密码学发展史.doc

应用密码学课程论文 题 目 密码学的发展史 学生姓名 孙雪 学 号 2011211097 院 系 杭州国际服务工程学院 专 业 软件工程二一三年 四月 十一日摘要：密码学从古至今的发展历史，发展过程成中各个阶段的发展情况。以及各个阶段密码学的经典密码以及代表人物，与其在历史上的标志性成果。关键词：古典密码；密码学发展；加密技术随着信息化和数字化社会的发展，人们对信息安全和保密的重要性认识不断提高，而在信息安全中起着举足轻重作用的密码学也就成为信息安全课程中不可或缺的重要部分，密码学是以研究秘密通信为目的，即对所要传送的信息采取一种秘密保护，以防止 第三者对信息的窃取的一门学科。密码学早在公元前400多年就已经产生，人类使用密码的历史几乎与使用文字的时间一样长。密码学的发展过程可以分为四个阶段：1、古代加密方法。2、古典密码。3、近代密码 。4、现代密码。一、 古代加密方法源于应用的无穷需求总是推动技术发明和进步的直接动力。存于石刻或史书中的记载表明，许多古代文明，包括埃及人、希伯来人、亚述人都在实践中逐步发明了密码系统。从某种意义上说，战争是科学技术进步的催化剂。人类自从有了战争，就面临着通信安全的需求，密码技术源远流长。古代加密方法大约起源于公元前400年，斯巴达人发明了“塞塔式密码”，即把长条纸螺旋形地斜绕在一个多棱棒上，将文字沿棒的水平方向从左到右书写，写一个字旋转一下，写完一行再另起一行从左到右写，直到写完。解下来后，纸条上的文字消息杂乱无章、无法理解，这就是密文,但将它绕在另一个同等尺寸的棒子上后，就能看到原始的消息。这是最早的密码技术。我国古代也早有以藏头诗、藏尾诗、漏格诗及绘画等形式，将要表达的真正意思或“密语”隐藏在诗文或画卷中特定位置的记载，一般人只注意诗或画的表面意境，而不会去注意或很难发现隐藏其中的“话外之音”。如水浒传中梁山为了拉卢俊义入伙，“智多星”吴用和宋江便生出一段“吴用智赚玉麒麟”的故事来，利用卢俊义正为躲避“血光之灾”的惶恐心理，口占四句卦歌：芦花丛中一扁舟，俊杰俄从此地游。 义士若能知此理，反躬难逃可无忧。 暗藏“卢俊义反”四字。结果，成了官府治罪的证据，终于把卢俊义“逼”上了梁山。更广为人知的是唐伯虎写的“我爱秋香”：我画蓝江水悠悠，爱晚亭上枫叶愁。秋月溶溶照佛寺，香烟袅袅绕经楼。二、 古典密码古典密码的加密方法一般是文字置换，使用手工或机械变换的方式实现。古典密码系统已经初步体现出近代密码系统的雏形，它比古代加密方法复杂，其变化较小。下面我们举例说一些比较经典的古典密码。1.滚桶密码在古代为了确保他们的通信的机密，先是有意识的使用一些简单的方法对信息来加密。如公元六年前的古希腊人通过使用一根叫scytale的棍子，将信息进行加密。送信人先将一张羊皮条绕棍子螺旋形卷起来，然后把要写的信息按某种顺序写在上面，接着打开羊皮条卷，通过其他渠道将信送给收信人。如果不知道棍子的粗细是不容易解密里面的内容的，但是收信人可以根据事先和写信人的约定，用同样的scytale的棍子将书信解密。2.掩格密码16世纪米兰的物理学和数学家Cardano发明的掩格密码，可以事先设计好方格的开孔，将所要传递的信息和一些其他无关的符号组合成无效的信息，使截获者难以分析出有效信息。3. 棋盘密码我们可以建立一张表，使每一个字符对应一数 ， 是该字符所在行标号， 是列标号。这样将明文变成形式为一串数字密文。4.凯撒（Caesar）密码据记载在罗马帝国时期，凯撒大帝曾经设计过一种简单的移位密码，用于战时通信。