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数据加密与安全
掌握常用数据加密的方法,口令与密钥,理解简单加密算法的原理。
1. 数据加密与安全
(1)数据加密的原因及实现的主要安全目标。
①原因:数据通过公共信道传输,数据面临着被非授权读取、截获、篡改、伪造等一系列安全问题。
②主要安全目标:确保数据的保密性、完整性、不可否认性、存在性。
(2)密码与密钥。
①口令:登录信息系统时,需要输入的密码。
②密码:通常是指按特定编码规则,对通信双方的数据信息进行从明文到密文变换的一种技术方法。
③密钥:在密码算法中引进的控制参数,对一个算法采用不同的参数值,其解密结果就不同。加密算法中的控制参数称为加密密钥,解密算法中的控制参数称为密钥。
④密码系统:包括明文、密文、解密密钥和密码算法四个方面。
⑤原有的信息称为明文(Plaintext,简称P);明文经过加密变换后的形式称为密文(Ciphertext,简称C);如图1所示,由明文变为密文的过程称为加密(Enciphering,简称E), 通常由加密算法来实现;如图2所示,由密文还原成明文的过程称为解密(Deciphering,简称D), 通常由解密算法来实现。
图1　　
图2
常见的加密函数形式: C＝EK1(P);常见的解密函数形式: P＝DK2(C)。
2. 简单加密算法
替代密码 将明文中的每个位置的字符用其他字符替代,如凯撒密码
换位密码 将明文中的字符位置通过一定的规则重新排列。最简单的换位就是逆序法
简单异或 将明文与密钥进行异或运算,解密则是对密文用同一密钥进行异或运算,如0 0＝0、0 1＝1、1 0＝1、1 1＝0
(1)凯撒密码。
凯撒密码是典型的替代加密算法,例如:
明文:ABCDE
密钥:3
密文:DEFGH
(2)逆序法。
逆序法是最简单的换位密码算法,例如:
明文:Hello World!
密文:!dlroW olleH
(3)异或运算法。
异或运算法属于一种逻辑运算,数学符号为“ ”,运算时要求转换为二进制再对每位进行运算,例如:
字符串:Hello
明文(二进制):01001000 01100101 01101100 01101100 01101111
密钥(任意):10110001
密文:11111001 11010100 11011101 11011101 11011110
3. 对称与非对称密码体制
根据加密密钥(通常记为Ke)和解密密钥(通常记为Kd)的关系,密码体制可以分为对称密码体制和非对称密码体制。若一种加密方法Ke＝Kd,则称为对称密码体制或单钥密码体制。若一种加密方法Ke≠Kd,则称为非对称密码体制或双钥密码体制。在这种方法中,加密使用的密钥和解密使用的密钥不相同。
【例1】 小林统计了一首英文诗中的字母出现频率,把出现频率最高的10个字母组成一套编码,将自己生日中的8个数字转换成对应字符,其中小林的生日、出现频率最高的10个字母组成的编码、转换后的字符串在密码系统中分别是(　 　)
A. 明文、密文、密钥 B. 密文、密钥、明文
C. 明文、密钥、密文 D. 密钥、明文、密文
【例2】 对称密码体制与非对称密码体制的最大区别在于(　 　)
A. 算法实现难易度不同 B. 加密密钥与解密密钥是否相同
C. 算法的密钥强度不同 D. 算法的安全性不同
【例3】 为了数据安全,采用异或加密法。如果用二进制编码为“00101100”的密钥K 对明文进行简单异或加密,得到密文C的二进制编码是“01010101”,那么明文对应的二进制编码是(　 　)
A. 00101001 B. 01111001
C. 01000100 D. 00111000
【例4】 下列关于信息系统安全与信息社会责任的说法,正确的是(　 　)
A. 多人共享账户,不会影响信息系统的安全
B. 定期查杀病毒可以确保信息系统免受网络攻击
C. 网络上的不当行为可能会触犯法律
D. 任何密码算法中的加密密钥与解密密钥必须相同
【例5】 小李输入一个单词,对单词中最后一个字母进行加密,加密方式如下:将该字母字符按ASCII码顺序前移5个位置(循环排列)。
如单词“World”加密后为“Worly”,小李编写Python程序代码如下:
s＝input("请输入一个单词:")
#假设读到的单词均为合法单词,读取单词中最后一个字母
c1= ① s[len(s)－1] 或 s[－1]
if a <=c1<= z :　　# 小写字母
　　k=(ord(c1)－ord( a )－5＋26)%26＋ord( a )
　　c1=chr(k)
else:　　　　　　　# 大写字母
　　k=(② (ord(c1)－ord( A )－5＋26)%26＋ord( A ) )
　　c1=chr(k)
