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第二章 傳統秘密鑰匙系統

 所謂『傳統密碼學』,就是在取代換位的遊戲規則中,演變出一套加密系統,本章以 DES 演算法為範例來說明這套遊戲的精髓所在,並加入了秘密鑰匙的分配問題。

內容:

  • 2-1 密碼學概論

  • 2-2 傳統密碼學的基本原理

2-1 密碼學概論

密碼Cryptography一字是由希臘文字 “kryptos”(隱藏)和 “graphein”(寫字)組合而生,意思是將原來資料用『位置混排處理』(Position-Scrambling Process,使原始資料的次序呈現不規律狀態,來達到訊息保密的功能。在討論訊息保密過程中,我們將原來資料稱為『明文』(Plaintext,經過編密後稱為『密文』(Ciphertext,這個動作則稱為『加密』(Enciphering;相反動作稱為『解密』(Deciphering,整體通稱為『密碼系統』(Cryptosystem。圖 2-1 為密碼系統的運作圖,加密與解密分別使用一把鑰匙(圖 2-1 K1 K2),用下列式子表示加密和解密的運算:

2-1 密碼系統的運作程序

M = 明文

C = 密文

K1 = 加密鑰匙(key)、K2 = 解密鑰匙

E = 加密演算法

D = 解密演算法

它們之間的關係為:

加密:C = Ek1(M)

解密:M = Dk2(C) = Dk2 (Ek1(M))

加密處理是利用加密演算法 E,與鑰匙 K1關鍵因素,將明文 M 編碼處理得到密文 C = Ek1(M)。加密的反向即是解密處理,即是利用解密演算法 D 與鑰匙 K2,將密文 C編碼回原明文 M = Dk2(C)。如果加密鑰匙和解密鑰匙是同一把鑰匙的話(即 K1 = K2),則稱之為『對稱式密碼系統』;否則稱為『非對稱式密碼系統』(K1 K2)。另外,演算法 E D 兩者之間ㄧ定有某些關聯性,甚至某些密碼系統(如 DES)兩者採用同一套演算法。

對稱式密碼系統是表示傳送端與接收端共享同一把秘密鑰匙,其加解密也都使用同一把鑰匙。看似簡單,然而如何分配這把秘密鑰匙卻是一大難題。而且為了防患他人盜用,必須嚴密收藏這把鑰匙,故稱為『秘密金鑰系統』(Secret Key Cryptosystem)。

 

2-2 傳統密碼學的基本原理

『傳統密碼學』(Conventional Cryptosystem是由兩個基本加密動作所組成,一者是『換位加密法』(Transposition Cipher,另一個是『取代加密法』(Substitution Cipher。不論多複雜的傳統密碼演算法都是由這兩種加密法演變出來的。欲了解傳統密碼學,首先必須由這兩個基本元件談起,為了方便說明,我們還是以英文字元的加密作為範例來說明。

主講人:粘添壽博士

 

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