密码学中的算法问题及矩阵分析
【摘要】本文关于密码学之中关于密码的破译，矩阵所起到的决定性的作用，来反映mod算法以及逆矩阵的运用。针对希尔密码以及维吉尼亚密码进行解剖分析，从而得出在密码的破译之中，mod26伴随着逆矩阵共同分解，能够更快更高效地破解密码。
【关键词】mod26 逆矩阵希尔密码维吉尼亚密码
一、利用mod算法进行密码分析
14 98 210 210 56 182 210 252 126 196 98 7 19 105 105 28 91 105 126 63 98 49 我们可以看到，希尔密码是将数列排好，依次相乘。得出的横列亦或者数列便是明文。若当我们用普通的算法进行解析的话，估计要算得十分庞大，也抑或寻找不到其中的规律，如果用Mod 算法则容易得多。这是使用正矩阵的，而逆矩阵的使用算法则更加容易。
假设密文为“FOAOESWO”
FO AO ES WO
6 1 5 23
15 15 19 15
37678390115135--??????=????????????，783mod 2623W -==，135mod 265E ==
所以密文“FOAOESWO”的明文为“WEREDONE”
由此我们可见mod 算法与逆矩阵的效用，接下来是第二个密码的分析。
2.【维吉尼亚密码】
频率的分析可以很好地打破密码的禁锢，然而，维吉利亚密码将密钥与矩阵相结合，创造出了新的密码，从中进行剖析。
加密算法：例如密钥的字母为[d]，明文对应的字母[b]。根据字母表的顺序
[d]=4,[b]=2，那么密文就是[d]+[b]-1=4+2-1=5=[e]，因此加密的结果为[e]。解密即做此逆运算。
加密公式：密文 = (明文 + 密钥) Mod 26 - 1
解密公式：明文 = [26 + (密文 - 密钥)] Mod 26 + 1
假如对如下明文加密：
to be or not to be that is the question
当选定“have”作为密钥时，加密过程是：密钥第一个字母为[h]，明文第一个为[t]，因此可以找到在h行t列中的字母[a]，依此类推，得出对应关系如下：
密钥：ha ve ha veh av eh aveh av eha vehaveha
明文：to be or not to be that is the question
密文：ao wi vr isa tj fl tcea in xoe lylsomvn
维吉利亚密码的特点便是将密钥矩阵和mod26的算法很好地融合在一起。也因而，如果要破解这一密码的话，要从矩阵以及mod26算法入手。
3.【凯撒密码】
也称凯撒移位，是最简单的加密方法之一，相传是古罗马恺撒大帝用来保护重要军情的加密系统，它是一种替代密码。
加密公式：密文 = (明文 + 位移数) Mod 26
解密公式：明文 = (密文 - 位移数) Mod 26
例如
J DBO
只需把每个字母都按字母表中的顺序依次后移一个字母即可——A变成B，B 就成了C，依此类推。因此明文为：
I CAN。
英文字母的移位以移25位为一个循环，移26位等于没有移位。所以可以用穷举法列出所有可能的组合。
例如：phhw ph diwhu wkh wrjd sduwb
所以可以翻译得到的明文为：
kccr kc ydrcp rfc rmey nyprw
ldds ld zesdq sgd snfz ozqsx
meet me after the toga party
nffu nf bgufs uif uphb qbsuz
oggv og chvgt vjg vqic rctva ……
可知明文为：meet me after the toga party
三、总结解析
通过上述的举例我们可以发现，矩阵在密码学之中至关重要。在使用Mod算法进行加密的同时，利用矩阵，可以清晰的得到答案。
例如前面3提到的凯撒密码，所使用的矩阵：
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
A -A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y Z
B -B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z A
C-C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B
D- D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C
E- E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D
F- F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E
G- G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F
H- H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G
I- I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H
J- J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I
K- K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J
L -L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K
M- M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L
