密碼編碼和密碼分析：原理與方法

目      錄
譯者序
前言
第一部分   密碼編碼學(xué)
第1章   導(dǎo)論 5
1.1   密碼編碼學(xué)和隱寫(xiě)術(shù) 5
1.2   符號(hào)碼 5
1.3   公開(kāi)代碼：偽裝 8
1.4   暗示 11
1.5   公開(kāi)代碼：利用虛碼掩蔽 12
1.6   公開(kāi)代碼：采用柵格的隱藏 15
1.7   密碼編碼的方法的分類(lèi) 16
第2章   密碼編碼學(xué)的方法和目標(biāo) 18
2.1   密碼編碼學(xué)的本質(zhì) 18
2.1.1   加密與解密方法 18
2.1.2   加密與解密機(jī) 20
2.1.3   密碼技術(shù)與文學(xué) 20
2.1.4   密碼研究機(jī)構(gòu) 21
2.2   加密 22
2.2.1   詞匯表. 字符集 22
2.2.2   加密和解密 22
2.2.3   歸納定義 23
2.3   密碼體制 23
2.3.1   基本概念 23
2.3.2   加密和編碼 24
2.3.3   文本流 24
2.4   多音碼 25
2.4.1   多音碼 25
2.4.2   字間空格 26
2.5   字符集 26
2.5.1   明文字符集 26
2.5.2   技術(shù)字符集 27
2.5.3   同態(tài)的情形 28
2.6   密鑰 28
2.6.1   密鑰需要變化 28
2.6.2   分組 28
2.6.3   同構(gòu) 29
2.6.4   香農(nóng) 29
第3章   加密方法：簡(jiǎn)單代替 30
3.1   V(1)→W的情形 30
3.1.1   V→W：沒(méi)有多名碼和空字符的加密 30
3.1.2   V(1)→W：有多名碼和空字符的加密 31
3.2   特殊情況：V玍 31
3.2.1   自反置換 32
3.2.2   電路實(shí)現(xiàn) 33
3.2.3   單循環(huán)置換 33
3.2.4   混合密表 34
3.2.5   借助口令字構(gòu)造密表 35
3.2.6   記數(shù) 35
3.2.7   圓盤(pán)加密和滑尺加密 36
3.2.8   帶滑動(dòng)窗的循環(huán)字符 36
3.3   V(1)→Wm：多葉簡(jiǎn)單代替 36
3.3.1   m=2雙葉簡(jiǎn)單代替：V(1)→W2 36
3.3.2   m=3三葉簡(jiǎn)單代替：V(1)→W3 38
3.3.3   m=5五葉簡(jiǎn)單代替：V(1)→W5 38
3.3.4   m=8八葉簡(jiǎn)單代替：V(1)→W8 39
3.4   V(1)→W(m)的一般情況：夾叉式加密 39
3.4.1   約束條件 39
3.4.2   俄國(guó)的接合 41
第4章   加密方法：多字母代替和編碼 42
4.1   V2→W(m)的情形 42
4.1.1   字母 42
4.1.2   雙葉雙碼加密步V2玍2 42
4.1.3   三葉雙碼代替V2→W3 46
4.2   Playfair和Delastelle的特殊情況：
分層方法 47
4.2.1   Playfair密碼 47
4.2.2   修改后的PLAYFAIR 49
4.2.3   Delastelle密碼 49
4.3   V3→W(m)的情形 50
4.3.1   GioPPi 50
4.3.2   Henkels 50
4.4   V(n)→W(m)的一般情況：密本 51
4.4.1   詞匯手冊(cè) 52
4.4.2   兩部本密本 53
4.4.3   現(xiàn)代密本 55
4.4.4   電報(bào)代碼 56
4.4.5   商用密本 57
4.4.6   檢錯(cuò)和糾錯(cuò)編碼 58
4.4.7   短命的密本 58
4.4.8   戰(zhàn)壕密碼 58
第5章   加密方法：線性代替 60
5.1   自反線性代替 61
5.2   齊次線性代替 62
5.2.1   希爾 62
5.2.2   非齊次情況 62
5.2.3   計(jì)數(shù) 63
5.2.4   矩陣對(duì)的構(gòu)造 64
5.2.5   自反矩陣的構(gòu)造 65
5.3   二元線性代替 65
5.4   一般線性變換 65
5.5   線性代替的分解 66
5.6   十選一字母表 68
5.7   帶有十進(jìn)制和二進(jìn)制數(shù)的線性代替 69
5.7.1   N=10的情況 69
5.7.2   N=2的情況： 69
5.7.3   圖靈 70
第6章   加密方法：換位 71
6.1   最簡(jiǎn)單的方法 71
6.1.1   Crab 71
6.1.2   首字母互換 71
6.1.3   路徑抄寫(xiě) 72
6.1.4   格子變換 73
6.2   縱行換位 74
