中国科学技术大学密码学基础：代换与置换技术解析

"中科大密码学课程资料，涵盖了经典密码学、代换技术、置换技术、乘积密码和信息隐藏技术等核心概念，适合信息学院的学生学习。" 密码学是一门涉及信息安全和通信保密的学科，它研究如何保护数据免受未经授权的访问、篡改或窃取。中科大的密码学课程提供了深入的理论基础和实际应用，帮助学生理解这一领域的基本原理。 在经典密码学中，代换技术是将明文中的字符替换为其他字符，而保持字符间的相对位置不变。例如，移位密码（Shift Cipher），也称为凯撒密码，是最简单的代换密码之一。在这里，每个字母被替换为其字母表中固定距离后的字母。以凯撒密码为例，如果移位量k为3，明文“meetmeafterthetogaparty”会被加密成“PHHWPHDIWHUWKHWRJDSDUWB”。然而，这种密码容易受到字频统计攻击，因为英文中各字母出现的频率是已知的，攻击者可以通过分析密文中的字母频率来破解。 置换技术则涉及改变明文字符的顺序，而不改变它们的表示形式。这种技术可以增加破解的难度，因为它打乱了原有的字符排列。例如，通过某种特定的置换规则，明文的字符顺序可以被重新排序，使得即使知道替换规则，也需要恢复原始顺序才能解读信息。 乘积密码结合了代换和置换两种技术，增加了加密的复杂性。其中，转轮机是一种典型的乘积密码设备，如二战时期的Enigma机器，它通过一系列可旋转的转轮和插板实现复杂的加密过程。Enigma的加密强度一度被认为不可破译，但最终还是被数学家和密码学家通过数学分析和计算能力攻破。 信息隐藏技术则是将秘密信息嵌入到看似无害的数据中，如图像、音频或文本，以达到隐藏信息的目的。这种技术可以用于版权保护、秘密通信等领域，同时也面临着检测和提取隐藏信息的挑战。 在密码学导论课程中，学生将学习这些基本概念，并逐渐了解更现代的加密算法，如对称加密和非对称加密，以及公钥基础设施（PKI）、数字签名和认证等高级主题。通过对这些内容的深入学习，学生将具备构建和评估安全通信系统的能力。