这种加密方法就是将明文的字母按照字母顺序，往后依次递推相同的字母，就可以得到加密的密文，而解密的过程正好和加密的过程相反。5.圆盘密码人们对凯撒密码进一步改善，只要将字母按照不同的顺序进行移动就可以提高破解的难度，增加信息的保密程度。如15世纪佛罗伦萨人Alberti发明圆盘密码就是这种典型的利用单表置换的方法加密的方法。如图在两个同心圆盘上，内盘按不同（杂乱）的顺序填好字母或数字，而外盘按照一定顺序填好字母或数字，转动圆盘就可以找到字母的置换方法，很方便的进行信息的加密与解密。凯撒密码与圆盘密码本质都是一样的，都属于单表置换，即一个明文字母对应的密文字母是确定的，截获者可以分析对字母出现的频率，对密码体制进行有效的攻击。Alberti的圆盘理论是古典密码学的主要代表之一, 在粘土圆盘的表面刻上带有空格的字母, 成为最初人类的加密方式, 这种方式至今还无人能破戒。6.维吉尼亚（Vigenere）密码为了提高密码的破译的难度，人们有发明一种多表置换的密码，即一个明文字母可以表示为多个密文字母，多表密码加密算法结果将使得对单表置换用的简单频率分析方法失效，其中维吉尼亚密码就是一种典型的加密方法。维吉尼亚密码是使用一个词组（语句）作为密钥，词组中每一个字母都作为移位替换密码密钥确定一个替换表，维吉尼亚密码循环的使用每一个替换表完成明文字母到密文字母的变换，最后所得到的密文字母序列即为加密得到的密文。维吉尼亚是古典密码理论发展上的一个重要里程碑,他的理论又被称为多字母编码。三、 近代密码密码形成一门新的学科是在20世纪70年代，这是受计算机科学蓬勃发展刺激和推动的结果。快速电子计算机和现代数学方法一方面为加密技术提供了新的概念和工具，另一方面也给破译者提供了有力武器。计算机和电子学时代的到来给密码设计者带来了前所未有的自由，他们可以轻易地摆脱原先用铅笔和纸进行手工设计时易犯的错误，也不用再面对用电子机械方式实现的密码机的高额费用。总之，利用电子计算机可以设计出更为复杂的密码系统Arthur Scherbius于1919年设计出了历史上最著名的密码机德国的Enigma机,，在二次世界大战期间， Enigma曾作为德国陆、海、空三军最高级密码机。Enigma机使用了3个正规轮和1个反射轮。这使得英军从1942年2月到12月都没能解读出德国潜艇发出的信号。转轮密码机的使用大大提高了密码加密速度，但由于密钥量有限，到二战中后期时，引出了一场关于加密与破译的对抗。首先是波兰人利用德军电报中前几个字母的重复出现，破解了早期的Enigma密码机，而后又将破译的方法告诉了法国人和英国人。英国人在计算机理论之父图灵的带领下，通过寻找德国人在密钥选择上的失误，并成功夺取德军的部分密码本，获得密钥，以及进行选择明文攻击等等手段，破解出相当多非常重要的德军情报。计算机和电子学时代的到来使得美国在1942年制造出了世界上第一台计算机。美国利用计算机轻松地破译了日本的紫密密码，使日本在中途岛海战中一败涂地。1943年,在获悉山本五十六将于4月18日乘中型轰炸机，由6架战斗机护航，到 中途岛视察时，罗斯福总统亲自做出决定截击山本，山本乘坐的飞机在去往中途岛的路上被美军击毁，山本坠机身亡，日本海军从此一蹶不振。密码学的发展直接影响了二战的战局。密码编码和密码破译的斗争是一种特殊形式的斗争，这种斗争的一个重要特点是它的隐蔽性。无论是使用密码的一方，还是破译密码的一方，他们的工作都是在十分秘密地进行。特别是，对于他们的工作的最新进展更是严格地保密。