密码编码学与网络安全第四版答案翻译.docx

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密码编码学与网络安全第四版答案翻译

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密码编码学与网络安全第四版答案翻译

第二章

什么是对称密码的本质成分？

Plaintext,encryptionalgorithm,secretkey,ciphertext,decryptionalgorithm.

明文加密算法密钥密文解密算法

密码算法中两个基本函数式什么？

Permutationandsubstitution.

代换和置换P20

用密码进行通信的两个人需要多少密钥？

对称密码只需要一把，非对称密码要两把P20

分组密码和流密码的区别是什么？

Astreamcipherisonethatencryptsadigitaldatastreamonebitoronebyteatatime.Ablockcipherisoneinwhichablockofplaintextistreatedasawholeandusedtoproduceaciphertextblockofequallength.

分组密码每次输入的一组元素，相应地输出一组元素。

流密码则是连续地处理输入元素，每次输出一个元素。

P20

攻击密码的两种一般方法是什么？

Cryptanalysisandbruteforce.

密码分析和暴力破解

列出并简要定力基于攻击者所知道信息的密码分析攻击类型。

Ciphertextonly.Onepossibleattackunderthesecircumstancesisthebrute-forceapproachoftryingallpossiblekeys.Ifthekeyspaceisverylarge,thisbecomesimpractical.Thus,theopponentmustrelyonananalysisoftheciphertextitself,generallyapplyingvariousstatisticalteststoit.

Knownanalystmaybeabletocaptureoneormoreplaintextmessagesaswellastheirencryptions.Withthisknowledge,theanalystmaybeabletodeducethekeyonthebasisofthewayinwhichtheknownplaintextistransformed.

Chosenplaintext.Iftheanalystisabletochoosethemessagestoencrypt,theanalystmaydeliberatelypickpatternsthatcanbeexpectedtorevealthestructureofthekey.

惟密文

已知明文

选择明文

无条件安全密码和计算上安全密码的区别是什么？

Anencryptionschemeisunconditionallysecureiftheciphertextgeneratedbytheschemedoesnotcontainenoughinformationtodetermineuniquelythecorrespondingplaintext,nomatterhowmuchciphertextisavailable.Anencryptionschemeissaidtobecomputationallysecureif:

（1）thecostofbreakingthecipherexceedsthevalueoftheencryptedinformation,and

（2）thetimerequiredtobreakthecipherexceedstheusefullifetimeoftheinformation.

书本P21

简要定义Caesar密码

TheCaesarcipherinvolvesreplacingeachletterofthealphabetwiththeletterstandingkplacesfurtherdownthealphabet,forkintherange1through25.

书本P22

简要定义单表代换密码

Amonoalphabeticsubstitutionciphermapsaplaintextalphabettoaciphertextalphabet,sothateachletteroftheplaintextalphabetmapstoasingleuniqueletteroftheciphertextalphabet.

书本P23

简要定义Playfair密码

ThePlayfairalgorithmisbasedontheuseofa55matrixoflettersconstructedusingakeyword.Plaintextisencryptedtwolettersatatimeusingthismatrix.

书本P26

单表代换密码和夺标代换密码的区别是什么？

Apolyalphabeticsubstitutioncipherusesaseparatemonoalphabeticsubstitutioncipherforeachsuccessiveletterofplaintext,dependingonakey.

书本P30

一次一密的两个问题是什么？

1.Thereisthepracticalproblemofmakinglargequantitiesofrandomkeys.Anyheavilyusedsystemmightrequiremillionsofrandomcharactersonaregularbasis.Supplyingtrulyrandomcharactersinthisvolumeisasignificanttask.

2.Evenmoredauntingistheproblemofkeydistributionandprotection.Foreverymessagetobesent,akeyofequallengthisneededbybothsenderandreceiver.Thus,amammothkeydistributionproblemexists.

书本P33

什么是置换密码？

Atranspositioncipherinvolvesapermutationoftheplaintextletters.

书本P33

什么是隐写术？

Steganographyinvolvesconcealingtheexistenceofamessage.

书本P36

a.对b的取值是否有限制？

解释原因。

没有限制，b只会使得明文加密后的密文字母统一左移或右移，因此如果是单射的，b改变后依然是单射。

注：

答案解答得很坑爹，答了等于没答。

现解答如下:

b.判定a不能取哪些值。

2,4,6,8,10,12,13,14,16,18,20,22,24.当a大于25时，a也不能是使得amod26为这些数的值。

c.分析a可以取那些值，不可以取那些值。

并给出理由。

a与26必须没有大于1的公因子。

也就是说a与26互素，或者最大公约数为1.为了说明为什么是这样，先注意到要使E（a,p）=E（a,q）（0≤p≤q<26）成立当且仅当26整除a（p–q）.