s=s[0:len(s)－2]＋c1　　#改错
print(s)
(1)在画线处填入正确的代码。
(2)加框处代码有错,请改正。
1. 下列选项中,不属于简单加密算法的是(　 　)
A. 替代密码 B. DES加密法
C. 简单异或 D. 换位密码
2. 算式7 11的计算结果为(　 　)
A. 1111 B. 1010
C. 1100 D. 0011
3. 下列关于数据加密的说法,错误的是(　 　)
A. 口令也是数据加密的一种
B. 凯撒密码是一种替代加密法
C. 数据加密是为了保护信息的保密性
D. 密码算法由加密算法和解密算法组成
4. 一个密码系统至少由明文、密文、密码算法和密钥四部分组成,其安全性主要由(　 　)
A. 密文决定 B. 密码算法决定
C. 明文决定 D. 密钥决定
5. 下列关于换位密码法的说法,正确的是(　 　)
A. 将明文中的字符位置通过一定的规则重新排列,得到密文
B. 将明文中的各字符替换为其他字符,得到密文
C. 在明文中的各字符之后增加其他字符,得到密文
D. 把明文中的字符适当减少,得到密文数据加密与安全
掌握常用数据加密的方法,口令与密钥,理解简单加密算法的原理。
1. 数据加密与安全
(1)数据加密的原因及实现的主要安全目标。
①原因:数据通过公共信道传输,数据面临着被非授权读取、截获、篡改、伪造等一系列安全问题。
②主要安全目标:确保数据的保密性、完整性、不可否认性、存在性。
(2)密码与密钥。
①口令:登录信息系统时,需要输入的密码。
②密码:通常是指按特定编码规则,对通信双方的数据信息进行从明文到密文变换的一种技术方法。
③密钥:在密码算法中引进的控制参数,对一个算法采用不同的参数值,其解密结果就不同。加密算法中的控制参数称为加密密钥,解密算法中的控制参数称为密钥。
④密码系统:包括明文、密文、解密密钥和密码算法四个方面。
⑤原有的信息称为明文(Plaintext,简称P);明文经过加密变换后的形式称为密文(Ciphertext,简称C);如图1所示,由明文变为密文的过程称为加密(Enciphering,简称E), 通常由加密算法来实现;如图2所示,由密文还原成明文的过程称为解密(Deciphering,简称D), 通常由解密算法来实现。
图1　　
图2
常见的加密函数形式: C＝EK1(P);常见的解密函数形式: P＝DK2(C)。
2. 简单加密算法
替代密码 将明文中的每个位置的字符用其他字符替代,如凯撒密码
换位密码 将明文中的字符位置通过一定的规则重新排列。最简单的换位就是逆序法
简单异或 将明文与密钥进行异或运算,解密则是对密文用同一密钥进行异或运算,如0 0＝0、0 1＝1、1 0＝1、1 1＝0
(1)凯撒密码。
凯撒密码是典型的替代加密算法,例如:
明文:ABCDE
密钥:3
密文:DEFGH
(2)逆序法。
逆序法是最简单的换位密码算法,例如:
明文:Hello World!
密文:!dlroW olleH
(3)异或运算法。
异或运算法属于一种逻辑运算,数学符号为“ ”,运算时要求转换为二进制再对每位进行运算,例如:
字符串:Hello
明文(二进制):01001000 01100101 01101100 01101100 01101111
密钥(任意):10110001
密文:11111001 11010100 11011101 11011101 11011110
3. 对称与非对称密码体制
根据加密密钥(通常记为Ke)和解密密钥(通常记为Kd)的关系,密码体制可以分为对称密码体制和非对称密码体制。若一种加密方法Ke＝Kd,则称为对称密码体制或单钥密码体制。若一种加密方法Ke≠Kd,则称为非对称密码体制或双钥密码体制。在这种方法中,加密使用的密钥和解密使用的密钥不相同。
【例1】 小林统计了一首英文诗中的字母出现频率,把出现频率最高的10个字母组成一套编码,将自己生日中的8个数字转换成对应字符,其中小林的生日、出现频率最高的10个字母组成的编码、转换后的字符串在密码系统中分别是(　C　)
A. 明文、密文、密钥 B. 密文、密钥、明文
C. 明文、密钥、密文 D. 密钥、明文、密文
【解析】 小林的生日是明文, 出现频率最高的10个字母组成的编码是密钥, 转换后的字符串是密文,C正确。
【例2】 对称密码体制与非对称密码体制的最大区别在于(　B　)
A. 算法实现难易度不同 B. 加密密钥与解密密钥是否相同
C. 算法的密钥强度不同 D. 算法的安全性不同
【解析】 若一种加密方法Ke＝Kd,则称为对称密码体制,否则称为非对称密码体制,B符合题意。
【例3】 为了数据安全,采用异或加密法。如果用二进制编码为“00101100”的密钥K 对明文进行简单异或加密,得到密文C的二进制编码是“01010101”,那么明文对应的二进制编码是(　B　)
