现代密码学第四章课后答案（密码学原理第二章答案）
现代密码学第四章课后答案（密码学原理第二章答案）
信息安全专业作为计算机科学与技术专业下的一级学科，其所包含的知识却远不止计算机，还有通信、数学、密码学、管理等方面的多方面的知识。因此，信息安全所要学习的知识既包括像高级语言、数据结构、计算机网络、数据库原理及应用等计算机方面的知识，同时也需要学习密码学、汇编语言、信息安全心理学等具有学科特色的课程。下面来为大家大致介绍一些特色课程吧。
不得不提的就是密码学。密码学作为信息安全专业的基础，在专业课教程中具有重要的地位。密钥、明文、密文、加密、解密这些专业名词虽然大家肯定都听过，但其中蕴含的许多数理知识、近世代数、线性代数的知识大家却不一定熟知，而这些就是密码学课程中将详细研究的东西。在密码学里，你可以学习到对称密码体制、非对称密码体制，你能知道它们的运作原理，这能帮助你更合理的设置自己的密码。
除了密码学之外，还有一门我特别感兴趣的课程，也就是信息安全心理学，也叫社会工程学。很多人认为，信息安全就是与网络打交道、与密码打交道，但却忽略了隐藏在网络和密码之后的人心。信息安全心理学带我们走进人的心理，帮助我们分析人们更容易使用那些种类的密码，如何从别人的基本信息中破译其可能使用的密码。因此，信息安全心理学这门课程的重要性也不言而喻。
信息安全专业还有这许多具有学科特色的专业课程，感兴趣的话，不妨填报信息安全专业哟。希望我的回答对你有所帮助。
问题2的答案
CAESAR体制;双字的Playfair体制;维吉尼亚体制;Hill体制
具体：
1、CAESAR体制 CAESAR 体制是一种单表加性密码体制，其明文字母表、密文字母表和密钥字母表相同，比如英文字母表。加密步可由如下简单的式子表示：y=x+k，其中x∈X， y∈Y，k∈K。最简单的一种就是第一个明文字母由其右边的第三个字母代替，由D代替，B由E代替，…，Y，由B代替，Z由C代替。广义的CAESAR体制引入两个密钥参数，加密步变为y=k1x+k2，其中x∈X，y∈Y，k1,k2∈K。
2、双字的Playfair体制 1854 年，查尔斯.惠斯通（Charles Wheatstone）发明了一种特殊的双叶双码代替密码，他的朋友莱昂.普莱弗尔（Lyon Playfair）将其推荐给政府和军界的高层人士。这种体制的首次使用是在克里米亚战争期间，正式报道的使用是在Boer战争中，其名称也就以 Playfair命名。军队很看重它的一点就是此方法既不需要表也不需要器械，易作为战地密码。英国军队差不多用了一个世纪，而且保证它一直是保密的。然而在一次世界大战中的1915年，德国人将其破译了。
PLAYFAIR加密步按如下方式进行：由一个口令字开始，将一个Z25上的置换表（省去了Z26中的Z）排成5×5方阵。
P A L M E
R S T O N
B C D F G
H I K Q U
V W X Y Z
或
T O M R S
D F G B C
K Q U H I
X Y Z V W
L M E P A
加密步没有定义双字母是同一字母的情况，还有最后一个字母不成对的情况。上述两个例子的结果是相同的。如果一个双字母的两个字母在同一行（或一列），则它们就用其右边（相应地，底下）的字母所代替，比如：am→LE ，dl→KT。
另一种情况是，两个字母不在同一行或同一列，则第一个字母由同一行中且在第二个字母的那一列的字母代替；第二个字母则由同一行中，且是第一个字母所在那一列的字母所代替，比如：ag→EC ，ho→QR。
3、维吉尼亚体制
维吉尼亚体制是最古老而且最著名的多表密码体制之一，它以法国密码学家Blaise de Vigenere(1523--1596)命名。与CAESAR密码体制相似，其密钥是逐步变化的。一般是用维吉尼亚方阵来进行加密和解密的。每列都可以看成是一个CAESAR体制，其中密钥是0、1、2...25。加密时，将在方阵中查找明文字母所在的行及CAESAR体制密钥所在的列，来确定密文字符。通常CAESAR体制的密钥用密钥字来表示。比如，用KEYSTREAM来加密TWOPERSONS，首先在方阵中查找第T行第K列的字母，则得到T 对应的密文字母D，以此类推。解密时，则查找D在K列的行位置。通常密钥字要重复使用，特别是对较长的明文。
加密方阵作为多表体制的基础，它具有多样性，即可选择其它容易记忆的方阵。这里值得一提的就是Beaufort方阵，它的行是维吉尼亚方阵行的逆序。