N- N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M
O- O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N
P- P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O
Q- Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P
R- R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q
S- S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R
T- T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S
U- U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T
V- V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U
W- W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V
X- X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W
Y- Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X
Z- Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y
从矩阵中不难看出，建立在矩阵之上的凯撒密码在加密之中其实很简单，但是加密成明文之后便组合成较为难译的文字。因而，通过矩阵破解，会使得解密更加地便捷。同样，对于前两个密码：希尔密码以及维吉尼亚密码也是如此。
因而，使用mod算法所进行加密的密码，同时使用矩形进行破译，会更加方便快捷。
参考文献：
1.百度百科——密码学
2.百度百科——凯撒密码
《现代密码学习题》答案 第一章 1、1949 年，（ A ）发表题为《保密系统的通信理论》的文章，为密码系统建立了理 论基础，从此密码学成了一门科学。 A、Shannon B 、Diffie C、Hellman D 、Shamir 2、一个密码系统至少由明文、密文、加密算法、解密算法和密钥 5 部分组成，而其安全性是由（ D）决定的。 A、加密算法 B、解密算法 C、加解密算法 D、密钥 3、计算和估计出破译密码系统的计算量下限，利用已有的最好方法破译它的所需要 的代价超出了破译者的破译能力（如时间、空间、资金等资源），那么该密码系统的安全性是（ B ）。 A 无条件安全 B计算安全 C可证明安全 D实际安全 4、根据密码分析者所掌握的分析资料的不通，密码分析一般可分为 4 类：唯密文攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、选择密文攻击，其中破译难度最大的是（ D ）。 A、唯密文攻击 B 、已知明文攻击 C 、选择明文攻击D、选择密文攻击 5、1976 年，和在密码学的新方向一文中提出了公开密钥密码的思想， 从而开创了现代密码学的新领域。 6、密码学的发展过程中，两个质的飞跃分别指1949年香农发表的保密系统的通
信理论和公钥密码思想。 7、密码学是研究信息寄信息系统安全的科学，密码学又分为密码编码学和密码分析学。 8、一个保密系统一般是明文、密文、密钥、加密算法、解密算法5部分组成的。 对9、密码体制是指实现加密和解密功能的密码方案，从使用密钥策略上，可分为 称和非对称。 10、对称密码体制又称为秘密密钥密码体制，它包括分组密码和序列密码。 第二章 1、字母频率分析法对（ B ）算法最有效。 A、置换密码 B 、单表代换密码C、多表代换密码D、序列密码 2、（D）算法抵抗频率分析攻击能力最强，而对已知明文攻击最弱。 A 仿射密码 B维吉利亚密码C轮转密码 D希尔密码 3、重合指数法对（ C）算法的破解最有效。 A 置换密码 B单表代换密码C多表代换密码 D序列密码 4、维吉利亚密码是古典密码体制比较有代表性的一种密码，其密码体制采用的是 （C ）。
2008——2009学年第一学期 课程名称：应用密码学使用班级：信息安全06级1、2、3班 命题系别： 网络工程学院 命题人：张仕斌、张金全、万武南 第一题 填空（共15个空，每空1分，计15分） 1、128,160 2、已知明文攻击、选择明文攻击 3、双钥体制或者公钥密码体制或者非对称密码体制 4、m序列 5、128,192,256 6、会话密钥，密钥加密密钥 7、同步流密码 8、分组链接（CBC）模式，密码反馈（CFB）模式 9、1408 第二题 判断题（共10题，每题1分，计10分） 1、√ 2、√ 3、× 4、√ 5、× 6、× 7、× 8、√ 9、×10、× 第三题 单项选择（共10题，每题2分，计20分） 1、D 2、B 3、A 4、A 5、D 6、C 7、B 8、C 9、B 10、C 第四题（本题由三个小题组成，共16分） 1、简述RSA算法；（4分） 提示：给出密钥产生过程、加密过程、解密过程及各过程中需要注意之处。 2、在RSA算法密钥产生过程中，设p=19，q=13，取公钥e＝7，求私钥d；（要求：给出必要计算过程。6分） 3、设RSA算法的参数选择如上题所述，求消息m=41所对应的密文；（要求：给出必要计算过程。6分）
