a,r,k,排成Z字型的圖樣,2.3 換位加密法,23,第二種方法為將文字以一列一列的方式寫入表格後，再以一行一行的方式傳送。有金鑰的換位加密法：此方法是將明文分組(稱為區塊)，在另利用一個金鑰分別更換每個區塊的字元。,2.3 換位加密法,24,兩種方式的結合(有金鑰結合無金鑰)：近代的換為加密法結合了上兩種方法，已達到更好不規則的效果。加密和解密動作在三個步驟內完成：第一，文字以一列一列的方式寫入表格；第二，以重新排列欄位的順序更換字元；第三，以一行一行的方式讀取新的表格。第一和第三無吳金鑰整體重新排列，第二步驟是以區塊有金鑰方式重新排列
11、。,2.3 換位加密法,25,雙重換位加密法(double transposition cipher)：能增加分析密碼者解密的難度。重複兩次演算法，每一個步驟可以使用不同的金鑰，但通常都是同一把。,範例 假設傳送端傳送明文enemy attacks tonight，使用兩種方式的結合加密法。,e,n,e,m,y,a,t,t,a,c,k,s,t,o,n,i,g,h,t,z,以一列一列的方式寫入,行排列,以一行一行的方式讀取,e,t,t,h,e,a,k,i,m,a,o,t,y,c,n,z,n,t,s,g,中間的結果：,明文：,第一次的換位加密法,2.3 換位加密法,26,T,I,Y,T,E,A,O,Z,H,M,C,S,E,A,N,G,Y,K,T,N,以一列一列的方式寫入,行排列,以一行一行的方式讀取,e,t,t,h,e,a,k,i,m,a,o,t,y,c,n,z,n,t,s,g,中間的結果：,密文：,第二次的換位加密法,