4、Hill体制 在Hill 密码体制中，明文空间和密文空间是相同的，比如英文字母集。首先对字母集中的字母进行编号，比如A为0号，B为1号，Z为25号，后面所有的运算都要模 26。然后选择一个可逆的d维方阵M，其元素是介于0和25之间的整数。加密过程为MP=C，当然这里的P和C都是d维列向量。更确切地说，每个d元明文字符定义了列向量P，分量是d元明文字符的编号。计算得到的列向量C再被译为d元密文字符。
尽管希尔密码体制看起来几乎没有实用价值，但它对密码学的发展却产生了深刻的影响。希尔发明的重要性在于它无可辩驳地表明：数学方法在密码学中的地位是不容置疑的。随后在30年代，大批数学家投身于密码学研究。
尽管古典密码体制受到当时历史条件的限制，没有涉及到非常高深或者复杂的理论，但在其慢长的发展演化过程中，已经充分表现出了现代密码学的两大基本思想-代替和换位，而且还将数学的方法引入到密码分析和研究中。这为后来密码学成为系统的学科以及相关学科的发展奠定了坚实的基础，如计算机科学、复杂性理论等等。
概率论：数学让密码学加速进化
你想过一个问题没有：
是什么因素决定了一个密码能否被破译呢？
对比一下古典密码和现代密码，你就能发现答案了。
古典密码学，加密和解密过程中，最小操作单位都是单个字符或者符号，所以古典密码学的核心就是移位法和替代法。
现代密码学，把研究对象用数来描述，再对数进行运算。不但突破了字母作为最小变化单位的限制，还可以使用更高等的数学工具做运算，因此破译就变得越来越难。
所以，加密时所用的数学工具，决定了一个密码能否被破译。
第二代的移位法和替换法的安全性很好，也比较好用，但到了16世纪，这个局面扭转了。因为概率论的出现，这两种加密法可以破解了。
自此之后，加密与解密的对抗战中，因为数学的应用，解密一方暂时占据优势。
两个破解 第二代加密法 最经典的案例。
一个发生在16世纪的苏格兰女王玛丽一世身上，一个发生在17世纪中后期到18世纪初的法国国王路易十四身上。
玛丽一世女王，她是我听说过的最刚烈的女人。在这门课《密码学人物列传》的模块中，我会专门用一讲详细讲讲她的故事。这节课，我们还是主要围绕密码展开。
27岁时，玛丽一世被自己的姑姑英格兰女王伊丽莎白一世关押了起来，一关18年。到44岁时，监狱里的她和外界反叛军密谋要杀害姑姑，一旦谋杀成功，她自己就能坐上王位。当时的信件都是通过特殊渠道传入监狱，最后由侍女在递送红酒时，藏在瓶塞中带进去。
玛丽一世很聪明，包含暗杀计划的并不是普通的信，而是加密过的。就算不慎落入伊丽莎白一世的手中，也没人看得懂。
其中用到的加密方法，就是替代法。所有的英文字母被类似符文的东西替换，一些常用词也用符号代替。具体的对应方式，你可以参考下面这个图表。
玛丽此后就通过这个特殊渠道和反叛军通信，几个月后，她熟练掌握，写信可以直接用密文，不用一个个字母查对照表了。
不幸的是，这个特殊消息传递的渠道里，竟然隐藏着一个双面间谍，他把情况汇报给了伊丽莎白。在位的女王正愁抓不到把柄，这下终于有机会名正言顺的处死玛丽了。
不过现在还急不得，必须抓到足够硬的证据，而且最好把整个阴谋背后所有的参与者一起除掉，所以伊丽莎白没有打草惊蛇。
此后玛丽和外界的通信，每一封都先经过双面间谍送到密码学校，花1个小时誊写好，然后再密封好，就像从没有被截获过那样，递出皇宫。密码学校的人再拿着誊写好的密文想法破解，最终他们成功了。
破解方法，就叫做“ 频率分析法 ”。这种方法其实在9世纪的阿拉伯就出现了，只是到了16世纪才被欧洲数学家注意到。
下面咱们讲讲它的原理。很简单，英文中字母出现的频率，是不一样的。比如字母e是出现频率最高的，占12.7%；其次是t，9.1%；然后是a，o，i，n等，最少的是z，只占0.1%。
英语中字母频率统计
除了英语，其他语言也有详细统计。
玛丽和外界用密文往来很多，字符总量足够多，全部收集到一起，统计哪个符号出现的比例最高，那个字符大概就是字母e。
当然，有些字母出现的频率极为接近，比如h，r和s，分别是6.09%，5.98%和6.32%。但只要稍微留意字母前后的关联，就可以区分出来。比如：t几乎不可能出现在b，d，g，j，k，m，q这些字母的旁边，h和e经常连在一起，ee一起出现的频率远比aa一起出现高得多等等。
频率分析法的实质，就是大幅降低字母排列组合的可能性。
从前我们假设每个符文都可以是26个字母的任意一个，有多少个替代符号出现，就有26的多少次方种可能。但频率分析法把很多符号的可能性大大降低，有的降低为只有1种可能，有的降低为只有2-3种可能。