解：1）密钥的产生 ①选两个保密的大素数p和q。 ②计算n=p×q，φ(n)=(p-1)(q-1),其中φ(n)是n的欧拉函数值。 ③选一整数e，满足1 矩阵在实际生活中的应用 华中科技大学文华学院 城市建设工程学部 环境工程1班丛 目录 摘要 (3) 实际应用举例 (4) 论文总结 (15) 参考文献 (16) 摘要：随着现代科学的发展，数学在经济中广泛而深入的应用 是当前经济学最为深刻的因素之一，马克思曾说过：“一门学科 只有成功地应用了数学时，才真正达到了完善的地步”。下面 通过具体的例子来说明矩阵在经济生活中、人口流动、电阻电路、密码学、文献管理的应用。 关键词：矩阵、人口流动、电阻电路、密码学、文献管理 一：矩阵在经济生活中的应用 1．“活用”行列式定义 定义：用符号表示的n阶行列式D指的是n!项代数和，这些项是一切可能的取自D不同行与不同列上的n个元素的乘积的符号为。由定义可以看出。n阶行列式是由n!项组成的，且每一项为来自于D 中不同行不同列的n个元素乘积。 实例1：某市打算在第“十一”五年规划对三座污水处理厂进行技术改造，以达到国家标准要求。该市让中标的三个公司对每座污水处理厂技术改造费用进行报价承包，见下列表格(以1万元人民币为单位)．在这期间每个公司只能对一座污水处理厂进行技术改造，因此该市必须把三座污水处理厂指派给不同公司，为了使报价的总和最小，应指定哪个公司承包哪一座污水处理厂? 设这个问题的效率矩阵为，根据题目要求，相当于从效率矩阵中选取来自不同行不同列的三个元素“和”中的最小者!从行列式定义知道，这样的三个元素之共有31=6(项)，如下： 由上面分析可见报价数的围是从最小值54万元到最大值58万元。 由④得到最小报价总数54万元，因此，该城市 应选定④即 2．“借用”特征值和特征向量 定义：“设A是F中的一个数．如果存在V中的零向量，使得，那么A就叫做的特征值，而叫做的属于本征值A的一个特征向量。 实例2：发展与环境问题已成为21世纪各国政府关注 和重点，为了定量分析污染与工业发展水平的关系，有人提出了以下的工业增长模型：设是某地区目前的污染水平(以空气或河湖水质的某种污染指数为测量单位)，是目前的工业发展水平(以某种工业发展指数为测量单位)．若干年后(例如5年后)的污染水平和工业发展水平分别为和 它们之间的关系为 试分析若干年后的污染水平和工业发展水平。对于这个 问题，将(1)写成矩阵形式，就是 关于密码学的发展和一些常见的加密算法 1．悠久迷人的密码史话——密码学和密码 前言： 密码学（Cryptology，来源于希腊语kryptos和graphein，即隐藏和书写的意思）这门科学，或者说这门艺术，通常被分为两个部分，密码学（Cryptography）的任务是构建更为隐秘而且有效的密码，或者说加密方式；而与之相对应，密码分析学（Crypanalysis）则是研究已有的加密法的弱点，在没有密钥的情况下将密文还原成为明文。这两种科学相互依靠而不能分割，密码学家（Cryptologist）需要研习密码学来掌握加密方式，以便更好地解密；同样需要了解密码分析学，以判定自己密码的安全性高低。有一句话说的很好：“密码是两个天才的较量，败者将耗尽智慧而死。” 密码学产生的根本原因在于人们想要传递一些只有我们允许的接受者才能接受并理解的信息。被隐藏的真实信息称为明文（Plaintext），明文通过加密法（Cipher）变为密文（Ciphertext），这个过程被称为加密（Encryption），通过一个密钥（Key）控制。密文在阅读时需要解密（Decryption），同样需要密钥，这个过程由密码员（Cryptographer）完成。但是密码的传递并非绝对安全，可能有未得到允许的人员得到密文，并且凭借他们的耐心和智慧（我们通常假定他们有足够的时间和智慧），在没有密钥的情况下得到明文，这种方法称为破解（Break）。通常使用的加密方法有编码法（Code）和加密法（Cipher），编码法是指用字，短语和数字来替代明文，生成的密文称为码文（Codetext），编码法不需要密钥或是算法，但是需要一个编码簿（Codebook），编码簿内是所有明文与密文的对照表；而加密法则是使用算法和密钥。另外一种较常用的方法是夹带加密法（Steganography），顾名思义，它是将密文以隐藏的方式传递的，比如图画或是其它消息中，或是使用隐形墨水，在计算机能够进行图象和其它信息的处理之后，这种方法更是有了极大的发展空间。 密码的历史十分悠久。大约在4000年以前，在古埃及的尼罗河畔，一位擅长书写者在贵族的基碑上书写铭文时有意用加以变形的象形文字而不是普通的象形文字来写铭文，从而揭开了有文字记载的密码史。 公元前5世纪，古斯巴达人使用了一种叫做“天书”的器械，这是人类历史上最早使用的密码器械。“天书”是一根用草纸条、皮条或羊皮纸条紧紧缠绕的木棍。密信自上而下写在羊皮纸条上。然后把羊皮纸条解开送出。这些不连接的文字毫无意义，除非把羊皮纸条重新缠在一根直径和原木棍相同的木棍上，这样字就一圈圈跳出来，形成那封信。 公元前4世纪前后，希腊著名作家艾奈阿斯在其著作《城市防卫论》中就曾提到一种被称为“艾奈阿斯绳结”的密码。它的作法是从绳子的一端开始，每隔一段距离打一个绳结，而绳结之间距离不等，不同的距离表达不同的字母。按此规定把绳子上所有绳结的距离按顺序记录下来，并换成字母，就可理解它所传递的信息。 古罗马时代曾使用过一种“代替式密码”，把信中每个文字的字母都用字母顺序表中相隔两位后的一个字母取代，这种代替式密码直到第二次大战时还被日本海军使用。 此外，在古代还出现过一种被称为“叠痕法”的密码，使用时先把信纸折叠几下（上下及左右），然后铺平信纸，将传递的信息按顺序一个个分开，写在折 矩阵连乘最佳加括号方式－动态规划算法 一、问题描述 给定n个矩阵{A1,A2,…,A n}，其中A i与A i+1是可乘的，i=1,2,…,n-1。要算出这n个矩阵的连乘积A1A2…A n。