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
第二章
2.1什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
2.2密码算法中两个基本函数式什么？
Permutationandsubstitution.
代换和置换P20
2.3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
2.4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
2.5攻击密码的两种一般方法是什么？
Cryptanalysisandbruteforce.
密码分析和暴力破解
2.6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.
Knownplaintext.Theanalystmaybeabletocaptureoneormoreplaintextmessagesaswellastheirencryptions.Withthisknowledge,theanalystmaybeabletodeducethekeyonthebasisofthewayinwhichtheknownplaintextistransformed.
Chosenplaintext.Iftheanalystisabletochoosethemessagestoencrypt,theanalystmaydeliberatelypickpatternsthatcanbeexpectedtorevealthestructureofthekey.
惟密文
已知明文
选择明文
2.7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
2.8简要定义Caesar密码
TheCaesarcipherinvolvesreplacingeachletterofthealphabetwiththeletterstandingkplacesfurtherdownthealphabet,forkintherange1through25.
书本P22
2.9简要定义单表代换密码
Amonoalphabeticsubstitutionciphermapsaplaintextalphabettoaciphertextalphabet,sothateachletteroftheplaintextalphabetmapstoasingleuniqueletteroftheciphertextalphabet.
书本P23
2.10简要定义Playfair密码
ThePlayfairalgorithmisbasedontheuseofa5?
5matrixoflettersconstructedusingakeyword.Plaintextisencryptedtwolettersatatimeusingthismatrix.
书本P26
2.11单表代换密码和夺标代换密码的区别是什么？
Apolyalphabeticsubstitutioncipherusesaseparatemonoalphabeticsubstitutioncipherforeachsuccessiveletterofplaintext,dependingonakey.
书本P30
2.12一次一密的两个问题是什么？
1.Thereisthepracticalproblemofmakinglargequantitiesofrandomkeys.Anyheavilyusedsystemmightrequiremillionsofrandomcharactersonaregularbasis.Supplyingtrulyrandomcharactersinthisvolumeisasignificanttask.
2.Evenmoredauntingistheproblemofkeydistributionandprotection.Foreverymessagetobesent,akeyofequallengthisneededbybothsenderandreceiver.Thus,amammothkeydistributionproblemexists.
书本P33
2.13什么是置换密码？
Atranspositioncipherinvolvesapermutationoftheplaintextletters.
书本P33
2.14什么是隐写术？
Steganographyinvolvesconcealingtheexistenceofamessage.
书本P36
2.1
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）.
2.2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12?
26=312种仿射Caesar密码。
2.3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
2.4AgoodglassintheBishop'shostelintheDevil'sseat—twenty-onedegreesandthirteenminutes—northeastandbynorth—mainbranchseventhlimbeastside—shootfromthelefteyeofthedeath'shead—abeelinefromthetreethroughtheshotfiftyfeetout.（fromTheGoldBug,byEdgarAllanPoe）
2.5
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。
2.6Thecipherreferstothewordsinthepageofabook.Thefirstentry,534,referstopage534.Thesecondentry,C2,referstocolumntwo.Theremainingnumbersarewordsinthatcolumn.ThenamesDOUGLASandBIRLSTONEaresimplywordsthatdonotappearonthatpage.Elementary!
（fromTheValleyofFear,bySirArthurConanDoyle）
2.6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）
2.7a.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
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3
1
4
5
C
R
Y
P
T
O
G
A
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B
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T
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L
L
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A
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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。
2.8SPUTNIK
2.9PTBOATONEOWENINELOSTINACTIONINBLACKETTSTRAITTWOMILESSWMERESUCOVEXCREWOFTWELVEXREQUESTANYINFORMATION
2.10
a.
L
A
R
G
E
S
T
B
C
D
F
H
I/J
K
M
N
O
P
Q
U
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Y
Z
b.
O
C
U
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E
N
A
B
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G
H
I/J
K
L
M
P
Q
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T
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W
X
Y
Z
2.11
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2.10a的矩阵得到。
2.12a.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!
2.13一个混合的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。
2.14a.Difficultiesarethingsthatshowwhatmenare.
b.Irrationallyheldtruthsmaybemoreharmfulthanreasonederrors.
2.15
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
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1
3
5
1
20
20
5
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1
20
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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（9?
7）–（4?
5）=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].
2.16
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
2.17
2.17a.7?
134
b.7?
134
c.134
d.10?
134
e.24?
132
f.24?
（132–1）?
13
g.37648
h.23530
i.157248
2.18密钥:
legleglegle
明文:
explanation
密文:
PBVWETLXOZR
2.19a.
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
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10
9
3
12
18
23
25
15
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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
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14
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4
22
3
22
15
19
5
19
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8
4
1
4
14
10
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3
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B
E
C
K
J
D
M
S
X
Z
P
M
H
2.20yourpackagereadyFriday21stroomthreePleasedestroythisimmediately.
2.21
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）
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