3.4 加密与解密（第二课时）
【教学目标】
理解数据加密和解密的相关概念；
掌握两个古典密码加密方法：加法密码和代换密码，理解加密与解密的互逆过程，体会密钥的重要作用；
3、能够使用Python实现简单的加密算法——凯撒密码；
4、理解对数据进行保护的意义，增强网络安全忧患意识。
【教学重难点】
重点：加密与解密过程中密钥的重要作用；凯撒密码的加密与解密算法。
难点：凯撒密码的加密与解密算法。
【知识点梳理】
1、加密与解密的相关概念
加密：就是将原始信息(数据)隐匿起来，使之在缺少特殊信息(数据)时不可读。
解密：将密文还原成明文的过程称为解密(或解码)。
明文：加密前的原始信息(数据)称为明文。
密文：加密后的信息(数据)称为密文。
密钥：加密和解密的过程是由密钥来控制的。
2、加密与解密的过程
3、古典加密算法——加法密码
加法密码原理
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后被替换成密文，这种密码称为加法密码，又称为移位密码。
加法密码举例——凯撒密码
恺撒密码作为一种最古老的对称加密体制，在古罗马的时候就已经很流行，它是加法密码的代表。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，……，z用c替换。
【教学活动一】
活动1：自主学习导学案“知识点梳理”部分内容，尝试破解贺卡上加密内容：Vruub!
【教学活动二】
补充完成凯撒密码加密算法的流程图，完成练习1“恺撒密码—加密”Python程序。
【教学活动三】
老师无意间获得一段密文：Emtt lwvm! Nivbiabqk rwj!
已知加密方法为移位密码，请帮我破解，看看哪个小组最快！
思考：最多需要试多少次，就能破解加密算法？(共18张PPT)
3.4 加密与解密
请自学导学案“知识点梳理”部分内容，尝试破解贺卡中的密文。
思考：
Vruub!
请自学导学案“知识点梳理”部分内容，尝试破解贺卡中的密文
思考：
Vruub!
Vruub!
Sorry!
思考：为什么要对贺卡内容进行加密？
数据安全
一、加密与解密
密钥
密钥
明文:原始信息（数据）
密文:加密后的信息（数据）
加密：明文转换成密文的过程
解密：密文转换成明文的过程
密钥：加密和解密的过程是由密钥来控制的
数据安全
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移后被替代成密文。
二、加法密码（移位密码）
密文 = 明文+k
将字母 a-z 分别与数字0-25一一对应，设密钥为k
k=3时，称为恺撒密码，在公元前100多年，恺撒通过该方法与将军们通信。例如:
Vruub!
Sorry!
明文：
密文：
密钥k=3
加密
1、加法密码加密原理：
密文
二、加法密码（移位密码）
明文：Sorry! 密文：Vruub!
D
G
Q
V
X
B
E
L
F
H
I
J
K
M
N
O
P
S
T
U
W
Y
Z
A
C
2、恺撒密码加密原理：
R
加密原理：
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。
1）若明文字母在“A”和“W”之间，则直接后移三位得到相应密文字母；
2）否则，如果明文字母在“X”和“Z”之间，则返回字母表的开头按顺序后移。
小写字母加密原理相同 ，同时恺撒密码只加密英文字母。
明文 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0
3
13
18
20
24
1
8
2
4
5
6
7
9
10
11
12
15
16
17
19
21
22
23
25
14
二、加法密码（移位密码）
开始
输入明文c
密文b置初值为空
循环实现对明文c中的每一位字符进行加密，并按顺序存放于密文b中
输出密文b
结束
计数器i置初值为0
i<明文长度
c[i]介于
' a '与' w '或
' A '与' W '之间
c[i]在字母表中后移3位，并连接到密文b后
c[i]后移3位，超出字母表，返回表头按顺序查找，并连接到密文b后
c[i]介于
' x '与' z '或
' X '与' Z '之间
计数器i=i+1
密文与明文相同
F
T
T
F
F
T
3、设计恺撒密码加密算法：
使用for循环加密的过程
二、加法密码（移位密码）
4、恺撒密码解密原理：
解密原理：
将密文中的每一个字母用字母表中该字母前的第3个字母替换。
1）若密文字母在“D”和“Z”之间，则直接前移三位得到相应密文字母；
2）否则，如果密文字母在“A”和“C”之间，则返回字母表的末尾按顺序前移。
明文
D
G
Q
V
X
E
L
F
H
I
J
K
M
N
O
P
S
T
U
W
Y
Z
R
密文 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0
3
13
18
20
24
1
8
2
4
5
6
7
9
10
11
12
15
16
17
19
21
22
23
25
14
B
A
C
老师无意间获得一段密文（已下发）：
Emtt lwvm! Nivbiabqk rwj!
已知加密方法为移位密码，请帮我破解，看看哪个小组最快！
二、加法密码（移位密码）
小组合作
思考：密钥 k 有多少种可能？
最多尝试25次即可破解。
这种把所有密钥可能的值都进行尝试的解密方法称为穷尽密钥搜索法，或称暴力破解法。
加法密码安全性高不高？
二、加法密码（移位密码）
5、改进加法密码
密钥
密钥
对称加密体制
1、使用非对称加密体制，即加密和解密使用不同密钥。
二、加法密码（移位密码）
5、改进加法密码
改进：使每个字母的偏移值不相同，没有明显规律。
二、加法密码（移位密码）
5、改进加法密码
移位密码加密时字母有统一偏移值，例如:
k=3时，相当于有如下置换表:
代换密码
一
一
对
应
代换密码，即每个字母的偏移值不相同，没有明显规律。
三、代换密码
5、改进加法密码——代换密码
一
一
对
应
代换密码的密钥就是这张表
例如：按照上表，可以把明文HELLO加密为？
XDRRO
HELLO
明文：
密文：
加密
代换密码，即每个字母的偏移值不相同，没有明显规律。
三、代换密码
6、破解代换密码——暴力破解法
一
一
对
应
思考：采用暴力破解法破解代换密码，有多少种可能？
A B C D E F …… X Y Z
26 25 24 23 22 21 … … 3 2 1
× × × × × × × ×
26! 种
4.0×1026
600多年
代换密码安全性如何？
——统计破解法
思考：
Vruub!
小结
数据加密解密的过程
古典密码加密算法
相关概念
破解方法
加密与解密
明文、密文、加密、解密、密钥
加法密码（恺撒密码）、代换密码
暴力破解法
谢谢聆听 请多指教
1、在英文中，26个字母的使用频率有很大差异，例如字母 E 出现的频率远远大于字母 Q 。2004年发布的《牛津简明词典》中对英文字母使用频率做了统计，如右图。
2、代换密码的置换表中，字母是一一对应的。
三、代换密码
6、破解代换密码——统计破解法
基于以上两个基础，我们可以统计密文字
母频率，和右表作对照，依次尝试破解。
