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下面呢我们讲一下编码解码学

编码解码学在网络安全的研究中

还是说它是一个非常非常重要的一个基石

这就像我们真的是建高楼大厦

一定要打好地基一样

因为没有编码解码学

我们几乎大部分啊

就是不说所有的

大部分这个网络安全的协议

是没有办法工作的

那编码解码学它自己自成一套学科了

应该是有自己的专门的课程去进行解释

但是呢作为网络安全的一个基础知识

我还是会就是花相当大的一个篇幅

来跟大家一起

来过一下编码解码学的基本的一些概念

那这一部分的知识点呢

我们做下面的几个部分介绍

首先是解码解码学的基本概念

第二部分呢就是鉴别认证Authentication

这一部分它是什么意思啊

那个我们怎么做

还有最后一个就是说非常重要的

是Message Integrity

这一部分是怎么样去完成的

基本概念 首先我们先来学习一下

密码学或者编码解码学的基本术语

在编码解码学中

我们管要被编码的这个文件叫做原文

这个Alice她写了一段原文

那Alice呢她有她的这个加密的密钥

就是Encryption key

英文叫Encryption key

那原文和这个加密密钥

一起输入到加密算法中得到密文

这个密文呢就是

这个Encrypted或者Ciphertext

那这Ciphertext是在这个数据管道中

进行传输的

那这个时候呢Trudy

还是讲因为有这样一个Hacker

她坐在那里她可能会

去截获网络中的传输的包

那这个时候Trudy她拿到的包

实际上是Ciphertext它不是原文

那对于Trudy而言她想要知道原文是什么

她就必须要做这个

不断的努力去进行解密

密文被这个接收方收到以后呢

这个接收方Bob

他就需要一个解密的这样一个密钥

就是Decryption key

这个Bob呢他拿到原文加Encryption key

送到加密算法中生成密文

密文加Decryption key

送到解密算法中生成原文

这个是密码学的一些基本术语

那我们用一些这个数学的这些

叫做notation来进行表达的话呢

就是说m我们管它叫原文

KA(m)就是密文

用Alice的密钥进行加密的密文

然后呢我们通过最后一个小的算式啊

m = KB(KA(m))

就是说用Bob的解密密钥

去解密这个用Alice的加密密钥加密的

这样一个密文就能得到原文

这样一个概念

这个是简单的术语

那么我们看一下最最简单的一个加密算法

这个实际上是我教过我的小孩的

一个七岁的孩子都可以学的会的

一个加密算法

我相信大家也非常容易理解

那这个加密算法呢叫做

单维替换式编码 substitution cipher

它的大概的意思呢就是说

我用一组字符替代另一组字符

并且呢规定两组字符替代的

一一对应的关系

这个就是最简单的单维的替换式编码

比如说我们看一下这个原文

就是abcdef这个26个英文字母

按顺序排列 这是原文

那它的密文呢

相应的密文就是下面这一行

a对应m b对应n

c对应b d对应v 以此类推

那每一个26个字母的原文

都有一个相应的密文

这个一一对应的关系

实际上就是我们说的Encryption key

Encryption key它不是一段数据

它不是一个数字

而是在这个例子里面

是一个一一对应的关系

那我们通过这个一一对应的关系

通过简单的这样一个单维的替换式编码

下面这个例子写着

原文是说Bob I love you. Aliace

这样一个简单的英文的句子

那这是原文

我通过上面的给出的

这个简单的加密算法呢

它得到的密文是什么呢

就是下面这一行

因为我们在原文和密文的这个对应关系中

我们可以看的到

b对应的是n对吧o对应的是k

就是以此类推

所以那原文这个Bob I love you. Aliace这句话

它的秘文就是nkn.s gktc wky. mgsbc

你拿到这一句话

就下面这个密文你真的是不知所云

不知道它是什么

这就是达到了这个编码学的目的

就是加密的目的

那我拿到这个信息的这个人

他看不懂这信息是什么

只有有钥匙的人才能够解开

那在这个例子里面这个钥匙是什么

就是这个一一对应的关系

这个就是最简单的加密算法

一个单维的替换识别码这个加密

那么我们现在呢看一个

这个稍微复杂一点点的方法啊

叫做多维替代式编码n substitution ciphers

在这个n substitution ciphers里面呢

我们实际上是说

顾名思义有N个替代式编码

那就是多维嘛

那N就是N维

就是我们看用数学的这个表达

就是M1 M2到Mn

每一个M每一个大写的这个M

实际上它代表的是一个替代关系

那所以有N个替代关系

但是这个N个替代关系我们怎么用呢

我们对这个N个替代关系

它还有一个cyclic pattern

我们可以多维对应一定的循环的排列顺序

比如说当n=4的时候

那就是有4维的这个替代编码

就是M有4个 有M1 M2 M3 M4

那这个每一个替代编码

我在真正做Encryption的时候怎么用呢

就是说我给它规定一个循环排列顺序

比如说n=4那它的循环排列顺序就是

我先用M1的替代算法

再用M3的然后再用M4的

最后我用M2的

而不是按着顺序M1 M2 M3 M4不是这样子的

在这个例子里面我们看到的是

先用M1然后用M3然后用M4

然后再用M3然后再用M2

那用这样一个循环顺序来进行加密

这个呢是什么意思呢

我们来看一个具体的例子

比如说这个dog

我们对这个词进行加密

用这个多维替代编码进行加密

那dog有三个字母d o g

根据上面这个cycling pattern

M1M3M4就是这三个

三个替代顺序呢应该是我们能够用的到的

对吧那dog第一个字母d的密文

它的这个密文字符是出自

M1的里面规定的替代关系

o的密文这个字符是出自M3的

这个替代关系里面

这个o对应的是哪个字母

g的密文字符呢是出自

M4的这个替代关系里面

那个里面的g它对应的是哪一个字母

ok这个是多维替代式编码的

这样一个大概的概念

回头给大家留几道练习题

我们来看一下这个还是挺好玩的一个东西

甚至可以用在这个实际的生活中

在这种这个编码算法里面

我们的密钥就更加稍微复杂一点

不像刚才

刚才的那个密钥呢就是

它就是一个一维的一一对应的关系

那在这个编码的这个算法里面呢

密钥是包括两个部分

第一个部分是说

是n个替代编码规则

就是每一个M这是怎么定义的

你可以是n个编码替代规则

这是一部分

第二个部分呢还有就是说是这个

n个这个编码规则

它的循环排列的这个顺序

就是这个cycling pattern是什么

这是两个部分同时组成这个密钥的结构

这个是多维的这个替代式编码

它的一个基本概念

通过一些习题可能大家会对

这个多维替代编码有更加深刻的了解