密碼學(xué)簡介和柵欄密碼愷撒密碼

密碼學(xué)簡介和柵欄密碼、愷撒密碼密碼學(xué)簡介和柵欄密碼、愷撒密碼密碼學(xué)的出現(xiàn)，大概是由于戰(zhàn)爭。當(dāng)然我手頭有N頁的資料來證明這些，不過我們這兒只是射虎版，重要的是：出題、解題、和題目本身，于是才有了這節(jié)課。所以我準(zhǔn)備拋棄以前引經(jīng)據(jù)典的習(xí)慣，不引用史料，僅僅簡單講講過去，而主要是介紹兩種簡單而古老的密碼。戰(zhàn)爭的出現(xiàn)，使得“秘密通信”獲得了需求，比如深入敵軍的密談想把偵查到的情報傳回，在外的兩只部隊相互交流信息等等。起初僅僅是藏著腋著，但是一旦被發(fā)現(xiàn)，不但探子會被處死，而情報頁會泄露，甚至?xí)催^來造成對我方更大的傷害。起初還僅僅是通過更有效的隱藏方法：比如古希臘人曾經(jīng)用過在頭皮上書寫或者刺青，然后等待頭發(fā)重新長好這種方法來秘密的傳遞信息（當(dāng)然這個時效性極差）；類似的中國也有把大腿割破，藏入蠟丸等待長好再傳遞信息（現(xiàn)在想來是非常惡心而且不人道的，起碼要自殘兩次）。而后逐漸才想到了通過“密碼”這種方式來把需要傳遞的信息隱藏在可以公開的明文中。密碼術(shù)，Cryprography，從希臘詞Kryptos派生而來。它是一種為了使信息無法被外人理解，而對信息進行加密的技術(shù)。其實密碼我個人從數(shù)學(xué)的角度理解就是一種廣義的函數(shù)對應(yīng)關(guān)系，除了我們待會兒要研究的密碼術(shù)最常見的兩種方式：易位和替換外，還有一些大家往往都忽視的方式，比如“外語”。當(dāng)然其實外語也是一種函數(shù)，比如C2E(中B)=China,而E2c(user)=用戶，但是在不懂這種語種的人聽來就是密碼。在中國援越戰(zhàn)爭中就曾經(jīng)用方言來作為明碼交流傳遞戰(zhàn)情過，而那種“黑話”“行話”比如“招子”“六扇門”等等在其他人聽來就是一頭霧水。而密碼學(xué)本身也可以作為這種理解，當(dāng)然這種函數(shù)對應(yīng)關(guān)系更有規(guī)律一些。這種規(guī)律最常見的就是易位和替換。對于易位，不得不說柵欄密碼，柵欄密碼就是把要加密的明文分成N個一組，然后把每組的第一個字連起來，再加上第二個、第三個，等等等等。比如最常見的2線柵欄。舉例，明文為：“THELONGESTDAYMUSTHA/EANEND”去除空格后，兩兩一組：THELONGESTDAYMUSTHAEANEND然后都去第一個字母：TEOGSDYUTAENN，再都取第二個字母：HLNETAMSHVAED連在一起就是：TEOGSDYUTAENNHLNETAMSHVAED這樣就產(chǎn)生了一種完全不符合文法的，也就是我們要的“密碼”、“密文”了。而解密的方式則是進行一次逆運算：先將密文分為兩行：TEOGSDYUTAENNHLNETAMSHVAED再按上下上下的順序組合成一句話THELONGESTDAYMUSTHA/EANEND.大家明白了么？其實，還有多線的柵欄密碼，密文請看題目1：替換比易位更常用，古老的方法是隨機的將字母兩兩配對，如：QWERTYUIOPASD|||||||||||||FGHJKLZXC/BNM那么，句子Wallshaveears.就被加密為Gbyynebphhbjn.而另一種比較簡單的就是著名的愷撒密碼了：愷撒大帝是古羅馬共和國末期著名的統(tǒng)帥和政治家。雖然他一生從未登上過皇位，但是直到今天在西方國家，他的名字仍是君主的代名詞。他博學(xué)多才、文武雙全，既是卓越的軍事家又是雄辯的文學(xué)家。在掌權(quán)期間，愷撒南征北伐使羅馬的版圖得到了空前的擴大，他還把自己的親身經(jīng)歷寫成著名的戰(zhàn)爭回憶錄--《高盧戰(zhàn)記》和《內(nèi)戰(zhàn)記》。而現(xiàn)在我們使用的公歷就是從他所采用的“儒略歷”演變過來的。當(dāng)然最富娛樂性的還有他和“埃及艷后”的一段風(fēng)流情史。CP了一段資料，我們還是來說愷撒大帝使用的密碼-愷撒碼。前面我說過，密碼最早就是應(yīng)用在軍事上的。在愷撒大帝出征時，為了避免軍令落入敵軍手中而泄漏軍情，他自己發(fā)明了一種單字替代密碼。所謂“單字替代密碼”就是把明文中的每個字母用密文中的對應(yīng)字母替代，明文字符集與密文字符集是一一對應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)然愷撒密碼是一種簡化的單字替換密碼。我在下一課會介紹一些比較復(fù)雜的。愷撒密碼，又叫愷撒移位密碼，它是將字母表中的字母依次后移一定的位置得到的，最早愷撒自己使用的是3位的：用每個字母其后的第三個字母表示，解碼的過程只需把密文字母前移3位即可。要注意的是字母的順序是循環(huán)的，所以Z后面又回到A。其密碼本如下明碼表：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ密碼表：defghijklmnopqrstuvwxyzabc（密碼學(xué)中用來書寫原始信息的有關(guān)文字稱為明碼表，用來替換明碼字母的有關(guān)字母稱為密碼表）例如，明文：CRACKIT可得，密文：FUDFNLW也達到了我們把原文搞混到不能一下子看到內(nèi)容的目的。