由于矩阵乘法满足结合律，故计算矩阵的连乘积可以有许多不同的计算次序。这种计算次序可以用加括号的方式来确定。若一个矩阵连乘积的计算次序完全确定，也就是说该连乘积已完全加括号，则可以依此次序反复调用2个矩阵相乘的标准算法计算出矩阵连乘积。完全加括号的矩阵连乘积可递归地定义为： （1）单个矩阵是完全加括号的； （2）矩阵连乘积A是完全加括号的，则A可表示为2个完全加括号的矩阵连乘积B和C 的乘积并加括号，即A=(BC)。 例如，矩阵连乘积A1A2A3A4有5种不同的完全加括号的方式：（A1（A2（A3A4））），（A1（（A2A3）A4）），（（A1A2）（A3A4）），（（A1（A2A3））A4），（（（A1A2）A3）A4）。每一种完全加括号的方式对应于一个矩阵连乘积的计算次序，这决定着作乘积所需要的计算量。若A是一个p×q矩阵，B是一个q×r矩阵，则计算其乘积C=AB的标准算法中，需要进行pqr次数乘。 为了说明在计算矩阵连乘积时，加括号方式对整个计算量的影响，先考察3个矩阵 {A1,A2,A3}连乘的情况。设这三个矩阵的维数分别为10×100，100×5，5×50。加括号的方式只有两种：（（A1A2）A3），（A1（A2A3）），第一种方式需要的数乘次数为10×100×5＋10×5×50＝7500，第二种方式需要的数乘次数为100×5×50＋10×100×50＝75000。第二种加括号方式的计算量时第一种方式计算量的10倍。由此可见，在计算矩阵连乘积时，加括号方式，即计算次序对计算量有很大的影响。于是，自然提出矩阵连乘积的最优计算次序问题，即对于给定的相继n个矩阵{A1,A2,…,A n}（其中矩阵A i的维数为p i-1×p i，i＝1,2,…,n），如何确定计算矩阵连乘积A1A2…A n的计算次序（完全加括号方式），使得依此次序计算矩阵连乘积需要的数乘次数最少。 穷举搜索法的计算量太大，它不是一个有效的算法，本实验采用动态规划算法解矩阵连乘积的最优计算次序问题。 二、算法思路 《现代密码学》读书报告 目录 一、文献的背景意义、研究目的、核心思想 (3) 二、国内外相关研究进展 (5) 现代密码学的产生 (5) 近代密码学的发展 (6) 三、文献所提方法（或算法、方案）的主要步骤或过程 (7) 对称加密算法 (7) 公开密钥算法 (7) 四、文献所提方法的优缺点 (8) 对称加密算法的优点和缺点： (8) 五、文献所提方法与现有方法的功能与性能比较 (9) 对称算法与公钥算法的比较： (9) 六、文献所提方法的难点或关键点 (10) 七、阅读中遇到的主要障碍 (10) 八、阅读体会 (11) 九、参考文献 (11) 一、文献的背景意义、研究目的、核心思想 密码学(Cryptography)在希腊文用Kruptos(hidden)+graphein(to write)表达，现代准确的术语为“密码编制学”，简称“编密学”，与之相对的专门研究如何破解密码的学问称之为“密码分析学”。密码学是主要研究通信安全和保密的学科，他包括两个分支：密码编码学和密码分析学。密码编码学主要研究对信息进行变换，以保护信息在传递过程中不被敌方窃取、解读和利用的方法，而密码分析学则于密码编码学相反，它主要研究如何分析和破译密码。这两者之间既相互对立又相互促进。密码的基本思想是对机密信息进行伪装。一个密码系统完成如下伪装：加密者对需要进行伪装机密信息（明文）进行伪装进行变换（加密变换），得到另外一种看起来似乎与原有信息不相关的表示（密文），如果合法者（接收者）获得了伪装后的信息，那么他可以通过事先约定的密钥，从得到的信息中分析得到原有的机密信息（解密变换），而如果不合法的用户（密码分析者）试图从这种伪装后信息中分析得到原有的机密信息，那么，要么这种分析过程根本是不可能的，要么代价过于巨大，以至于无法进行。 “密码”一词对人们来说并不陌生，人们可以举出许多有关使用密码的例子。如保密通信设备中使用“密码”，个人在银行取款使用“密码”，在计算机登录和屏幕保护中使用“密码”，开启保险箱使用“密码”，儿童玩电子游戏中使用“密码”等等。这里指的是一种特定的暗号或口令字。现代的密码已经比古代有了长远的发展，并逐渐形成一门科学，吸引着越来越多的人们为之奋斗。 从专业上来讲，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。 为了研究密码所以就有了密码学。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。 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 青岛大学2017年硕士研究生入学考试试题 科目代码：930科目名称：应用密码学（共3页） 请考生写明题号，将答案全部答在答题纸上，答在试卷上无效 一、填空题（本大题共6道小题，每空2分，共30分） 1.密码体制是完成加密和解密功能的密码方案或密码算法。一个密码体制通常 由以下5个部分构成：明文空间；密文空间；；加密算法与。 2.密码体制的分类有很多种，根据加密和解密所使用的密钥是否相同，可以将 密码体制分为：和。 3.20世纪40年代末，C.Shannon（香农）在遵循Kerckhoff原则前提下，提出 了设计密码系统的两个基本方法：和。 4.数据加密标准（DES）算法是一种采用传统的代替和置换操作加密的分组密 码，明文以比特为分组，密钥长度为比特，有效密钥长度为比特，迭代轮数为。 ?；m和n的5.设2332 5772 ==，则m的欧拉函数()= m n 2357,25711 m 最大公约数为，最小公倍数为。 6.MD5算法是由RSA的创始人Rivest设计开发的，该算法能接收任意长度的 消息作为输入，以比特分组来处理输入文本，输出比特的散列值。 