重学线性代数
朱维刚
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重学线性代数
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13 | 如何通过有限向量空间加持的希尔密码,提高密码被破译的难度?

你好,我是朱维刚。欢迎你继续跟我学习线性代数。
今天我要讲的内容是“如何通过有限向量空间加持的希尔密码,提高密码被破译的难度”。
这篇的内容会非常有趣,是和密码加密、解密有关的。不知道你有没有看过电影《模仿游戏》,故事描述的是阿兰·图灵在二战期间破译德军的恩尼格玛密码机(Enigma),很精彩,我看了很多遍。
不过电影毕竟是电影,有许多内容是不现实的,好在表达出来的破译恩尼格玛密码的核心观点是正确的。要破译一份被恩尼格玛机加密的密文,需要这三类信息:
恩格玛机的工作原理及内部构造,包括每个转子的线路连接;
德军对恩格玛机的操作守则;
德军所使用的每日初始设置。恩格玛机的每日初始设置包含了三个信息:即转子的排列顺序、每个转子的初始位置,以及插线板的设置。这些信息被印刷在密码本上分发至德军全军,每 24 小时更换一次设置,每月更换一次密码本。
这些在电影里确实都交代了,我也不过多剧透了。其实,恩尼格玛密码机的本质就是替换密码。而今天我要讲的也是一种替换密码——希尔密码。因为我们专栏讲的是线性代数,所以,这篇应用我们会以矩阵论原理为基础,来进行讲解。

为什么需要希尔密码?

要讲密码,我们得先知道人们为什么需要它。
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希尔密码是一种基于矩阵论原理的替换密码,通过线性变换将明文字母转换为密文字母,解密则进行逆变换。文章介绍了希尔密码的加密和解密过程,以及其难以破译的特点。通过实例演示了使用3×3可逆矩阵进行加密和解密的步骤,展示了希尔密码的实际运用。希尔密码的难以破译性源于设置了三道关卡,包括列矩阵的维度未知、对应字母表的排列未知、加密矩阵(密钥)未知,使得破解难度极大。文章还提到了希尔密码相对于传统密码的优势,能够较好地抵抗频率分析,很难被攻破。此外,文章还提到了更复杂的加密算法AES,以及鼓励读者尝试使用希尔密码进行加密和解密的练习。整体而言,本文通过实例和理论知识深入浅出地介绍了希尔密码的原理和应用,为读者提供了一次有趣的密码学学习之旅。

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全部留言(2)

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  • Paul Shan
    希尔密码原理例子的加密矩阵E和解密矩阵D相乘不是单位矩阵,是不是我哪里算错了。

    作者回复: Hi Paul,漏了模乘逆元,我会修改一下。

    2020-08-31
    1
  • qinsi
    模仿游戏里因为德军每天都会发送相同文字开头的报文,所以能被盟军反推出密码机每天的初始配置。希尔密码也有这个问题
    2020-08-30
    1
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