这样一来，即便第一步统计各种符号出现的频率时并不完全确定，但只要再根据拼写规律筛选一下，替代符号对应的真实字母就确定了。
在审讯的过程中，尽管玛丽始终没有承认谋反，但证人和密码学专家一起向公众展示了密文和原文，讲解了解密规则，最后玛丽一世还是被砍了头。
这是加密和解密在皇权斗争中最著名的一次应用，解密法大胜。
解密方法公布后，替代法就不再有效。起码对欧洲王室来说，决心要破解的话，一定可以破。
加密一方当然不甘落败，怎么办？
很快就出现了另一种叫做“ 同音替代法 ”的方法。
比如说字母a可以用11，23，41三个数字替代，这三个数字翻译过来都是a。越常用的字母，比如e，就用越多的符号代替它。这种想法的终极目标，就是让每个数字出现的频率都大致相等。频率特征没有了，密码就不容易破解了。
同音替代法
从上面这张同音替代法的表格中可以看到，最常使用的e，替代的字符最多。
不过这种方法的解密法马上也出现了，就是通过字母前后顺序关系来猜。
最典型的例子是，q后面出现的最大可能是u，而q又是一个不常用的字母，有很大概率猜出来。其他字母猜出来的难度大一些，但只要肯花时间，总能破解。
史上最有名的采用同音替代法的密码，是法国国王路易十三、十四时期的“大密码”（Grand Chiffre）。它使用了40多年后，随着拿破仑倒台突然失传。直到1890年才被完整破解，破解方法就是从单词拼读规律入手的。
这套加密法用了587种数字，来表示不同的发音。其中陷阱还很多，比如有些数字只代表字母，不代表发音；很多数字是干扰字符，它们没有意义；还有一些数字既不是发音也不是字符，而是代表删掉前一个字符。
大密码被破解后，很多200年前路易十四的宫廷秘闻才大白于天下。
其中有一段，是法国宫廷传奇“铁面人”的新发现。铁面人的故事在欧洲，就像咱们关心康熙晚年雍正是怎么即位的故事那样。无数小说都以这个为背景，大仲马和伏尔泰都写过。
故事说的是一个犯人从1669年被捕后，一直关押。而且负责关押他的监狱长不论工作怎么调动，总把这个犯人带上，一关就是34年。按说这么重的罪，就让他把牢底坐穿吧。不，给他吃的都是美味，穿的都是华服，还可以弹琴，有医生定期探望，甚至转移监狱时都是高级马车护送。什么都有，只是没自由。
有狱卒看到过这个人在远离其他犯人的地方散步，脸上总带着一个铁面具，没人知道他长什么样。
铁面人到底是谁，有N种猜测，在大密码告破之前，有猜是路易十四同父异母哥哥的，有猜是路易十四亲生父亲的，有猜是英国国王私生子、法国财务大臣、意大利外交官的。之所以有争议，是因为每个说法都有漏洞。
在大密码告破后，又多了一种解释，那就是当时路易十四手下的德布隆德将军（Vivien de Bulonde）。解密后，有一封信是战争部长写给路易十四的，提到立即抓捕德布隆德将军，晚上关进牢房看管，白天可以允许他带着面具在城垛上活动。
这个说法虽然后来也发现了漏洞，但因大密码破解而公布的文件和信件，让法国宫廷内部的历史变得更有据可查。
你想过为什么替代法会被破解吗？是宫廷天才对猜字游戏很擅长，还是双面间谍的勇敢机智？
这些因素当然都有。但最重要的观察视角是——那个年代的数学突飞猛进，终于诞生了“ 概率 ”这种新概念。
今天的人听到“某个字母在一篇文章里出现的概率”这样的表述，当然不会觉得难以理解。但400多年前的人虽然也知道，硬币扔出去，女王头像一面朝上的机率是一半，这样粗浅的概率知识。但他们大都不会用这个视角衡量感兴趣的对象。
其实直到现在，大多数人也没什么机会用这个视角去思考，唯一涉及切身利益的就是买彩票。
而当年概率论之所以诞生，正因为第一个研究概率论的那个数学家卡尔达诺（Girolamo Cardano）是个赌徒，他还是三次方程一般解法的发现者，也是最早使用复数概念的人。世界上第一本概率著作《论赌徒的游戏》，就是他写的。正是这本书写完5年后，玛丽女王被姑姑囚禁了起来。
数学的发展，有两个高峰。一次是公元前500年到公元前300年，那之后一直在下滑，大约在公元500年跌到谷底。另一次高峰是在这1000年之后，大约在玛丽女王时代，才超越古希腊巅峰时期的水平，而且这个高峰现在还没出现最高值。
随着数学水平的提高，不只是密码学，所有使用到数学的应用学科也会跟着变。很多在1500年之前只是旁门左道的事情，逐渐成为独立的行业，或者单独的学科分支。
创文链接：
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• 密码为什么要从俚语加密开始Why do passwords start with slang encryption