二、选择题（本大题共10道小题，每小题3分，共30分） 1.1949年，（）发表题为《保密系统的通信理论》的文章，为密码系统建立 了理论基础，从此密码学成了一门科学。 A、Shannon B、Diffie C、Hellman D、Shamir 2.AES结构由一下4个不同的模块组成，其中（）是非线性模块。 A、字节代换 B、行位移 C、列混淆 D、轮密钥加 3.下面（）不是Hash函数具有的特性。 A、单向性 B、可逆性 C、压缩性 D、抗碰撞性 4.Alice收到Bob发给他的一个文件的签名，并要验证这个签名的有效性，那 么验证算法中Alice选用的密钥是（）。 A、Alice的公钥 B、Alice的私钥 C、Bob的公钥 D、Bob的私钥 5.设在RSA的公钥密码体制中，公钥为（e,n）=(13,35)，则私钥d=（）。 第1页，共3页 对称加密算法 一、网络安全 1.网络安全 (1) 网络的安全问题：有以下四个方面 A. 端－端的安全问题，主要指用户(包括代理)之间的加密、鉴别和数据完整性维护。 B. 端系统的安全问题，主要涉及防火墙技术 C. 安全服务质量问题，主要指如何保护合法用户的带宽，防止用户非法占用带宽。 D. 安全的网络基础设施，主要涉及路由器、DNS服务器，以及网络控制信息和管理信息的安全问题。 (2)网络的安全服务：有以下五个方面 A．身份认证：这是考虑到在网络的应用环境下，验证身份的双方一般是通过网络而非直接交互，所以传统的验证手段如根据对方的指纹等方法就无法应用。同时大量的黑客随时都可能尝试向网络渗透，截获合法用户的口令并冒充顶替，以合法身份入网。所以应该提供一种安全可靠的身份认证的手段。 B.授权控制：授权控制是控制不同用户对信息资源的访问权限。授权控制是以身份认证为基础的。通过给不同用户的提供严格的不同层次和不同程度的权限，同时结合可靠的身份认机制，可以从很大程度上减少非法入侵事件发生的机会。 C.数据加密：数据加密技术顾名思义。在互联网上应用加密技术来保证信息交换的可靠性已经的到了人们普遍的认可，已经进入了应用阶段。目前的加密技术主要有两大类：一类是基于对称密钥加密的算法，另一类是基于非对称密钥加密的算法。它们都已经达到了一个很高的强度，同时加密算法在理论上也已经相当的成熟，形成了一门独立的学科。而从应用方式上，一般分成软件加密和硬件加密。前者成本低而且实用灵活，更换也方便；而后者加密效率高，本身安全性高。在应用中，可以根据不同的需要来进行选择。 D.数据完整性：数据完整性是指通过网上传输的数据应该防止被修改、删除、插入、替换或重发，以保证合法用户接收和使用该数据的真实性。 E.防止否认：在网上传输数据时，网络应提供两种防止否认的机制：一是防止发送方否认自己发送过的信息，而谎称对方收到的信息是别人冒名或篡改过的；二是防止接收方否认自己收到过信息。利用非对称加密技术可以很好的实现第一个否认机制。 二、加密技术 (1) 加密技术的产生和发展 A. 古代，目前记录的比较早的是一个在公元前2世纪，由一个希腊人提出来的，26个字母放在一个5×5的表格里，这样所有的源文都可以行列号来表示。 B. 近代，在第二次世界大战里，密码机(如紫罗兰)得到了比较广泛的已经技术，同时破译密码的技术也得到了发展，出现了一次性密码技术。同时密码技术也促进了计算机的发展。 C. 现代，由于计算机和计算机网络的出现，对密码技术提出了更高的需求。密码学的论文和会议不断的增加，以密码技术为主的商业公司开始出现，密码算法层出不穷，并开始走向国际标准化的道路，出现了DES，AES等国家(美国的)标准。同时各个国家和政府对密码技术也越来越重视，都加密技术的出口和进口都作了相当严格的规定。 (2) 加密技术的分类 A．对称加密技术 a. 描述 对称算法（symmetric algorithm），有时又叫传统密码算法，就是加密密钥能够从解密密钥中推算出来，同时解密密钥也可以从加密密钥中推算出来。而在大多数的对称算法中，加密密钥和解密密钥是相同的。所以也称这种加密算法为秘密密钥算法或单密钥算法。它要求发送方和接收方在安全通信之前，商定一个密钥。对称算法的安全性依赖于密钥，泄漏密钥就意味着任何人都可以对他们发送或接收的消息解密，所以密钥的保密性对通信性 动态规划——矩阵连乘的问题 《问题的引出》 看下面一个例子，计算三个矩阵连乘{A1，A2，A3}；维数分别为10*100 , 100*5 , 5*50 按此顺序计算需要的次数（（A1*A2）*A3）:10X100X5+10X5X50=7500次 按此顺序计算需要的次数（A1*（A2*A3））:10X5X50+10X100X50=75000次 所以问题是：如何确定运算顺序，可以使计算量达到最小化。 枚举显然不可，如果枚举的话，相当于一个“完全加括号问题”，次数为卡特兰数,卡特兰数指数增长，必然不行。 《建立递归关系》 子问题状态的建模（很关键）：令m[i][j]表示第i个矩阵至第j个矩阵这段的最优解。 显然如果i=j，则m[i][j]这段中就一个矩阵，需要计算的次数为0； 如果i>j，则m[i][j]=min{m[i][k]+m[k+1][j]+p[i-1]Xp[k]Xp[j]},其中k,在i与j 之间游荡，所以i<=k 所以计算顺序如上右图：相应的计算顺序对应代码为13-15行 m[1][n]即为最终求解，最终的输出想为（（A1（A2 A3））（（A4 A5）A6））的形式，不过没有成功，待思考... 1#include 一．选择题 1、关于密码学的讨论中，下列（D ）观点是不正确的。 A、密码学是研究与信息安全相关的方面如机密性、完整性、实体鉴别、抗否认等的综 合技术 B、密码学的两大分支是密码编码学和密码分析学 C、密码并不是提供安全的单一的手段，而是一组技术 D、密码学中存在一次一密的密码体制，它是绝对安全的 2、在以下古典密码体制中，属于置换密码的是（B）。 