密码学基础知识总结

密码学基础知识总结

一、Base编码

1. Base系列特征

2. 典型题型

• 叠套加密：多次Base编码嵌套（如HNCTF 2022 Week1题目）
• 换表加密：自定义字符映射表（如BJDCTF 2020题目）

  # 换表解密示例
  custom_table = "J K L M N O x y U V z A B C D E F G H 7 8 9 P Q I a b c d e f g h i j k l m W X Y Z 0 1 2 3 4 5 6 R S T n o p q r s t u v w + / ="
  standard_table = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/="
  cipher = "FlZNfnF6Qol6e9w17WwQQoGYBQCgIkGTa9w3IQKw"
  
  # 构建转换字典
  trans = str.maketrans(custom_table, standard_table)
  standard_cipher = cipher.translate(trans)
  print(base64.b64decode(standard_cipher))
  

二、古典密码

1. 替换密码

• 凯撒密码：位移变换

  # 凯撒解密脚本
  def caesar_decrypt(cipher, shift):
      return ''.join([chr((ord(c)-ord('A')-shift)%26+ord('A')) if c.isupper() 
                     else chr((ord(c)-ord('a')-shift)%26+ord('a')) for c in cipher])
  

• 埃特巴什码：字母表镜像映射（A↔Z, B↔Y…）
• 简单替换：随机字母映射（需词频分析破解）

2. 移位密码

• 栅栏密码：

  明文: THEQUICKBROWNFOX
  2栏栅栏:
  T E U C B O N F X
   H Q I K R W O
  密文: TEUCBOFNXHQIKRWO
  

• Playfair密码：5×5矩阵双字母加密
• 维吉尼亚密码：多表替换（需卡西斯基试验破译）

3. 特殊编码

• 社会主义核心价值观编码：中文词语映射
• 猪圈密码：符号替代（如SWPUCTF 2021题目）

三、近代密码

1. Enigma机

• 德国二战加密设备，通过转子机械实现多表替换

四、现代密码

1. 对称密码

# AES加密示例
from Crypto.Cipher import AES
key = b'16byteslongkey!!'
cipher = AES.new(key, AES.MODE_ECB)
ciphertext = cipher.encrypt(b'SecretMessage16')  # 需填充至16字节倍数

2. 非对称密码

• RSA算法：

  • 密钥生成：( n = p \times q ), ( \phi(n)=(p-1)(q-1) ), 选择e使( gcd(e,\phi(n))=1 ), 计算d满足( ed \equiv 1 \mod \phi(n) )
  • 加密：( c \equiv m^e \mod n )
  • 解密：( m \equiv c^d \mod n )

  # RSA解密示例
  from Crypto.Util.number import long_to_bytes
  p = 152276107194759839394339252953668929833379494272797635215678777394989176086311370136035478447887926444275784082066390686965320698243113804043171803008108957334907494436138284735908220245791716231134027668300903468613086977898318244422816904811663818867009341751581380232066351461067404386138711392602905182327
  q = 165862216368738151171691047077971125385823304861583668749112440485286071513555171553668744837558717911342949436706045003893101207778257828156155579957939073590381726467515305197248665285721804095245979532718423232742857246879254699058634781094524194465195004455721760308439281036465034307352501227102299122599
  e = 65537
  c = 8714149934588122613890609205826559063957396235456334581066750104141833387128819259074228632737215784067681665337373847122241506740977460425676706234123688048971299968252735566083061567386357327514300746902937654004543191945690400727133317228366779579116882233771039719002815276546167694160681831378762223177951840415429867605824997691072569915435484862548063841182891523397571914055707256503122950455644515402154037908557382756498138387988939464887512595990270123841900640997837144301259531459279512993819808359480410211723491073722980281648910041025010174785548169983002872841283535091066006242941399443173584257860
  
  n = p * q
  phi = (p-1)*(q-1)
  d = pow(e, -1, phi)
  print(long_to_bytes(pow(c, d, n)))
  

• ECC算法：基于椭圆曲线离散对数问题

3. 哈希函数

• MD5碰撞示例：

  import hashlib
  hashlib.md5(b"message").hexdigest()  # 输出32位16进制字符串
  

五、攻击技术

1. 密码分析：

   • 差分分析（针对DES）
   • 线性分析（针对AES）
   • 模数分解（针对RSA）

2. 侧信道攻击：

   • 计时攻击（RSA加密时间差异）
   • 功耗分析（智能卡攻击）

3. 工具推荐：

   • 在线解码：CyberChef
   • 哈希查询：CMD5
   • 密码破解：Hashcat

建议配合实际CTF题目进行练习，重点关注：
- Base编码的层层嵌套
- 古典密码的词频分析
- RSA各攻击场景的实现
- 现代密码库的正确调用方式