古典密碼分析(冗餘度,唯一解距離,語言統計,重合指數)

冗餘度

在有意義的英文字母文本中,每個字符所攜帶的平均信息(每個字符的熵)的估計值等於1.5比特。
在語言學上在實際的英文中,平均每個英文字母攜帶的信息熵是4.7(log26,具體怎麼求得在此不詳細說明)。
那麼在英文密碼中,每個字符的冗餘度就是3.2.
經驗證據顯示,對於有意義消息上的任意簡單替代 ,一位熟練的密碼分析者只需25個密文字符就能恢復明文。

唯一解距離

唯一解距離是不受計算限制的敵手恢復唯一的加密密鑰所需的最小密文量(字符數)。
在隨機密碼模型下,一個密碼的唯一解距離的期望 值爲 N=H(K)/D ,其中 H(K)是密鑰空間的熵(如64 比特有 226 個等概率的密鑰), D 是明文冗餘度(比特/ 字符)。
在隨機密碼模型下,可估 計週期爲 t的簡單換位密碼的唯一解距離,假設明文 的冗餘度 D=3.2 比特/字符
在此情形下,H(K)/D =lg(t!)/3.2 比特/字符,當 t=12 時 , 唯一解距離的估計值爲9個字符。若是凱撒密碼,則y=26,最終H(K)爲28,與上述經驗值相差不大。
經驗證據顯示,對於有意義消息上的任意簡單替代 ,一位熟練的密碼分析者只需25個密文字符就能恢復明文。

語言統計

在這裏插入圖片描述
很好理解,如果經過簡單加密之後密碼錶中的字符的頻率不改變的話,非常容易被破解。
單字母表替代密碼中有一段這樣的密文:
UZQSOVUOHXMOPVGPOZPEVSGZWSZOPFPESXUDBMETS XAIZVUEPHZHMDZSHZOWSFPAPPDTSVPQUZWYMXUZUH SXEPYEPOPDZSZUFPOMBZWPFUPZHMDJUDTMOHMQ
可利用前圖進行分析,繼續進行類似的分析、測試 ,就能的出完整的明文,加上空格後如下:
it was disclosed yesterday that several informal but direct contact have been made with political representative of the viet cong in moscow
可以通過程序來實現。

重合指數

重合指數(IC)是對密文樣本中字母表相對頻率的 一種度量,通過確定週期 t ,使得多字母表密碼分析 變得容易。

(用IC估計多字母表週期)列出週期 t=1,2,3… 時IC的期 望值,然後將它與從一個特定密文中獲得的表相比 較,從而得到對該密碼週期 的粗略估計。

IC期望值的計算公式:
對於一個週期爲t的多字母表替代密碼,一個長度爲 L的密文串重合指數的期望值爲E(IC) ,其中n是字母表字符數。kr=1/n,kp 在下表中給出:
在這裏插入圖片描述
kp 中的 p是指一個明文的頻率分佈,而 kr 中的 是隨 機字符的一個分佈。對於羅馬字母表,n=26 意味着 kr =0.03846 ;對於俄羅斯西裏爾字母表, n=30 。
在這裏插入圖片描述
關於 kp:設密文字母表(a0, a1,a2…an-1 ) , pi是在隨機密文中隨機選 取的一個字符 ai的未知概率。
粗糙度是密文字符與均勻頻率分佈的偏差,:
在這裏插入圖片描述
定義最大值爲 MRmax ,其中,當 pi爲明文頻率時, 對應於 Σpi2

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