A、移位密码 B、倒序密码 C、仿射密码 D、PlayFair密码 3、一个完整的密码体制，不包括以下（?C?? ）要素。 A、明文空间 B、密文空间 C、数字签名 D、密钥空间 4、关于DES算法，除了（C ）以外，下列描述DES算法子密钥产生过程是正确的。 A、首先将DES 算法所接受的输入密钥K（64 位），去除奇偶校验位，得到56位密钥（即经过PC-1置换，得到56位密钥） B、在计算第i轮迭代所需的子密钥时，首先进行循环左移，循环左移的位数取决于i的值，这些经过循环移位的值作为下一次 循环左移的输入 C、在计算第i轮迭代所需的子密钥时，首先进行循环左移，每轮循环左移的位数都相同，这些经过循环移位的值作为下一次循 环左移的输入 D、然后将每轮循环移位后的值经PC-2置换，所得到的置换结果即为第i轮所需的子密钥Ki 5、2000年10月2日，NIST正式宣布将（B ）候选算法作为高级数据加密标准，该算法是由两位比利时密码学者提出的。 A、MARS B、Rijndael C、Twofish D、Bluefish *6、根据所依据的数学难题，除了（A ）以外，公钥密码体制可以分为以下几类。 A、模幂运算问题 B、大整数因子分解问题 C、离散对数问题 D、椭圆曲线离散对数问题 7、密码学中的杂凑函数（Hash函数）按照是否使用密钥分为两大类：带密钥的杂凑函数和不带密钥的杂凑函数，下面（C ）是带密钥的杂凑函数。 A、MD4 B、SHA-1 简答题及计算题 1.RSA 算法中n ＝11413，e ＝7467，密文是5859，利用分解11413＝101×113，求明文。 解：10111311413n p q =?=?= ()(1)(1)(1001)(1131)11088n p q ?=--=--= 显然，公钥e=7467，满足1＜e ＜()n ?，且满足gcd(,())1e n ?=，通过公式1mod11088d e ?≡求出1mod ()3d e n ?-≡=， 由解密算法mod d m c n ≡得3mod 5859mod114131415d m c n ≡== 2.用C 语言编写欧几里德算法的程序。 #include 矩阵连乘问题《算法分析与设计》 设计性实验报告 课程名称：《算法分析与设计》矩阵连乘问题实验题目：长：组员一：成 二：成员成员三：数学与计算机科学系别：系专业班级：指导教师：实验日期： 一、实验目的和要求 实验目的 熟悉动态规划算法设计思想和设计步骤，掌握基 本的程序设计方法，培养学生用计算机解决实际问题的能力。 实验要求 1、根据实验内容，认真编写源程序代码、上机调试程序，书写实验报告。 2、本实验项目考察学生对教材中核心知识的掌握程度和解决实际问题的能力。 3、实验项目可 以采用集中与分散实验相结合的方式进行，学生利用平时实验课时间和课外时间进行 实验，要求在学期末形成完整的项目程序设计报告。 二、实验内容提要 矩阵连乘问题给定n个矩阵{A,A,…,A}， 其中，Ai与Ai+1是可乘的，n21A,A,…,A。由于矩阵乘法满足结n-1。考查这n个矩阵的连乘积i=1,2，…，n12合律，故计算矩阵的连乘积可以有 许多不同的计算次序。这种计算次序可以用加括号的方式来确定。若一个矩阵连乘积的计算次序完全确定，也就是说该连乘积已完全加括号，则可以依此次序反 复调用2个矩阵相乘的标准算法计算出矩阵连乘积。完全加括号的矩阵连乘积可 递归地定义为： （1）单个矩阵是完全加括号的； （2）矩阵连乘积A是完全加括号的，则A可表示为2个完全加括号的矩阵连乘积B和C的乘积并加括号，即A=（BC）。 三、实验步骤下面考虑矩阵连乘积的最优计算次序问题的动态规划方法。（1）分析最优解的结构（最优子结构性质）设计求解具体问题的动态规划算法的第一步是刻画该问 题的最优解结构特征。对于矩阵乘积的最优计算次序问题也不例外。首先，为方便起见，降- 1 - 矩阵乘积Ai Ai+1…Aj简记为A[i:j]。 混合离散对数及安全认证 摘要：近二十年来，电子认证成为一个重要的研究领域。其第一个应用就是对数字文档进行数字签名，其后Chaum希望利用银行认证和用户的匿名性这一性质产生电子货币，于是他提出盲签名的概念。 对于所有的这些问题以及其他的在线认证，零知识证明理论成为一个非常强有力的工具。虽然其具有很高的安全性，却导致高负荷运算。最近发现信息不可分辨性是一个可以兼顾安全和效率的性质。 本文研究混合系数的离散对数问题，也即信息不可识别性。我们提供一种新的认证，这种认证比因式分解有更好的安全性，而且从证明者角度看来有更高的效率。我们也降低了对Schnorr方案变形的实际安全参数的Girault的证明的花销。最后，基于信息不可识别性，我们得到一个安全性与因式分解相同的盲签名。 1．概述 在密码学中，可证明为安全的方案是一直以来都在追求的一个重要目标。然而，效率一直就是一个难以实现的属性。即使在现在对于认证已经进行了广泛的研究，还是很少有方案能兼顾效率和安全性。其原因就是零知识协议的广泛应用。 身份识别：关于识别方案的第一篇理论性的论文就是关于零知识的，零知识理论使得不用泄漏关于消息的任何信息，就可以证明自己知道这个消息。然而这样一种能够抵抗主动攻击的属性，通常需要许多次迭代来得到较高的安全性，从而使得协议或者在计算方面，或者在通信量方面或者在两个方面效率都十分低下。最近，poupard和stern提出了一个比较高效的方案，其安全性等价于离散对数问题。然而，其约减的代价太高，使得其不适用于现实中的问题。 几年以前，fiege和shamir就定义了比零知识更弱的属性，即“信息隐藏”和“信息不可分辨”属性，它们对于安全的识别协议来说已经够用了。说它们比零知识更弱是指它们可能会泄漏秘密消息的某些信息，但是还不足以找到消息。