6.2.1   口令字 74
6.2.2   矩形方案 75
6.2.3   兩步法 75
6.2.4   Ubchi 76
6.2.5   置換的構(gòu)造 76
6.3   變位字 77
6.3.1   歷史 77
6.3.2   惟一性 78
第7章   多表加密：加密表族 80
7.1   迭代代替 80
7.1.1   同態(tài) 80
7.1.2   循環(huán)置換 81
7.2   移位和旋轉(zhuǎn)密表 81
7.2.1   移位加密表 81
7.2.2   旋轉(zhuǎn)加密表 82
7.2.3   伴隨加密表 82
7.2.4   加密表的數(shù)量 83
7.3   轉(zhuǎn)輪密碼機(jī) 83
7.3.1   背景 84
7.3.2   自反轉(zhuǎn)輪機(jī) 85
7.3.3   國(guó)防軍的方案 86
7.3.4   TYPEX 89
7.3.5   ENIGMA代替 89
7.4   移位標(biāo)準(zhǔn)加密表：維吉尼亞密表
和博福特密表 91
7.4.1   維吉尼亞加密步 91
7.4.2   EYRAUD 92
7.4.3   博福特加密步 92
7.4.4   逆向維吉尼亞加密步和
逆向博福特加密步 92
7.4.5   波他加密步 93
7.5   非相關(guān)加密表 93
7.5.1   置換 94
7.5.2   Gripenstierna 94
7.5.3   MULTIPLEX 95
7.5.4   拉丁方要求 98
第8章   多表加密：密鑰 101
8.1   早期使用周期密鑰的方法 101
8.1.1   艾伯蒂 101
8.1.2   特理特米烏斯 101
8.2   雙密鑰 103
8.2.1   波他 103
8.2.2   維吉尼亞 103
8.2.3   三重密鑰 103
8.3   弗納姆加密 103
8.3.1   逐比特加密 104
8.3.2   弗納姆 104
8.3.3   進(jìn)位問(wèn)題 104
8.4   準(zhǔn)非周期密鑰 105
8.4.1   繁瑣的多表加密 105
8.4.2   多表加密的安全性 105
8.4.3   漸進(jìn)加密 106
8.4.4  “規(guī)則”的轉(zhuǎn)輪運(yùn)動(dòng) 106
8.5   密鑰序列的產(chǎn)生機(jī)器—密鑰生成器 106
8.5.1   惠斯通 106
8.5.2   不規(guī)則的嘗試 106
8.5.3   由缺口和棘輪控制的輪運(yùn)動(dòng) 108
8.5.4   打字密碼機(jī) 109
8.5.5   赫本 110
8.5.6   亞德利 111
8.5.7   綠密. 紅密和紫密 112
8.6   線外形成密鑰序列 115
8.6.1   矩陣方冪 115
8.6.2   二元序列 115
8.7   非周期密鑰 116
8.7.1   錯(cuò)覺(jué) 116
8.7.2   自身密鑰 117
8.7.3   明文函數(shù) 119
8.7.4   流密碼 119
8.8   單個(gè)的一次性密鑰 120
8.8.1   弗納姆 120
8.8.2   無(wú)盡頭和無(wú)意義 120
8.8.3   壞習(xí)慣 120
8.8.4   不可破譯的加密 121
8.8.5   不可破譯密鑰序列的生成 121
8.8.6   實(shí)際使用 121
8.8.7   誤用 121
8.9   密鑰協(xié)商和密鑰管理 122
8.9.1   背景 122
8.9.2   密鑰協(xié)商 122
8.9.3   密鑰管理 124
第9章   方法類(lèi)的合成 125
9.1   群性質(zhì) 125
9.1.1   密鑰群 125
9.1.2   方法的合成 126
9.1.3   T52 126
9.1.4   SZ 126
9.2   復(fù)合加密 127
9.2.1   復(fù)合加密 127
9.2.2   復(fù)臺(tái)加密的需求 127
9.2.3   插接板 128
9.2.4   ADFGVX 128
9.2.5   ENIGMA復(fù)合加密 128
9.3   加密方法的相似性 128
9.4   香農(nóng)的“和面團(tuán)法” 128
9.4.1   混淆和擴(kuò)散 129
9.4.2   Heureka 130
9.4.3   香農(nóng) 133
9.4.4   分層方法 133
9.4.5   Polybios 133
9.4.6   Koehl 133
9.4.7   其他方法 134
9.5   數(shù)學(xué)運(yùn)算產(chǎn)生的混淆和擴(kuò)散 134
9.5.1   剩余運(yùn)算 134
9.5.2   方冪 135
9.5.3   雙向通信 137