当一方改进了自己的密码编码方法时，他不会公开所取得的这种进展；当另一方破译了对方的密码时，他也不会轻易地泄露破译的成果和使用破译所取得的情报，以便能长期地获取情报并取得更有价值的信息。所以，密码战线上的斗争是一种无形的，不分空间和时间的，隐蔽的战争。无数历史事实证明，战争的胜负在很大程度上依靠密码保密的成败。四、 现代密码 前面介绍了古典密码和近代密码，它们的研究还称不上是一门科学。直到1949年香农发表了一篇题为“保密系统的通信理论”的著名论文，该文首先将信息论引入了密码，从而把已有数千年历史的密码学推向了科学的轨道，奠定了密码学的理论基础。由于受历史的局限，七十年代中期以前的密码学研究基本上是秘密地进行，而且主要应用于军事和政府部门。密码学的真正蓬勃发展和广泛的应用是从七十年代中期开始的。1977年美国国家标准局颁布了数据加密标准DES用于非国家保密机关。该系统完全公开了加密、解密算法。此举突破了早期密码学的信息保密的单一目的，使得密码学得以在商业等民用领域的广泛应用，从而给这门学科以巨大的生命力。 在1976年，美国密码学家迪菲和赫尔曼在一篇题为“密码学的新方向”一文中提出了一个崭新的思想，不仅加密算法本身可以公开，甚至加密用的密钥也可以公开。但这前不意味着保密程度的降低。因为如果加密密钥和解密密钥不一样。而将解密密钥保密就可以。这就是著名的公钥密码体制。若存在这样的公钥体制，就可以将加密密钥象电话簿一样公开，任何用户当它想经其它用户传送一加密信息时，就可以从这本密钥薄中查到该用户的公开密钥，用它来加密，而接收者能用只有它所具有的解密密钥得到明文。任何第三者不能获得明文。1978年，由美国麻省理工学院的里维斯特，沙米尔和阿德曼提出了RSA公钥密码体制，它是第一个成熟的、迄今为止理论上最成功的公钥密码体制。它的安全性是基于数论中的大整数因子分解。该问题是数论中的一个困难问题，至今没有有效的算法，这使得该体制具有较高的保密性。 在现代密码学中，除了信息保密外，还有另一方面的要求，即信息安全体制还要能抵抗对手的主动攻击。所谓主动攻击指的是攻击者可以在信息通道中注入他自己伪造的消息，以骗取合法接收者的相信。主动攻击还可能窜改信息，也可能冒名顶替，这就产生了现代密码学中的认证体制。该体制的目的就是保证用户收到一个信息时，他能验证消息是否来自合法的发送者，同时还能验证该信息是否被窜改。在许多场合中，如电子汇款，能对抗主动攻击的认证体制甚至比信息保密还重要。 五、 密码学的前景 从以上密码学的发展历史可以看出，整个密码学的发展过程是从简单到复杂，从不完美到完美，从具有单一功能到具有多种功能的过程。这是符合历史发展规律和人类对客观事物的认识规律的。而且也可以看出密码学的发展受到其它学科如数学、计算机科学的极大促动。这说明，在科学的发展进程中，各个学科互相推动，互相联系，乃至互相渗透，其结果是不断涌现出新的交叉学科，从而达到人类对事物更深的认识。从密码学的发展中还可以看出，任何一门学科如果具有广泛的应用基础，那么这个学科就能从中汲取发展动力，就会有进一步发展的基础。 我们这个社会已进入了信息时代，随着数据库技术和计算机网络应用的不断深入，信息的安全传输也有着广阔的应用前景。虽然密码可以追溯到古代，但密码作为一门学科还非常年轻，还有着更进一步的发展要求。有人曾这样说过，下一世纪，无纸贸易形式将会取代现行的贸易形式，电子货币将取代或部分取代当今的货币。这两种形式的转变必须由安全的信息传输、信息认证作为保证。基于密码学有着坚实的应用基础，可以相信，密码学一定能不断地发展，不断地完善，从而会给全人类提供更加安全的各种服务，让我们祝福这一天的到来吧！