K書筆記本-Cryptography(03)

密碼學的基礎中，密碼系統(Cryptosystems)並不是非常的安全，主要的原因除了以語言特性分析的問題以外，
簡單又容易的找到有問題的字元，這種類型的問題，其實與很多的破密分析中，解除與明文長度相同的加密
幾乎都能順利的找到明文內容也是很容易的，一個好的演算法必須要能在明文若改變1bit而密碼的改變高達50%以上
才是好的演算法，這種就被稱為Strict avalnche criterion;完全崩塌準則，當這樣的演算法才能避免以語言特性的破密法

再者，同一種演算法，在不同的兩把key對相同的明文進行演算時，也要能達成兩個不同key所演算後的密文內容
達到50%以上的改變，否則對於明文被重排時，還是可以比對出演算法的內容差異，
這個也是密碼系統在設計時必須考量到的問題。

基本的重排演算中，又可以被稱為substitution boxes或者叫做S-Boxes，在此指出的S-boxes中的”S”指的就是substitution
另外Transposition(更換) or Permutation(排列)也是屬於此法中常見的特徵，Compression(擠壓)則是hash的精神所在了，
把所有的內容值不論長短，均演算成為相同長度，此時若較長的字串則會受到擠壓了，那麼有由長的變成短的，
當然也會有短的明文Expansion(擴張)為較長的密文，在這個部份又因為key或是subkey的使用而擴大了
這個擴大的過程就稱為padding(補齊)亦指加入額外的資材在明文被加密為密文之後
也增加了因為訊息是被加密的過程中以foil traffic analysis(破列傳遞分析)可找到更多演算法的弱點

key mixing則是在加強了密碼的強度，不論在加密過程中使用了以key schedule的方式加強了key本身的安全性及key的可用性
key schedule又稱為key space，下圖即為key schedule的示意圖：

Initialization Vectors (IV):是決定了在整個密碼的加密過程中，增加了亂數的演算層度，有了IV的加入，使用密文更加的Random
在此我們提出一個例子，有一個很有名的加密法叫做RC4他是一種相當的Random的演算法，應用在WEP上
後為何變的如此的容易解開，原因發生在IV，這個加入亂數的IV是由User自行設定的share key，當share key常年不改的狀況之下
即使再random的演算法，只要蒐集到一定的封包量，要解開其內容就變的相當的容易
因此IV產出夠不夠Random也變成相當的重要。

Exclusive-OR(XOR)中文叫做反或閘，是一種數位電子運算的基礎，當兩個二進位的數串經過XOR演算
取出來的值就變的相當的複雜，例如有兩個不同的值分別是11100101及10101111經過XOR演算之後成了01001010
只要有其中一個值再度加入XOR演算就可以得到原另一值，是一種可以拿來做演算或是拿來驗證加密的內容的方法。

Symmetric key cryptography(對稱式金鑰密碼學)中包含的相當多的演算法，是整個密碼系統產生的始祖
Pre-Share key也是其中一種對稱式加密，其中包含：
single shared key又稱為private key/ single key/ secret key，不論是發送者或者是接收者都是使用同一把金鑰進行加密。
many algorithms: 它是眾多種公開標準的密碼演算法的基礎。
two main classes:因使用的方法不同，又分為兩種類別Stream Ciphers(串流加密)及black ciphers(分段加密)
stream是以時間區隔以不同的金鑰加密，因此相同明文可達到不同密文的效果，black ciphers則是以區段做區隔
因此同明文則密文亦會相同。下列是同步金鑰演算的過程：整個演算的過程只用到一把金鑰。

接下來，再與大家討論有關Symmetric key的各項議題，包括各種標準的運作原理。先給jason起來運動運動，不然屁股快跟椅子合體了…

K書筆記本-Cryptography(02)

密碼學中領域是離不開數學的，正所謂數學乃科學之母是一點也錯不了的，
從進位制、到網路傳遞都是經過數學的計算後，才真正得以正確的達成電腦的目的，
上個章節只能說是暖暖身，抖抖手腳，今天開始的分享才是真正講起沒有啥人聽的懂的話。