9.5.4   普利尼·厄爾·蔡斯 137
9.6   DES和IDEA 137
9.6.1   DES算法 137
9.6.2   雪崩效應(yīng) 140
9.6.3   DES的操作模式 141
9.6.4   DES的安全性 141
9.6.5   DES的繼承者 142
9.6.6   密碼系統(tǒng)和芯片 143
第10章   公開(kāi)加密密鑰體制 145
10.1   對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)的加密方法 145
10.1.1   對(duì)稱(chēng)方法 145
10.1.2   非對(duì)稱(chēng)方法 146
10.1.3   加密和簽名方法 146
10.2   單向函數(shù) 147
10.2.1   嚴(yán)格單向函數(shù) 147
10.2.2   陷門(mén)單向函數(shù) 148
10.2.3   效率界限 148
10.2.4   已知單向函數(shù)的例子 149
10.3   RSA方法 152
10.4   對(duì)RSA的密碼分析攻擊 153
10.4.1   qi的分解攻擊 153
10.4.2   迭代攻擊 154
10.4.3   ei較小時(shí)的攻擊 156
10.4.4   風(fēng)險(xiǎn) 156
10.4.5   缺陷 157
10.5   保密與認(rèn)證 157
10.6   公鑰體制的安全性 158
第11章   加密安全性 159
11.1   密碼錯(cuò)誤 159
11.1.1   加密錯(cuò)誤 159
11.1.2   技術(shù)錯(cuò)誤 159
11.1.3   可能字攻擊 160
11.1.4   填充 161
11.1.5   壓縮 162
11.1.6   人為錯(cuò)誤 162
11.1.7   使用容易記憶的口令和密鑰 162
11.1.8   密鑰的規(guī)律性 163
11.1.9   冒名頂替 163
11.1.10   通過(guò)非法手段獲得密碼資料 163
11.1.11   通過(guò)戰(zhàn)爭(zhēng)獲得密碼資料 163
11.1.12   細(xì)節(jié)泄露 164
11.2   密碼學(xué)的格言 164
11.2.1   格言1 165
11.2.2   格言2 166
11.2.3   格言3 166
11.2.4   格言4 167
11.2.5   格言5 167
11.3   香農(nóng)的標(biāo)準(zhǔn) 168
11.4   密碼學(xué)和人權(quán) 169
11.4.1   問(wèn)題 169
11.4.2   解決方案 170
11.4.3   托管加密標(biāo)準(zhǔn) 170
11.4.4   NSA 171
11.4.5   國(guó)家權(quán)力 171
11.4.6   出口政策 171
第二部分   密 碼 分 析
第12章   窮盡法的組合復(fù)雜度 175
12.1   單表簡(jiǎn)單加密 175
12.1.1   通常的簡(jiǎn)單代替
（12.2.1中n=1的特例） 175
12.1.2   十選一采樣字母表 176
12.1.3   CAESAR加法（12·2·3中n=1
的情況） 176
12.2   單表多字母加密 176
12.2.1   一般的多字母代替 177
12.2.2   多字母齊次線性代替 177
12.2.3   多字母變換 177
12.2.4   換位 178
12.2.5   單表代替總結(jié) 178
12.3   多表加密 179
12.3.1   d個(gè)字母表的PERMUTE加密 179
12.3.2   d張表的MULTIPLEX加密 179
12.3.3   d張表的艾伯蒂加密 179
12.3.4   d張表的維吉尼亞或博福特加密 179
12.3.5   多表加密總結(jié) 179
12.4   組合復(fù)雜度注記 180
12.4.1   杰斐遜和巴澤里埃斯的圓柱加密 180
12.4.2   雙重?fù)Q位 181
12.4.3   維吉尼亞加密 181
12.5   窮盡密碼分析 181
12.6   惟一解距離 183
12.7   窮盡攻擊的實(shí)現(xiàn) 184
12.8   機(jī)械化窮盡 185
12.8.1   代替的窮盡 185
12.8.2   換位的窮盡 187
12.8.3   蠻力與不變性 187
第13章   語(yǔ)言分析：模式 188
13.1   重碼模式的不變性 188
13.2   加密方法的排除 190
13.3   模式查找 190
13.3.1   例子 190
13.3.2   Aristocrats 191
13.3.3   字母脫漏 192
13.4   多字母模式查找 193
13.5   可能字方法 194
