保密学 百科内容来自于: 百度百科

基本概念

保密学中着重研究消息的变形及其合法复现的称为密码学;处于局外人的地位,着重从已变形的消息中研究其含意的复现规律的称为密码分析学。除这些内容外,保密学有时还泛指包括诸如隐蔽通信、业务保密与业务分析、截收与测向、电子对抗等在内的提供信号安全与获取信号情报的一切方式。
保密体制或称密码体制,是由密钥控制的消息或信号变形处理的一族规则。假设对拉丁字母作变形处理,其规则是:将明文字母按字母顺序abcd…排列时,其对应的密文字母HIJK…也按字母顺序排列,Z后面接着排ABCD…,但明文字母a可以对应于密文的A到Z中任何字母。这是一种保密体制,称为代替密表体制。又因明文字母按自然序排列时密文字母也是自然序,故称为自然序代替密表。可供选取的这一种或那一种对应关系(特定的变形规则)称为密钥,在这里共有26种选取方法,除去没有变形的以外有25种,这个数目称为密钥量。
在保密体制中最初引入密钥仅是为了使它有一些可供选择的变化,但后来却认识到它是保密的关键因素。保密体制的其他部分,即变形处理的一般规则,有可能被截取者知道,并且难于迅速更换。只有特定的密钥,即具体选哪一种变形规则可以保守秘密,丢失了也便于更换。因此“必须使秘密仅存在于密钥之中”成为公认的原则。保密体制的保密性即以此来衡量。这种保密体制可能为消息的截获者用统计方法破译密文字母。
密码学和密码分析学的任务是相互对抗的,然而作为科学技术二者是相互依存和促进的。

近代保密学理论基础

保密学理论是由C.E.仙农奠基的,以后又有许多新的发展。  

保密体制模型

图1 中的M表示全部可能的明文消息的集合,每个消息都有一个与之相联系的概率。K是全部密钥的集合,C是全部密文的集合,每个密钥与密文也都有一个与之相联系的概率。有一具体消息m∈M,一特定密钥k∈K,则密文c∈C可由c=Ek(m)表达,其中Ek(·)为加密变换,而解密过程可由m=Dk(c)表达,Dk(·)为解密变换。图中传送密钥的信道应有安全保障,而传送密文的是通常可能被截收的无线、有线信道。图中的截取者从信道上截取密文,并应用密码分析技术试图从中恢复出密钥和消息。按照秘密仅存在于密钥之中的原则,消息的范围和概率,密钥的范围和概率,和加密、解密变换的一般方式都可能为截取者所知道。这就是保密体制的模型。一个密码体制应由以下五个要素组成:明文消息集合M和其概率分布p(M);密文集合C及其概率分布p(C);密钥集合K及其概率分布p(K);加密变换族Ek(k∈K);解密变换族Dk=Ek-1(k∈K);并分别记为【M,p(M);C,p(C);K,p(K);Ek;Dk】

惟一解距离

经验表明,对短报文的破译往往能得到多种结果,其中概率最高的消息未必是真实的,而对长报文只要能得出结果几乎总是真的。并且,密钥量和语言剩余度对于破译能否得到正确的结果起着重要作用。仙农将密钥量和语言剩余度表达为字符数目的函数,引入熵作为信息计量标准,并用疑义度作为理论保密指标。他用HC(M)=0,即已知密文后对消息不存在任何疑义度作为消息有惟一解的条件。此时所需的密文字符数称作惟一解距离。仙农是用两条曲线的交点来表达这种关系的。这个关系也可用代数式近似,此时惟一解距离取为n0=H(K)/d,其中H(K)为密钥熵,d为所用语言的剩余。这个理论的重要性在于指出增加密钥量和减少语言剩余是改善保密体制的重要因素。

理论保密和计算保密

从惟一解的理论出发,仙农导出两种理想化的保密体制。一种称为完全保密体制,其特点是密钥数量随字符数的增加而无限制地增加,实际体制原型是一次一密乱码本和弗纳姆体制。另一种称之为理想保密体制,其特点是消息的剩余被完全消除。这两种体制的共同点是无论密文的数量多大都不会出现惟一解,因而被称为是理论保密体制,实际使用却受到很大限制。完全保密体制要求“安全传送”的密钥字符的数量不能少于消息字符的数量,消息量稍多就难以实现。理想保密要求彻底消除剩余度,对自然语言也难实现。实际上能广泛使用的不是理论保密的体制而是计算保密的体制。虽然当密文数量增加到一定程度,计算保密体制会出现惟一解,但为获得这个解需要相当大的计算量。设计这类保密体制的出发点是:在最坏条件下为获得此惟一解所需的计算量或存储量,在现实的计算技术水平下是无法实现的,或者在保密所要求的最小时限内是不能解出的。最坏条件是指截取者具有超过唯一解距离的密文量,完全了解保密的一般体制而且具有一定数量与密文相对应的明文。
由于微电子技术的发展,一个保密体制有相当大的密钥量已不难做到。如果用穷举搜索或类似的算法去解,这些体制往往都是安全的。问题在于有无快速解法。例如,线性移位寄存器的保密体制有快速解法已属众所周知。
大多数流水密码与分组密码在有对应的明文、密文条件下,可以构成以密钥为变量的非线性方程组。这类非线性方程组的求解问题属于NP完全性问题。NP完全性问题在确定型计算机中尚无多项式时间算法,而一般认为没有多项式时间算法的问题是计算上不可行的,这种体制是计算保密的。因而计算复杂性已成为对计算保密问题有指导作用的理论。然而,一个具体的保密体制不一定是NP完全性问题,可能有多项式时间算法,需要作具体的密码分析。

公开密钥保密体制

参考书目

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- 来自原声例句
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