具体一点来说，对于“信息隐藏”属性，如果一个攻击者能够通过一个一次主动攻击发现秘密消息，她不是通过与证明者的交互来发现它的。而对于“信息不可分辨”属性，则意味着在攻击者方面看来，证据所用的私钥是不受约束的。也就是说有许多的私钥对应于一个公钥，证据仅仅传递了有这样一个私钥被使用了这样一个信息，但是用的是哪个私钥，并没有在证据传递的信息中出现。下面，我们集中考虑后一种属性，它能够提供一种三次传递识别方案并且对抗主动攻击。Okamoto 描述了一些schnorr和guillou-quisquater识别方案的变种，是基于RSA假设和离散对数子群中的素数阶的。 随机oracle模型：最近几年，随机oracle模型极大的推动了研究的发展，它能够用来证明高效方案的安全性，为设计者提供了一个有价值的工具。这个模型中理想化了一些具体的密码学模型，例如哈希函数被假设为真正的随机函数，有助于给某些加密方案和数字签名等提供安全性的证据。尽管在最近的报告中对于随机oracle模型采取了谨慎的态度，但是它仍然被普遍认为非常的有效被广泛的应用着。例如，在这个模型中被证明安全的OAPE加密 2019 年汕头大学应用密码学期末复习资料 （本次考试题型全部是问答题，有的题中包含计算，无选择填空，共八道大题）PS：本复习资料仅代表2019 年考试内容，老师年年会微调考试内容，但大体方向不变。本资 料删去无用内容，所有出现的内容均为重点,基本涵盖了所有内容。 资料由往年师兄师姐的精华加以整理，内容以老师PPT 为主，加本人的考后整理增加部分复习要点。 第一章概述 信息安全的目标和背景，为什么要学密码学？ 密码学是信息安全学科的核心，密码学就是研究与信息安全相关方面诸如保密性、完整性、实体鉴别、抗抵赖性的数学理论与技术。 信息安全的三个基本目标（考题）： 保密性：消息能够被安全地传送，即窃听者不能阅读发送的消息 完整性：消息的接收者应该能够验证正在传递的消息过程中有没有被修改，入侵者不能用假消息代替合法的消息。 可用性：即保证信息和信息系统随时为授权者提供服务，而不要出现非授权者滥用却对授权者拒绝服务的情况 信息安全技术产生的前提（考题）： 不可靠的网络传输 阐述古典密码学中的两种主要技术以及公钥密码学思想。 答：代换（Substitution）和置换（Permutation）是古典密码学中两种主要的技术。代替技术就是将明文中每一个字符替换成另外一个字符从而形成密文，置换技术则是通过重新排列明文消息中元素的位置而不改变元素本身从而形成密文。 公钥密码的思想：密码系统中的加密密钥和解密密钥是可以不同的。由于并不能容易的通过加密密钥和密文来求得解密密钥或明文，所以可以公开这种系统的加密算法和加密密钥，用户则只要保管好自己的解密密钥。 密码算法的安全性（考题） 无条件安全：无论破译者有多少密文，给出无限的资源，他也无法解出对应的明文。 计算上安全：破译的代价超出本身的价值，破译的时间超出了信息的有效期。 对称密码又可以分成： 流密码和分组密码 分组密码每次对一块数据(Block)加密 流密码每次对一位或一字节加密 第二章数论基础 1.掌握 Euclid 辗转相除法 2.解一次同余计算式 （不会单独出一道题考你，会整合在 RSA 那章中出现，两个方法都必须掌握） (a,b)即表示求 a,b 的最大公约数 计算实例如下图 矩阵应用简介 The introduction of Matrix application 作者：刁士琦 2015/12/27 摘要 本课题以线性代数的应用为研究对象，通过网络、书籍查询相关知识与技术发展。 全文分为四部分，第一部分是绪论，介绍本课题的重要意义。第二部分是线性代数的发展。第三部分是经典矩阵应用。第四部分是矩阵应用示例。第五部分为结论。 关键词：莱斯利矩阵模型、希尔密码 目录 摘要 (2) 1 引言 (4) 2 矩阵的发展 ............................................................................................ 错误！未定义书签。 3 经典矩阵应用 (4) 3.1矩阵在经济学中的应用 (4) 3.2矩阵在密码学中的应用 (7) 3.3莱斯利矩阵模型 (5) 4 矩阵应用示例 (6) 4.1经济学应用示例 (6) 4.2希尔密码应用示例 (7) 4.3植物基因分布 (7) 6 结论 (8) 参考文献 (9) 1引言 线性代数是以向量和矩阵为对象，以实向量空间为背景的一种抽象数学工具，它的应用遍及科学技术的国民经济各个领域。 2矩阵的发展 1850年，西尔维斯特在研究方程的个数与未知量的个数不相同的线性方程时，由于无法使用行列式，所以引入了Matrix-矩阵这一词语。现代的矩阵理论给出矩阵的定义就是：由mn 个数排成的m行n列的数表。在此之后，西尔维斯特还分别引入了初等因子、不变因子的概念[5]。虽然后来一些著名的数学家都对矩阵中的不同概念给出了的定义，也在矩阵领域的研究中做了很多重要的工作。但是直到凯莱在研究线性变化的不变量时，才把矩阵作为一个独立的数学概念出来，矩阵才作为一个独立的理论加以研究。 矩阵概念的引入，首先是由凯莱发表的一系列和矩阵相关的文章，将零散的矩阵的知识发展为系统完善的理论体系。矩阵论的创立应归功与凯莱。凯莱在矩阵的创立过程中做了极大的贡献。其中矩阵的转置矩阵、对称矩阵和斜对称矩阵的定义都是由凯莱给出的。“从逻辑上来说，矩阵的概念应限于行列式的概念，但在历史上却正好相反。”凯莱如是说。1858年，《A memoir on the theory of matrices》系统阐述了矩阵的理论体系，并在文中给出了矩阵乘积的定义。 对矩阵的研究并没有因为矩阵论的产生而停止。1884年，西尔维斯特给出了矩阵中的对角矩阵和数量矩阵的定义。