13.5.1   對(duì)照表 194
13.5.2   Murphy和J奼er 194
13.5.3   F焗rerbefehl 194
13.5.4   代替選取的不變性 198
13.6   模式詞例的自動(dòng)化窮盡 198
13.6.1   單詞列表 198
13.6.2   模式查找 199
13.6.3   模式連接 199
13.6.4   搜索空間的減小 200
13.7   Pangrams 200
第14章   多表情形：可能字 202
14.1   可能字位置的非重合窮盡 202
14.2   可能字位置的二元非重合窮盡 204
14.3   德維亞里攻擊 206
14.3.1   部分解密 206
14.3.2   完整解密 207
14.3.3   字母組合 209
14.3.4   德維亞里和吉維埃格 210
14.3.5   歷史 211
14.4   可能字位置的Z字形窮盡 212
14.5   同構(gòu)方法 213
14.5.1   Knox和Candela 213
14.5.2   條形方法 214
14.5.3   部分考查 214
14.5.4   可插接反射器 217
14.5.5   對(duì)策 217
14.6   隱藏明文—密文泄露 217
第15章   語(yǔ)言分析：頻率 219
15.1   加密方法的排除 219
15.2   模式的不變性 220
15.3   直覺(jué)方法：頻率輪廓 220
15.4   頻率排序 222
15.4.1   頻率排序的缺陷 223
15.4.2   頻率計(jì)數(shù) 224
15.5   小集團(tuán)和模式匹配 225
15.5.1   波動(dòng) 225
15.5.2   小集團(tuán) 228
15.5.3   例子 228
15.5.4   經(jīng)驗(yàn)頻率 229
15.6   最優(yōu)匹配 230
15.6.1   平方距離 230
15.6.2   最優(yōu)化 230
15.7   多字母頻率 231
15.7.1   頻率表 231
15.7.2   單詞頻率 233
15.7.3   位置 235
15.7.4   單詞長(zhǎng)度 235
15.7.5   單詞的格式 235
15.7.6   空格 236
15.8   頻率匹配的結(jié)合方法 236
15.8.1   例之一 236
15.8.2   例之二 238
15.8.3   最后結(jié)果 240
15.8.4   匹配一個(gè)尾部 241
15.8.5   一個(gè)不同的方法 241
15.9   多字母代替的頻率匹配 242
15.9.1   可約情況 242
15.9.2   利用隱含的對(duì)稱(chēng)性 242
15.10   各式各樣的其他方法 243
15.10.1   一個(gè)著名的密碼 243
15.10.2   注記 244
15.11   再談惟一解距離 244
第16章   Kappa和Chi 246
16.1   Kappa的定義和不變性 246
16.1.1   常用語(yǔ)言的Kappa值 247
16.1.2   兩個(gè)結(jié)論 247
16.1.3   Kappa的期望值 248
16.2   Chi的定義和不變性 248
16.2.1   一般結(jié)果 249
16.2.2   特殊情形 249
16.2.3   兩個(gè)結(jié)論 249
16.2.4   Chi的期望值 250
16.3   Kappa-Chi定理 250
16.4   Kappa-Phi定理 251
16.4.1   Kappa-Phi定理 251
16.4.2   Phi(T)與Psi(T)的區(qū)別 252
16.4.3   兩個(gè)結(jié)論 252
16.4.4   Phi的期望值 253
16.5   字符頻率的對(duì)稱(chēng)函數(shù) 253
第17章   周期性檢驗(yàn) 255
17.1   弗里德曼的Kappa試驗(yàn) 256
17.2   多字母的Kappa試驗(yàn) 258
17.3   用機(jī)器進(jìn)行的密碼分析 259
17.3.1   穿孔卡的使用 259
17.3.2   鋸木架 260
17.3.3   Robinson方法 261
17.3.4   比較器 262
17.3.5   快速分析機(jī)RAM 262
17.4   卡西斯基試驗(yàn) 263
17.4.1   早期的方法 263
17.4.2   巴貝奇對(duì)破解密碼的貢獻(xiàn) 264
17.4.3   例子 264
17.4.4   機(jī)器 266
17.5   建立深度和庫(kù)爾巴克的Phi試驗(yàn) 267
17.5.1   列的形成 267
17.5.2   Phi試驗(yàn)憂于Kappa試驗(yàn) 268