A. 00101001 B. 01111001
C. 01000100 D. 00111000
【解析】 明文可以通过密文和密钥的异或运算得到,异或原则:相同为0,不同为1。运算如下:
0 1 0 1 0 1 0 1 (密文)
0 0 1 0 1 1 0 0 (密钥)
0 1 1 1 1 0 0 1 (明文)
【例4】 下列关于信息系统安全与信息社会责任的说法,正确的是(　C　)
A. 多人共享账户,不会影响信息系统的安全
B. 定期查杀病毒可以确保信息系统免受网络攻击
C. 网络上的不当行为可能会触犯法律
D. 任何密码算法中的加密密钥与解密密钥必须相同
【解析】 本题考查信息系统的安全及信息社会责任知识。多人共享账户,导致信息系统存在安全隐患,A错误;定期查杀病毒可以提高信息系统的安全性,但不能保证绝对的安全,B错误;人们在网络上要遵守法律法规和网络道德规范,不当行为也会触犯法律,C正确;非对称密码体制的加密密钥与解密密钥不相同,D错误。
【例5】 小李输入一个单词,对单词中最后一个字母进行加密,加密方式如下:将该字母字符按ASCII码顺序前移5个位置(循环排列)。
如单词“World”加密后为“Worly”,小李编写Python程序代码如下:
s＝input("请输入一个单词:")
#假设读到的单词均为合法单词,读取单词中最后一个字母
c1= ① s[len(s)－1] 或 s[－1]
if a <=c1<= z :　　# 小写字母
　　k=(ord(c1)－ord( a )－5＋26)%26＋ord( a )
　　c1=chr(k)
else:　　　　　　　# 大写字母
　　k=(② (ord(c1)－ord( A )－5＋26)%26＋ord( A ) )
　　c1=chr(k)
s=s[0:len(s)－2]＋c1　　#改错
print(s)
(1)在画线处填入正确的代码。
(2)加框处代码有错,请改正。
【答案】改错:s＝s[0:len(s)－1]＋c1或s＝s[0:－1]＋c1
【解析】 本题是字符串综合应用题。(1)①考核字符串访问,怎样读取最后位置字符,答案是:s[len(s)－1]或s[－1]。②考核运算符%的应用, ord(x)函数返回字符x对应的ASCII值,或者Unicode数值,本题中是ASCII数值,由于是在1~26个字母之间进行循环前移,所以首先将26个字母按[0~25]编号:ord(c1)－ord( A ),再结合%运算符特征,将其前移5个位置:ord(c1)－ord( A ) －5＋26,因此与之对应的字符编号是:(ord(c1)－ord( A )－5＋26)%26＋ord( A ),所以,答案是:(ord(c1)－ord( A )－5＋26)%26＋ord( A )。(2)将字符串最后一个字符替换,最后一个字符左侧位置索引号是:len(s)－2,但在字符串切片操作中,右边区间是开区间,因此答案是:s＝s[0:len(s)－1]＋c1或s＝s[0:－1]＋c1。
1. 下列选项中,不属于简单加密算法的是(　B　)
A. 替代密码 B. DES加密法
C. 简单异或 D. 换位密码
【解析】 DES加密法属于对称密码,它不是简单加密法,B符合题意。
2. 算式7 11的计算结果为(　C　)
A. 1111 B. 1010
C. 1100 D. 0011
【解析】 根据运算规则,将十进制数7和11分别转换为二进制0111和1011,然后根据异或运算的法则得到结果为1100,C正确。
3. 下列关于数据加密的说法,错误的是(　A　)
A. 口令也是数据加密的一种
B. 凯撒密码是一种替代加密法
C. 数据加密是为了保护信息的保密性
D. 密码算法由加密算法和解密算法组成
【解析】 口令用于用户身份认证,不属于数据加密,A符合题意。
4. 一个密码系统至少由明文、密文、密码算法和密钥四部分组成,其安全性主要由(　D　)
A. 密文决定 B. 密码算法决定
C. 明文决定 D. 密钥决定
【解析】 密钥是一种参数,它是在将明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的参数,密钥被人得知,则可以进行解密,密码被破解,所以安全性主要由密钥决定,D正确。
5. 下列关于换位密码法的说法,正确的是(　A　)
A. 将明文中的字符位置通过一定的规则重新排列,得到密文
B. 将明文中的各字符替换为其他字符,得到密文
C. 在明文中的各字符之后增加其他字符,得到密文
D. 把明文中的字符适当减少,得到密文
【解析】 将明文中的字符位置通过一定的规则重新排列得到密码的方法就是换位密码法,A正确。

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