當(dāng)然，我們可以移動任意長度，比如明碼表ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXY密碼表FGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDE這樣：明文FOREST就變成了密文KTWJXY不過其實這樣的愷撒密碼還是很容易被破解（個人覺得比前面一種替換還簡單），自己想想應(yīng)該就能想到怎么破解吧？當(dāng)然很多讀者可能已經(jīng)聽說過了。那就試試看吧，題目在下面。［密碼學(xué)］愷撒密碼密碼術(shù)可以大致別分為兩種，即易位和替換，當(dāng)然也有兩者結(jié)合的更復(fù)雜的方法。在易位中字母不變，位置改變；替換中字母改變，位置不變。將替換密碼用于軍事用途的第一個文件記載是愷撒著的《高盧記》。愷撒描述了他如何將密信送到正處在被圍困、瀕臨投降的西塞羅。其中羅馬字母被替換成希臘字母使得敵人根本無法看懂信息。蘇托尼厄斯在公元二世紀(jì)寫的《愷撒傳》中對愷撒用過的其中一種替換密碼作了詳細的描寫。愷撒只是簡單地把信息中的每一個字母用字母表中的該字母后的第三個字母代替。這種密碼替換通常叫做愷撒移位密碼，或簡單的說，愷撒密碼。盡管蘇托尼厄斯僅提到三個位置的愷撒移位，但顯然從1到25個位置的移位我們都可以使用，因此，為了使密碼有更高的安全性，單字母替換密碼就出現(xiàn)了。如：明碼表ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ密碼表QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM明文FOREST密文YGKTLZ只需重排密碼表二十六個字母的順序，允許密碼表是明碼表的任意一種重排，密鑰就會增加到四千億億億多種，我們就有超過4×1027種密碼表。破解就變得很困難。如何破解包括愷撒密碼在內(nèi)的單字母替換密碼？方法：字母頻度分析盡管我們不知道是誰發(fā)現(xiàn)了字母頻度的差異可以用于破解密碼。但是9世紀(jì)的科學(xué)家阿爾·金迪在《關(guān)于破譯加密信息的手稿》對該技術(shù)做了最早的描述。“如果我們知道一條加密信息所使用的語言，那么破譯這條加密信息的方法就是找出同樣的語言寫的一篇其他文章，大約一頁紙長，然后我們計算其中每個字母的出現(xiàn)頻率。我們將頻率最高的字母標(biāo)為1號，頻率排第2的標(biāo)為2號，第三標(biāo)為3號，依次類推，直到數(shù)完樣品文章中所有字母。然后我們觀察需要破譯的密文，同樣分類出所有的字母，找出頻率最高的字母，并全部用樣本文章中最高頻率的字母替換。第二高頻的字母用樣本中2號代替，第三則用3號替換，直到密文中所有字母均已被樣本中的字母替換。”以英文為例，首先我們以一篇或幾篇一定長度的普通文章，建立字母表中每個字母的頻度表。在分析密文中的字母頻率，將其對照即可破解。雖然設(shè)密者后來針對頻率分析技術(shù)對以前的設(shè)密方法做了些改進，比如說引進空符號等，目的是為了打破正常的字母出現(xiàn)頻率。但是小的改進已經(jīng)無法掩蓋單字母替換法的巨大缺陷了。到16世紀(jì)，最好的密碼破譯師已經(jīng)能夠破譯當(dāng)時大多數(shù)的加密信息。局限性：短文可能嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)頻率，加入文章少于100個字母，那么對它的解密就會比較困難。而且不是所有文章都適用標(biāo)準(zhǔn)頻度：1969年，法國作家喬治斯·佩雷克寫了一部200頁的小說《逃亡》，其中沒有一個含有字母e的單詞。更令人稱奇的是英國小說家和拼論家吉爾伯特·阿代爾成功地將《逃亡》翻譯成英文，而且其中也沒有一個字母e。阿代爾將這部譯著命名為《真空》。如果這本書用單密碼表進行加密，那么頻度分析破解它會受到很大的困難。一套新的密碼系統(tǒng)由維熱納爾（BlaisedeVigenere）于16世紀(jì)末確立。其密碼不再用一個密碼表來加密，而是使用了26個不同的密碼表。這種密碼表最大的優(yōu)點在于能夠克制頻度分析，從而提供更好的安全保障。from：曠野無霜的專欄常見密碼4柵欄密碼[例：iiaundysoitssnyaintt]此密碼一般適用于較短的密碼，原理是字母的錯位。操作步驟如下：thislittlechildisfunny（原句）thislittlechildisfunny（去掉空格）tiltlcidsunhsitehlifny（上下拆開）tiltlcidsunhsitehlifny（合并）破譯時只要按照相反的步驟來就行了。另一種柵欄密碼的操作步驟如下：thislittlechildisfunny（原句）thislittlechildisfunny（去掉空格）thhiilsdliistftulnency（左右拆開）thhiilsdliistftulnency（合并）當(dāng)用中文的漢語拼音做柵欄密碼