17.5.3   例子 268
17.6   周期長(zhǎng)度的估計(jì) 270
第18章   伴隨加密表的校準(zhǔn) 272
18.1   輪廓匹配 272
18.1.1   使用深度 272
18.1.2   繪制輪廓圖 274
18.2   根據(jù)已知加密表校準(zhǔn) 275
18.2.1   利用Chi 275
18.2.2   條形方法 276
18.2.3   額外的幫助 276
18.2.4   滑尺方法 278
18.2.5   方法總結(jié) 278
18.3   Chi試驗(yàn)：伴隨字母表的互相校準(zhǔn) 278
18.3.1   例子 279
18.3.2   獲得中間密文 279
18.3.3   一個(gè)附帶結(jié)果 282
18.4   原始加密表的恢復(fù) 282
18.5   克爾克霍夫斯的位置對(duì)稱(chēng)性 284
18.5.1   例子 284
18.5.2   Volap焝 287
18.5.3   令人吃驚的例子 287
18.6   剝離復(fù)合加密：求差方法 289
18.6.1   剝離 289
18.6.2   位置的對(duì)稱(chēng)性 289
18.6.3   使用機(jī)器 290
18.7   密本的破解 291
18.8   口令字的恢復(fù) 291
18.8.1   弗里德曼 291
18.8.2   再論弗里德曼 292
第19章   泄露 293
19.1   克爾克霍夫斯的重疊法 293
19.1.1   例子 293
19.1.2   位置對(duì)稱(chēng)性 294
19.2   用密鑰群加密情況下的重疊法 294
19.2.1   純加密 295
19.2.2   差 296
19.2.3   循環(huán)密鑰群 296
19.2.4   其他密鑰群 299
19.2.5   特殊情況C52- 299
19.2.6   Tunny 301
19.2.7   Sturgeon 306
19.3   復(fù)合加密代碼的同相重疊法 307
19.3.1   指標(biāo)的使用 307
19.3.2   孔策 309
19.4   密文-密文泄露 310
19.4.1   密鑰的密文-密文泄露 310
19.4.2   化簡(jiǎn)為明文-明文的泄露 311
19.5   辛科夫方法 314
19.5.1   密鑰的直積 314
19.5.2   中間加密 316
19.5.3   還原 318
19.6   密文-密文泄露：雙倍法 319
19.6.1   法國(guó) 320
19.6.2   波蘭I 321
19.6.3   波蘭II 324
19.6.4   英國(guó) 327
19.7   明文-密文泄露：反饋循環(huán) 330
19.7.1   圖靈BOMBE 331
19.7.2   Turing-Welchman BOMBE 334
19.7.3   更多的BOMBE 335
19.7.4   計(jì)算機(jī)的出現(xiàn) 337
第20章   線性分析 339
20.1   線性多碼代替的化簡(jiǎn) 339
20.1.1   例子 339
20.1.2   一個(gè)缺憾 340
20.2   密鑰還原 340
20.3   線性移位寄存器的還原 341
第21章   猜字法 344
21.1   換位 344
21.1.1   例子 344
21.1.2   移位的列 346
21.1.3   說(shuō)明 346
21.1.4   代碼組模式 346
21.1.5   虛幻的復(fù)雜 346
21.2   雙重縱行換位 347
21.3   復(fù)合猜字法 347
21.3.1   例子 347
21.3.2   實(shí)際應(yīng)用 348
21.3.3   Hassard. Grosvenor. Holden 348
第22章   總結(jié) 350
22.1   成功的破譯 350
22.1.1   海軍偵察破譯處和外交部
密碼服務(wù)處 351
22.1.2   日本的密碼分析機(jī)構(gòu) 353
22.1.3   前蘇聯(lián)陸軍總情報(bào)局 354
22.2   非授權(quán)解密者的操作方式 354
22.2.1   魅力與不幸 354
22.2.2   個(gè)性 355
22.2.3   策略 355
22.2.4   隱藏的危險(xiǎn) 356
22.2.5   解密的層次 356
22.2.6   暴力 357
22.2.7   預(yù)防 357
22.3   虛假的安全 357
22.4   密碼學(xué)的重要性 358
22.4.1   顧慮 358
22.4.2   新思想 359
22.4.3   破解秘密的實(shí)質(zhì) 359
附錄A   公理化信息論 361