1、3.43.4 加密与解密加密与解密 学习目标：学习目标： 理解数据加密与解密和概念及原理。 会分析生活中由密码引起的数据安全问题，理解对数据进行保护的意义。 了解数据加密的历史 会用 Python 实现简单的加密算法 恺撒密码的加密与解密算法。 【教学重点】【教学重点】 会分析生活中由密码引起的数据安全问题，理解对数据进行保护的意义。 恺撒密码的加密与解密算法。 【教学难点】【教学难点】 用穷举法破解密码；恺撒密码的加密与解密算法。 【教学过程】【教学过程】 一、引入一、引入 1.学生预习，阅读第 77 页“任务一解开网站账号被盗之谜”之“活动 1防范盗窃行为” ，填 写下表。来源:学科网 密
2、码盗窃与防盗分析表 盗窃方式防盗窃措施 肩窥方式 我们可以在输入密码时遮挡自己的操作过程，防止别人偷看密码信息我们可以在输入密码时遮挡自己的操作过程，防止别人偷看密码信息； 或者确定环境安全后再进行操作或者确定环境安全后再进行操作 字典破解 密码不要用生日密码不要用生日、姓名及拼音缩写姓名及拼音缩写、手机号手机号、简单数字组合简单数字组合、单词单词、身身 份证号、用户份证号、用户IdId 暴力破解同时包含大小写字母、数字、特殊符号，不少于同时包含大小写字母、数字、特殊符号，不少于8 8个字符个字符 二、密码二、密码 1 1、密码的定义：、密码的定义： 密码是指用来核对用户指用来核对用户IDID
3、以验证用户就是本人的一组字符。以验证用户就是本人的一组字符。 2 2、活动：设置安全密码、活动：设置安全密码 运行“数据安全性测试.py”并测试穷举搜索一个5位、7位和9位的数字密码，分别需要多长 时间，填写下表。（文件己下发到学生机桌面） 表3.4.2 穷举搜索密码需要的时间 运行程序：（学生运行，调试结果）运行程序：（学生运行，调试结果） 【比一比】当然，我们也可以编写无可视化界面的程序，程序更简单。 程序运行结果：程序运行结果： 密码长度密码值破解时间 5位 125671.0毫秒 9830215.6毫秒 7位 9位 3 3、创建安全密码的一般技巧：、创建安全密码的一般技巧： 1）使用长度
4、不少于8个字符的密码。密码越长越不容易被破解。 2）在可能的情况下，尽量使用字母、数字和特殊符号相结合的密码。 3）不要使用电话号码、身份证号或生日作为密码。 4）不要使用整个用户ID或用户ID的一部分作为密码。 5）不要使用字典中能找到的词语作为密码，即使是字母顺序颠倒过来的常用词语也不可以。 练习练习 试编写程序，破解超级密码可能包含数字、大小写英文字母和键面特殊字符（不含空格共有32个键面 特殊字符）在内的4位字符组成的密码，每个字符的ASCII码值在33至126之间。将运行用时记入下表： 密码值 破解用时 超级密码超级密码( (字符串字符串).).pypy超级密码超级密码( (列表列表
5、).).pypy !876 AbY5 Z$*m z)0 ?x= “超级密码超级密码( (字符串字符串).).pypy”和和“超级密码超级密码( (列表列表).).pypy” ，比较两种算法的快慢。，比较两种算法的快慢。 （程序己发桌面）（程序己发桌面） 三、加密三、加密 1.学生自学，阅读第 79 页“让数据 隐身 ”之“古老的隐身术 ” ，通过网络搜索的方式填写下 表，了解“加密”的历史。 时间加密方式 683年拆字法拆字法。将明文中的文字进行组合生成新的字将明文中的文字进行组合生成新的字，即为密文即为密文，比如比如“十二月十二月”合起来为合起来为“青青” 加密就是将原始信息（数据）隐匿起来
6、，使之在缺少特殊信息（数据）时不可读。将原始信息（数据）隐匿起来，使之在缺少特殊信息（数据）时不可读。原始信息 （数据）称为明文，加密后的信息（数据）称为密文密文。将密文还原成明文的过程称为解密解密（或或 解码）解码）。 自古以来，在管理国家，指挥战斗或是经济来往中，都需要高效、安全的数据通信系统。古 人己会用很多办法将数据伪装起来，使得只有联络好的数据接收者才能读懂。 学生讨论：举例身边常见的数据加密？ 其中恺撒迦密作为一种最古老的加密体制，在古罗马非常流行。 四、加法密码四、加法密码 加法密码又被称为移位密码。在加法密码算法中，明文中的所有字母都在字母表上向后或向 前按照一个固定数目进行偏
7、移生被替换成密文。 恺撒密码只是简单地将明文中的每一个字母用字母表中该字母后的第 3 个字母替换。例如， 将明文中的 a 用 d 替换，b 用 e 替换，以此类推，X 变成 A，Y 变成 B，z 用 c 替换。像 恺撒密码这样，明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目进行偏移 北宋 代码法代码法。北宋进士曾公亮曾搜集了北宋进士曾公亮曾搜集了4040个常用军事短语个常用军事短语， 然后对其进行顺序编码然后对其进行顺序编码：一一、 请弓请弓; ; 二、请箭二、请箭; ;三、请刀三、请刀; ;四、请甲四、请甲; ;五、请枪旗五、请枪旗; ;六、请锅幕六、请锅幕; ;七、请马七、请马
