2015-02-11 09:56:57

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密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。研究密码变化的客观规律,应用于编制密码以保守通信秘密的,称为编码学;应用于破译密码以获取通信情报的,称为破译学,总称密码学。

基本信息

  • 中文名

    密码学

  • 外文名

    cryptology

  • 作用

    研究编制密码和破译密码

  • 类别

    科学技术

  • 提出者

    摩尔斯

  • 应用学科

    通信、计算机录

折叠 编辑本段 基本简介

密码学密码学密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。研究密码变化的客观规律,应用于编制密码以保守通信秘密的,称为编码学;应用于破译密码以获取通信情报的,称为破译学。总称密码学。

密码学(在西欧语文中,源于希腊语kryptós“隐藏的”,和gráphein“书写”)是研究如何隐密地传递信息的学科。在现代特别指对信息以及其传输的数学性研究,常被认为是数学和计算机科学的分支,和信息论也密切相关。著名的密码学者Ron Rivest解释道:“密码学是关于如何在敌人存在的环境中通讯”,自工程学的角度,这相当于密码学与纯数学的异同。密码学是信息安全等相关议题,如认证、访问控制的核心。密码学的首要目的是隐藏信息的涵义,并不是隐藏信息的存在。密码学也促进了计算机科学,特别是在于电脑与网络安全所使用的技术,如访问控制与信息的机密性。密码学已被应用在日常生活:包括自动柜员机的芯片卡、电脑使用者存取密码、电子商务等等。

密码是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。依照这些法则,变明文为密文,称为加密变换;变密文为明文,称为脱密变换。密码在早期仅对文字或数码进行加、脱密变换,随着通信技术的发展,对语音、图像、数据等都可实施加、脱密变换。

折叠 编辑本段 发展历史

密码学是在编码与破译的斗争实践中逐步发展起来的,并随着先进科学技术的应用,已成为一门综合性的尖端技术科学。它与语言学、数学、电子学、声学、信息论、计算机科学等有着广泛而密切的联系。它的现实研究成果,特别是各国政府现用的密码编制及破译手段都具有高度的机密性。

密码学进行明密变换的法则,称为密码的体制。指示这种变换的参数,称为密钥。它们是密码编制的重要组成部分。密码体制的基本类型可以分为四种:错乱--按照规定的图形和线路,改变明文字母或数码等的位置成为密文;代替--用一个或多个代替表将明文字母或数码等代替为密文;密本--用预先编定的字母或数字密码组,代替一定的词组单词等变明文为密文;加乱--用有限元素组成的一串序列作为乱数,按规定的算法,同明文序列相结合变成密文。以上四种密码体制,既可单独使用,也可混合使用 ,以编制出各种复杂度很高的实用密码。

20世纪70年代以来,一些学者提出了公开密钥体制,即运用单向函数的数学原理,以实现加、脱密密钥的分离。加密密钥是公开的,脱密密钥是保密的。这种新的密码体制,引起了密码学界的广泛注意和探讨。

利用文字和密码的规律,在一定条件下,采取各种技术手段,通过对截取密文的分析,以求得明文,还原密码编制,即破译密码。破译不同强度的密码,对条件的要求也不相同,甚至很不相同。

只需重排密码表二十六个字母的顺序,允许密码表是明码表的任意一种重排,密钥就会增加到四千亿亿亿多种,我们就有超过 4×10^27 种密码表。破解就变得很困难。

公元9世纪,阿拉伯的密码学家阿尔·金迪(al' Kindi 也被称为伊沙克(Ishaq),(801?~873年),同时还是天文学家、哲学家、化学家和音乐理论家)提出解密的频度分析方法,通过分析计算密文字符出现的频率破译密码。

公元16世纪中期,意大利的数学家卡尔达诺(GCardano15011576)发明了卡尔达诺漏格板,覆盖在密文上,可从漏格中读出明文,这是较早的一种分置式密码。

公元16世纪晚期,英国的菲利普斯(Philips)利用频度分析法成功破解苏格兰女王玛丽的密码信,信中策划暗杀英国女王伊丽莎白,这次解密将玛丽送上了断头台。几乎在同一时期,法国外交官维热纳尔(或译为维琼内尔) Blaisede Vigenere(1523-1596)提出著名的维热纳尔方阵密表和维热纳尔密码(Vigenerecypher),这是一种多表加密的替代密码,可使阿尔—金迪和菲利普斯的频度分析法失效。

公元1863,普鲁士少校卡西斯基(Kasiski)首次从关键词的长度着手将它破解。英国的巴贝奇Charles Babbage)通过仔细分析编码字母的结构也将维热纳尔密码破解。

公元20世纪初,第一次世界大战进行到关键时刻,英国破译密码的专门机构“40号房间利用缴获的德国密码本破译了著名的齐麦曼电报,促使美国放弃中立参战,改变了战争进程。大战快结束时,准确地说是1918年,美国数学家吉尔伯特·维那姆发明一次性便笺密码,它是一种理论上绝对无法破译的加密系统,被誉为密码编码学的圣杯。但产生和分发大量随机密钥的困难使它的实际应用受到很大限制,从另一方面来说安全性也更加无法保证。