1861年，史密斯给出齐次方程组的解的存在性和个数时引进了增广矩阵和非增广矩阵的术语。同时，德国数学家弗罗伯纽斯的贡献也是不可磨灭的，他的贡献主要是在矩阵的特征方程、特征根、矩阵的秩、正交矩阵、矩阵方程等方面。并给出了正交矩阵、相似矩阵和合同矩阵的概念，指明了不同类型矩阵之间的关系和矩阵之间的重要性质。 3经典矩阵应用 3.1矩阵在经济学中的应用 投入产出综合平衡模型是一种宏观的经济模型,这是用来全面分析某个经济系统内 一、问题描述给定n个矩阵{A1,A2,…,An}，其中Ai与Ai+1是可乘的，i=1,2,…,n-1。要算出这n个矩阵的连乘积A1A2…An。由于矩阵乘法满足结合律，故计算矩阵的连乘积可以有许多不同的计算次序。这种计算次序可以用加括号的方式来确定。若一个矩阵连乘积的计算次序完全确定，也就是说该连乘积已完全加括号，则可以依此次序反复调用2个矩阵相乘的标准算法计算出矩阵连乘积。完全加括号的矩阵连乘积可递归地定义为：（1）单个矩阵是完全加括号的；（2）矩阵连乘积A是完全加括号的，则A可表示为2个完全加括号的矩阵连乘积B和C的乘积并加括号，即A=(BC)。例如，矩阵连乘积A1A2A3A4有5种不同的完全加括号的方式：（A1（A2（A3A4））），（A1（（A2A3）A4）），（（A1A2）（A3A4）），（（A1（A2A3））A4），（（（A1A2）A3）A4）。每一种完全加括号的方式对应于一个矩阵连乘积的计算次序，这决定着作乘积所需要的计算量。若A是一个p×q矩阵，B是一个q×r矩阵，则计算其乘积C=AB 的标准算法中，需要进行pqr次数乘。为了说明在计算矩阵连乘积时，加括号方式对整个计算量的影响，先考察3个矩阵{A1,A2,A3}连乘的情况。设这三个矩阵的维数分别为10×100，100×5，5×50。加括号的方式只有两种：（（A1A2）A3），（A1（A2A3）），第一种方式需要的数乘次数为10×100×5＋10×5×50＝7500，第二种方式需要的数乘次数为100×5×50＋10×100×50＝75000。第二种加括号方式的计算量时第一种方式计算量的10倍。由此可见，在计算矩阵连乘积时，加括号方式，即计算次序对计算量有很大的影响。于是，自然提出矩阵连乘积的最优计算次序问题，即对于给定的相继n个矩阵{A1,A2,…,An}（其中矩阵Ai的维数为pi-1×pi，i ＝1,2,…,n），如何确定计算矩阵连乘积A1A2…An的计算次序（完全加括号方式），使得依此次序计算矩阵连乘积需要的数乘次数最少。穷举搜索法的计算量太大，它不是一个有效的算法，本实验采用动态规划算法解矩阵连乘积的最优计算次序问题。 二、算法思路动态规划算法的基本思想是将待求解问题分成若干个子问题，先求解子问题，然后从这些子问题的解得到原问题的解。与分治法不同的是，动态规划法经分解得到的子问题往往不是相互独立的，前一子问题的解为后一子问题的解提供有用的信息，可以用一个表来记录所有已解决的子问题的答案，不管该子问题以后是否被用到，只要它被计算过，就将其结果填入表中。本实验的算法思路是： 1、计算最优值算法MatrixChain()：建立两张表（即程序中的**m和**s，利用二维指针存放），一张表存储矩阵相乘的最小运算量，主对角线上的值为0，依次求2个矩阵、3个矩阵…、直到n个矩阵相乘的最小运算量，其中每次矩阵相乘的最小运算量都在上一次矩阵相乘的最小运算量的基础上求得，最后一次求得的值即为n个矩阵相乘的最小运算量；另 东华2011~2012学年《应用密码学》试卷 （回忆版） 一. 单选题 1. 以下关于非对称密码的说法，错误的是（） A. 加密算法和解密使用不同的密钥 B．非对称密码也称为公钥密码 C. 非对称密码可以用来实现数字签名 D. 非对称密码不能用来加密数据 2. 在RSA密钥产生过程中，选择了两个素数，p=17，q=41，求欧拉函数Φ（n）的值（） A. 481 B. 444 C. 432 D. 640 3. 假如Alice想使用公钥密码算法发送一个加密的消息给Bob，此信息只有Bob 才能解密，Alice使用哪个密钥来加密这个信息？（） A．A的公钥 B. A的私钥 C. B的公钥 D. B的私钥 4. 以下基于大整数因子分解难题的公钥密码算法是？（） A. EIGamal B. ECC C. RSA D. AES 5. 以下哪种算法为不可逆的数学运算 A．MD5 B．RC4 C．IDEA D．DES 6. MAC和对称加密类似，但是也有区别，以下哪个选项指出了MAC和对称加密算法的区别？ A．MAC不使用密钥 B．MAC使用两个密钥分别用于加密和解密 C．MAC是散列函数 D．MAC算法不要求可逆性而加密算法必须是可逆的 7. HMAC使用SHA-1作为其嵌入的散列函数，使用的密钥长度是256位，数据长度1024位，则该HMAC的输出是多少位？ A. 256 B. 1024 C. 512 D. 160 二.填空题 1. DES加密算法的明文分组长度是位，密文分组长度是位；AES分组长度是位；MD5输出是位；SHA-1输出是位。 2. 如C=9m+2(mod26),此时假设密文C=7，则m= . 3.已知RSA加密算法中，n=21，e=5，当密文c=7时，求出此时的明文m= 4.Hmac的算法表达式是。 5.假设hash函数h的输出为k位，则散列结果发生碰撞的概率为 6. DES加密算法是结构，AES算法是结构。 三解答题 1.解释说明什么是零知识证明 2.Hash函数h，请分析h 特性和安全要求我看矩阵在实际生活中的应用
关于密码学的发展和一些常见的加密算法
矩阵连乘最佳加括号方式-动态规划算法
《现代密码学》读书报告
2017年青岛大学应用密码学考研专业课真题硕士研究生入学考试试题
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