在基本的密碼系統之下，大致上分為：Code(密碼)、Substitution(替換)、Transposition(換置、重排)、
Polyalphabetic Substitution Cipher(多套字母替換)、Running Key(金鑰)、one-time pads(一次性密碼)

code:指的是將一串明文的被經過處理的文字串，以簡單的換置、替換…方法維持了基本的完整性及機密性。

Transposition:將原本的字串重新的排列將順序重新排列，有多重的方法去確保了明文的內容有效性。詳見下圖
我們將this is an example of transposition排列到下列表格中

T	H	I	S	I
S	A	N	E	X
A	M	P	L	E
O	F	T	R	A
N	S	P	O	S
I	T	I	O	N

橫的來看，還是原來的字串，但是將字串改變成為直的運作TSAONI HAMFST INPTPI SELROO IXEASN
以這樣的方式將原本的型態都是以明文做傳遞，以打散重排(Rearranging)的方式來保障字串原本的意義。

Substitution:以取代的方式將文字做順序的位移，當文字的變成另一個文字時就保護了真正的明文意義，
但這種方法只要以frequency analysis(語言特性分析)即可破解，例如英文中常見的組合er、qu則容易算出之間的文字差距，
因此容易被解開。
以上例為例：

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原

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Z

重排

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E

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G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z

A

B

C

this is an example of substitution經過重排後移4個字元，則變成了wklv lv hadpos ri vxevwlwxlrq，可以說是用了最基本的加密方式來達成隱碼的作用。

Polyalphabetic Substitution:以Substitution為基礎的一組多重重排的運算法，也就是說，除了以一種的重排理論來運作以外，還以不同的重排方法來加深加密的難度
在此以Frequency analysis就較難從中解出真正的文字意義了。
下列以四組重排字表來示範，以上面的例子做重排，第一個字為T重排為T，第二個字為H重排為K，第三個字為I重排為O，第四個字為S重排為B以此類推。

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G

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Running Key:與特定的字表加密將其順序打亂，並重新選字排列，與Polyalphabetic substitution雷同，但是，其複雜程度又與重排再難上許多
將欲加密的文字選定一個字多，並將其順序依照字碼的字重新選字，例如明文為 Jason so handsome，Key為man我們先將字串轉換為字碼再從字表選字

下表為字表

1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.	8.	9.	10.	11.	12.	13.	14.	15.	16.	17.	18.	19.	20.	21.	22.	23.	24.	25.	26.
G	H	I	J	K	L	M	N	O	P	Q	R	S	T	U	V	W	X	Y	Z	A	B	C	D	E	F

下表為字串內容及字碼(字碼大於26則必須減去26)，算好後字串就成了Chlhu lh ougklhty

字	J	A	S	O	N	S	O	H	A	N	D	S	O	M	E
字碼	10	1	19	15	14	19	15	8	1	14	4	19	15	13	5
字	M	A	N	M	A	N	M	A	N	M	A	N	M	A	N
字碼	13	1	14	13	1	14	13	1	14	13	1	14	13	1	14
AND	23	2	33	28	15	33	28	9	15	27	5	33	28	14	19
選字	C	H	L	H	U	L	H	O	U	G	K	L	H	T	Y

另外一種running key又稱為share book，意指雙方有一本相同的書，我們只需要傳輸第本書的第幾頁
第幾個字，這種方法即使密碼被取走了，沒有密碼書，還是解不開。

OTP:是目前最夯的一種密碼使用法，符合Some thing you have的精神，比起單純的some thing you know來說，強多了
OTP使用不管是傳送端、接收端都有很特殊的Key值，每一個key也只能使用一次，是一種只能不容易破解的演算法
它有幾個優點，不管是任種一種OTP在產生Key時是真正的random，沒有key會被重覆的使用，所有的pad安全的
即使是被惡意的拔開，也是無法被再次的使用了。

所有的密碼系統都離不開上列幾種，每種密碼系統特性在現在都還是看的到其踨影，下一段再跟大家一起來討論密碼學的部份囉!