第二次世界大战中,在破译德国著名的恩格玛(Enigma)”密码机密码过程中,原本是以语言学家和人文学者为主的解码团队中加入了数学家和科学家。电脑之父亚伦·图灵(Alan Mathison Turing)就是在这个时候加入了解码队伍,发明了一套更高明的解码方法。同时,这支优秀的队伍设计了人类的第一部电脑来协助破解工作。显然,越来越普及的计算机也是军工转民用产品。美国人破译了被称为紫密的日本九七式密码机密码。靠前者,德国的许多重大军事行动对盟军都不成为秘密;靠后者,美军炸死了偷袭珍珠港的元凶日本舰队总司令山本五十六。

同样在二次世界大战中,印第安纳瓦约土著语言被美军用作密码,从吴宇森导演的《风语者》Windtalkers中能窥其一二。所谓风语者,是指美国二战时候特别征摹使用的印第安纳瓦约(Navajo)通信兵。在二次世界大战日美的太平洋战场上,美国海军军部让北墨西哥和亚历桑那印第安纳瓦约族人使用约瓦纳语进行情报传递。纳瓦约语的语法、音调及词汇都极为独特,不为世人所知道,当时纳瓦约族以外的美国人中,能听懂这种语言的也就一二十人。这是密码学和语言学的成功结合,纳瓦约语密码成为历史上从未被破译的密码。

1975年1月15日,对计算机系统和网络进行加密的DES(DataEncryption Standard数据加密标准)由美国国家标准局颁布为国家标准,这是密码术历史上一个具有里程碑意义的事件。1976年,当时在美国斯坦福大学的迪菲(Diffie)和赫尔曼(Hellman)两人提出了公开密钥密码的新思想(论文"NewDirection in Cryptography"),把密钥分为加密的公钥和解密的私钥,这是密码学的一场革命。

1977年,美国的里维斯特(Ronald Rivest)、沙米尔(Adi Shamir)和阿德勒曼(Len Adleman)提出第一个较完善的公钥密码体制——RSA体制,这是一种建立在大数因子分解基础上的算法。

1985年,英国牛津大学物理学家戴维·多伊奇(David Deutsch)提出量子计算机的初步设想,这种计算机一旦造出来,可在30秒钟内完成传统计算机要花上100亿年才能完成的大数因子分解,从而破解RSA运用这个大数产生公钥来加密的信息。

同一年,美国的贝内特(Bennet)根据他关于量子密码术的协议,在实验室第一次实现了量子密码加密信息的通信。尽管通信距离只有30厘米,但它证明了量子密码术的实用性。与一次性便笺密码结合,同样利用量子的神奇物理特性,可产生连量子计算机也无法破译的绝对安全的密码。

2003位于日内瓦的id Quantique公司和位于纽约的MagiQ技术公司,推出了传送量子密钥的距离超越了贝内特实验中30厘米的商业产品。日本电气公司在创纪录的150公里传送距离的演示后,最早将在明年向市场推出产品。IBM、富士通和东芝等企业也在积极进行研发。目前,市面上的产品能够将密钥通过光纤传送几十公里。美国的国家安全局和美联储都在考虑购买这种产品。

​MagiQ公司的一套系统价格在7万美元到10万美元之间。

折叠 编辑本段 专业术语

密钥:分为加密密钥和解密密钥。

明文:没有进行加密,能够直接代表原文含义的信息。

密文:经过加密处理处理之后,隐藏原文含义的信息。

加密:将明文转换成密文的实施过程。

解密:将密文转换成明文的实施过程。

密码算法:密码系统采用的加密方法和解密方法,随着基于数学密码技术的发展,加密方法一般称为加密算法,解密方法一般称为解密算法。

直到现代以前,密码学几乎专指加密(encryption)算法:将普通信息(明文,plaintext)转换成难以理解的资料(密文,ciphertext)的过程;解密(decryption)算法则是其相反的过程:由密文转换回明文;加解密包含了这两种算法,一般加密即同时指称加密(encrypt或encipher)与解密(decrypt或decipher)的技术。

加解密的具体运作由两部分决定:一个是算法,另一个是密钥。密钥是一个用于加解密算法的秘密参数,通常只有通讯者拥有。历史上,密钥通常未经认证或完整性测试而被直接使用在密码机上。

密码协议(cryptographic protocol)是使用密码技术的通信协议(communication protocol)。近代密码学者多认为除了传统上的加解密算法,密码协议也一样重要,两者为密码学研究的两大课题。在英文中,cryptography和cryptology都可代表密码学,前者又称密码术。但更严谨地说,前者(cryptography)指密码技术的使用,而后者(cryptology)指研究密码的学科,包含密码术与密码分析。密码分析(cryptanalysis)是研究如何破解密码学的学科。但在实际使用中,通常都称密码学(英文通常称cryptography),而不具体区分其含义。

口语上,编码(code)常意指加密或隐藏信息的各种方法。然而,在密码学中,编码有更特定的意义:它意指以码字(code word)取代特定的明文。例如,以‘苹果派’(apple pie)替换‘拂晓攻击’(attack at dawn)。编码已经不再被使用在严谨的密码学,它在信息论或通讯原理上有更明确的意义。

在汉语口语中,电脑系统或网络使用的个人帐户口令(password)也常被以密码代称,虽然口令亦属密码学研究的范围,但学术上口令与密码学中所称的钥匙(key)并不相同,即使两者间常有密切的关连。

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