1.假如a与26互素.则26不能整除a（p–q）.这是因为不能减小a/26的这部分而且（p–q）小于26.2.假如a和26有公因子k>1.则当q=p+m/k≠p时，p–q=-m/k，显然26能整除a（p–q），从而E（a,p）=E（a,q）.

有多少种仿射Caesar密码？

a有12种可能的值（2,4,6,8,10,12,13,14,16,18,20,22,24），b有26种可能的值（0到25），因此总共有1226=312种仿射Caesar密码。

用仿射Caesar密码加密得到一份密文。

频率最高的字母为B，次高的字母为U，请破译该密码。

假设明文中频率最高的字母为e，次高的字母为t。

注意e=4（e排在第4，a排在第0，没有第26），B=1，t=19，U=20；因此可以得到：

1=（4a+b）mod26

20=（19a+b）mod26

下式减上式可得19=15amod26，通过反复的错误实验，可得a=3

然后代入第一条式子可得1=（12+b）mod26，然后得出b=15

AgoodglassintheBishop'shostelintheDevil'sseat—twenty-onedegreesandthirteenminutes—northeastandbynorth—mainbranchseventhlimbeastside—shootfromthelefteyeofthedeath'shead—abeelinefromthetreethroughtheshotfiftyfeetout.（fromTheGoldBug,byEdgarAllanPoe）

a.第一个字母t对应A，第二个字母h对应B，e对应C，s对应D，依此类推。

随后在句子中重复出现的字母则忽略。

结果是

密文:

SIDKHKDMAFHCRKIABIESHIMCKDLFEAILA

明文:

basilisktoleviathanblakeiscontact

b.这是一个单表密码，因此容易被破译

c.最后一句可能不会包含字母表中的所有字母。

如果用第一句的话，随后的句子可以继续填补第一句字母的不全。

Thecipherreferstothewordsinthepageofabook.Thefirstentry,534,referstopage534.Thesecondentry,C2,referstocolumntwo.Theremainingnumbersarewordsinthatcolumn.ThenamesDOUGLASandBIRLSTONEaresimplywordsthatdonotappearonthatpage.Elementary!

（fromTheValleyofFear,bySirArthurConanDoyle）

密文其实指的是一本书中某一页的单词。

第一项，534是指第534页。

第二项，C2是指第二列。

剩余的数字是这一列中的单词。

名字DOUGLAS和BIRLSTONE显然是那一页没有出现的单词。

太基本了！

（fromTheValleyofFear,bySirArthurConanDoyle）

a.加密方法是，先把字母从左到右，从上到下填入矩阵中。

然后按第一个密钥的编号，先把编号为1的那一列作为下一个矩阵的第一行，随后的编号按上面的方法填入对应的行。

最后按第二个密钥的编号一列一列地写出来。

2

8

10

7

9

6

3

1

4

5

C

R

Y

P

T

O

G

A

H

I

B

E

A

T

T

H

E

T

H

I

R

D

P

I

L

L

A

R

F

R

O

M

T

H

E

L

E

F

T

O

U

T

S

I

D

E

T

H

E

L

Y

C

E

U

M

T

H

E

A

T

R

E

T

O

N

I

G

H

T

A

T

S

E

V

E

N

I

F

Y

O

U

A

R

E

D

I

S

T

R

U

S

T

F

U

L

B

R

I

N

G

T

W

O

F

R

I

E

N

D

S

4

2

8

10

5

6

3

7

1

9

N

E

T

W

O

R

K

S

C

U

T

R

F

H

E

H

F

T

I

N

B

R

O

U

Y

R

T

U

S

T

E

A

E

T

H

G

I

S

R

E

H

F

T

E

A

T

Y

R

N

D

I

R

O

L

T

A

O

U

G

S

H

L

L

E

T

I

N

I

B

I

T

I

H

I

U

O

V

E

U

F

E

D

M

T

C

E

S

A

T

W

T

L

E

D

M

N

E

D

L

R

A

P

T

S

E

T

E

R

F

O

ISRNGBUTLFRRAFRLIDLPFTIYONVSEETBEHIHTETA

EYHATTUCMEHRGTAIOENTTUSRUIEADRFOETOLHMET

NTEDSIFWROHUTELEITDS

b.解密当然是把矩阵倒转顺序来用，先用第二个矩阵。

首先，根据第二个密钥的编码，把密文按编码的顺序填入列中。

然后，再用第一个密钥，从左到右，从上到下地读第二个矩阵，按照第一个密钥的编码顺序，把第一行的字母填入编码为1的列中，随后的行依此类推。

最后，第一个矩阵从左到右从上到下读就是明文了。

c.虽然这是一个弱的加密方法，但是当加密的内容是实时信息，或者企图窃听者没有快速得到好的密码分析方法（例如，战略使用），也是可以使用的。

加上它除了纸和笔外不需要跟多的工具，而且非常容易记住。

SPUTNIK

PTBOATONEOWENINELOSTINACTIONINBLACKETTSTRAITTWOMILESSWMERESUCOVEXCREWOFTWELVEXREQUESTANYINFORMATION

a.