8、; ;八、请衣赐八、请衣赐; ;九、请粮九、请粮 料料四十四十、战小胜战小胜。军队出征前军队出征前，指挥机关将用上述短语编码的密码本发给将领指挥机关将用上述短语编码的密码本发给将领，并约并约 定用一首不含重复文字的定用一首不含重复文字的4040字五言律诗与密码相对应字五言律诗与密码相对应 公元前五 世纪 移位法。希罗多德（移位法。希罗多德（HerodotusHerodotus）的历史中记载了公元前五世纪，希腊城邦和波斯帝）的历史中记载了公元前五世纪，希腊城邦和波斯帝 国发生多次冲突和战争国发生多次冲突和战争。 这些战争中希腊城邦中广泛使用了移位法进行加密处理战争通讯这些战争中希腊城邦中广泛使用
9、了移位法进行加密处理战争通讯 信息信息，使波斯帝国难以获得希腊城邦的军事情报使波斯帝国难以获得希腊城邦的军事情报，也就无法提前做军事部署也就无法提前做军事部署。希腊城邦用希腊城邦用 来传输军事信息、命令的每段文字都有固定的字数，解密者手中会有一份文字移位说明来传输军事信息、命令的每段文字都有固定的字数，解密者手中会有一份文字移位说明。 解解密者拿到密文后，根据文字移位说明进行解密，从而破解其中的军事命令或消息密者拿到密文后，根据文字移位说明进行解密，从而破解其中的军事命令或消息 古罗马时 期 高卢战记高卢战记有描述恺撒曾经使用密码来传递信息有描述恺撒曾经使用密码来传递信息，即所谓的即所谓的“恺
10、撒密码恺撒密码”，它是一种替它是一种替 代密码代密码，通过将字母按顺序推后起通过将字母按顺序推后起3 3位起到加密作用位起到加密作用，如将字母如将字母A A换作字母换作字母D D，将字母将字母B B换作换作 字母字母E E。因据说恺撒是率先使用加密函的古代将领之一，因此这种加密方法被称为恺撒密。因据说恺撒是率先使用加密函的古代将领之一，因此这种加密方法被称为恺撒密 码码 第二次世 界大战 密码机密码机。在第二次世界大战期间在第二次世界大战期间，德国军方启用德国军方启用“恩尼格玛恩尼格玛”密码机密码机，密码学在战争密码学在战争中起中起 着非常重要的作用着非常重要的作用 后被替换成密文，这种密码称
11、为加法密码，又称为移位密码。 “恺撒密码撒密码( (加密有界面加密有界面).py).py”对应代码如下： def CaesarCipher():#Button按钮激发函数 c=mingwen.get(0.0, end)#获取Text组件mingwen的明文内容 b= miwen.delete(0.0, end)#清空Text组件miwen的内容 for i in range(len(c):#获取明文内容的每一个字母，并加密 if a=ci=w or A=ci=W:#判断aw或AW间的字母 b=b+chr(ord(ci)+3) #生成密文 elif x=ci=z or X=ci=Z: #判断xz
12、或XZ间的字母 b=b+chr(ord(ci)-23) #生成密文 else:#字母以外的明文内容不变 b=b+ci miwen.insert(0.0,b) #在Text组件miwen中显示结果 程序运行结果：程序运行结果： 【试一试】请写出恺撒密码的解密算法。 “恺恺撒密码撒密码( (解密无界面解密无界面).py).py” c=input(请输入密文:) b= for i in range(0,len(c):#获取密文内容的每一个字母，并破解 ifd=ci=z or D=ci=Z:#判断d-z或D-Z间的字母 b=b+chr(ord(ci)-3)#破解密文 elif a=ci=c or A=
13、ci=C:#判断a-c或A-C间的字母 b=b+chr(ord(ci)+23)#破解密文 else: b=b+ci#字母以外的密文不变 print(你的明文为:+b) 【想一想】恺撒密码的安全性能如何【想一想】恺撒密码的安全性能如何？ 可以说可以说，保密性能极差保密性能极差。将明文字符前移或后移一个固定的长度将明文字符前移或后移一个固定的长度d d（称为密钥称为密钥），即使改变即使改变d d的值的值，也也 最最多只需多只需2525次尝试次尝试d d的值，就能破解。的值，就能破解。 了解密码安全与加密、解密的技术能够帮助我们保护个人隐私。同时，我们也要从自己做起，遵守相 关法律和必要的道德规范，共同维护健康、良好的数据环境。 练习练习 编程：考虑到恺撒密码的安全性极差，应对算法进行改进。一种可行的改进方式是，建立一个明文字符与 密文字符之间的一一映射表，即“密表”，如： 明文：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ密文：QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM 加密时，AQ,BW，,解密时QA,WB，小写字母对应法则也相同，即aq,bw,。原先 恺撒密码只有一个“密钥”，现在好比有25个“密钥”，这样保密性能大大提升，破解难度大大增加。另 外，这个“密表”也是可以按需要改变的。 你能写出这种改进的恺撒密码的加密与解密算法吗？试一试。