L

A

R

G

E

S

T

B

C

D

F

H

I/J

K

M

N

O

P

Q

U

V

W

X

Y

Z

b.

O

C

U

R

E

N

A

B

D

F

G

H

I/J

K

L

M

P

Q

S

T

V

W

X

Y

Z

a.UZTBDLGZPNNWLGTGTUEROVLDBDUHFPERHWQSRZ

b.UZTBDLGZPNNWLGTGTUEROVLDBDUHFPERHWQSRZ

c.轮换对称的行或者列会导致等价的结果。

在这一例子中，通过一步的列轮换和三步的行轮换，此问题的a部分的矩阵可以从问题的矩阵得到。

a.25!

284

b.对于给定的任意5x5配置的矩阵，对于每一行，都有四个轮换变换（循环右移一格、两格、三格、四格）是等价的，总共就有五个是一样的。

这五行之中，各自每一行也有这样的等价关系。

所以每个配置就代表着25个等价的配置。

因此，总共的密钥数量应为25!

/25=24!

一个混合的Ceasar密码。

移位的数量由密钥决定，密钥决定矩阵中字母的代换。

a.Difficultiesarethingsthatshowwhatmenare.

b.Irrationallyheldtruthsmaybemoreharmfulthanreasonederrors.

a.

我们需要偶数个字母，因此在最后添加一个”q”。

然后按照字母表的位置变换字母。

M

e

e

t

m

e

a

t

t

h

e

u

s

u

a

l

13

5

5

20

13

5

1

20

20

8

5

21

19

21

1

12

P

l

a

c

e

a

t

t

e

n

r

a

t

h

e

r

16

12

1

3

5

1

20

20

5

14

18

1

20

8

5

18

T

h

a

n

e

i

g

h

t

o

c

l

o

c

k

q

20

8

1

14

5

9

7

8

20

15

3

12

15

3

11

17

必须一次对两个字母进行计算，第一对是

密文的头两个字符是字母表的第7和22个位置，对应GV

完整的密文：

GVUIGVKODZYPUHEKJHUZWFZFWSJSDZMUDZMYCJQMFWWUQRKR

b.

我们首先求矩阵的逆。

注意到加密矩阵的模是（97）–（45）=43.使用书中求逆矩阵的公式：

这里我们利用了等式（43）–1=23mod26。

一旦逆矩阵确定，解密就能够顺利执行了。

来源:

[LEWA00].

考虑矩阵K，由元素kij表示，矩阵Kj是矩阵K的第j列。

and

通过选择下列n组明文就能暴露出K矩阵的每一列:

（B,A,A,…,A,A）K1

（A,B,A,…,A,A）K2

?

（A,A,A,…,A,B）Kn

注意，A代表0，B代表1

a.7134

b.7134

c.134

d.10134

e.24132

f.24（132–1）13

g.37648

h.23530

i.157248

密钥:

legleglegle

明文:

explanation

密文:

PBVWETLXOZR

a.

s

e

n

d

m

o

r

e

m

o

n

e

y

18

4

13

3

12

14

17

4

12

14

13

4

24

9

0

1

7

23

15

21

14

11

11

2

8

9

1

4

14

10

9

3

12

18

23

25

15

12

7

B

E

C

K

J

D

M

S

X

Z

P

M

H

b.

c

a

s

h

n

o

t

n

e

e

d

e

d

2

0

18

7

13

14

19

13

4

4

3

4

3

25

4

22

3

22

15

19

5

19

21

12

8

4

1

4

14

10

9

3

12

18

23

25

15

12

7

B

E

C

K

J

D

M

S

X

Z

P

M

H

yourpackagereadyFriday21stroomthreePleasedestroythisimmediately.

a.把信息填入8列的矩阵总，每个整数告诉你应选择各行的第几个字母。

结果:

Hesittethbetweenthecherubims.Theislesmaybegladthereof.Astheriversinthesouth.

b.挺安全的，每一行是1/8的概率。

因此如果密文长度是8的倍数，那么明文也可能是8的倍数。

c.不是很安全，LordPeter就破解了它。

（出自TheNineTailors）