經典密碼

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密碼代表隱藏的一則訊息,其字母被替代或被移位成其它字母、字母對,有時候也會是幾個字母。在密碼學領域,經典密碼是一種密碼類型,過去歷史上常用,但現代已經很少使用,大部分的已經不再使用了。一般而言,經典密碼是基於一個拼音字母(像是 A-Z)、動手操作或是簡單的設備。它們可能是一種簡單的密碼法,以致於不可信賴的地步,特別是有新技術被發展出來後。

現代的方法是用電腦或是其它數位科技,基於位元和位元組上操作。許多經典密碼被受尊重的人使用,像是尤利烏斯·凱撒和拿破崙,他們創造了一些常被人們使用的密碼。許多密碼起源於軍事上,相同立場的人常使用來寄送秘密訊息。經典的方法常攻擊密碼文,有時候甚至不知其密碼系統,也可以使用工具,像是頻率分析法。有些經典密碼是使用先進的機器或是機電密碼機器,像是恩尼格瑪密碼機。

目錄

1經典密碼的類型
1.1替代式密碼
1.1.1凱撒密碼
1.1.2維瓊內爾密碼
1.2移位式密碼
2經典密碼的破譯
3參見
4參考文獻

經典密碼的類型

經典密碼大致上分為替代式密碼和移位式密碼。

替代式密碼

替代式密碼是字母(或是字母群)作有系統的代換,直到訊息被替換成其它難以解讀的字。

凱撒密碼

主條目:凱撒密碼
凱撒密碼是廣為人知的替代式密碼。為了用凱撒密碼法加密訊息,每個密碼字母集中的字母將會被其位置的後3個字母替代。因此字母A將會被字母D替代、字母B將會被字母E替代、字母C將會被字母F替代等,最後,X、Y和Z將分別的被替代成A、B和C。例如,"WIKIPEDIA"將被加密成"ZLNLSHGLD"。凱撒把字母向後移"3"位,但其他數字也可照著作。
另一種替代式密碼是使用關鍵字,你可以選擇一個單字或是短詞組並去除所有的空格和重複的字母,接著把它當作密碼字母集的開頭。最後記得去除掉關鍵字的字母把其它字母接續排序。例如,如果關鍵字是CIPHER,則密碼字母表是這樣寫的:
一般字母:abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
密碼字母:cipherstuvwxyzabdfgjklmnoq

維瓊內爾密碼

主條目:維瓊內爾密碼
凱撒密碼的例子是所有單套字母替代式密碼(monoalphabeticsubstitutionciphers)的典範,它只使用一個密碼字母集。但我們也可以使用多套字母替代式密碼(polyaphabeticsubstitutioncipher),使用的是多個密碼字母集。加密由兩組或多組密碼字母集組成,加密者可自由的選擇然後用交替的密碼字母集加密訊息。這么做將會增加解碼的困難度,因為密碼破解者必須找出這兩組密碼字母集。
另一個多套字母替代式密碼的例子,這將更難解密,稱作維瓊內爾密碼(Vigenèrecypher),亦作維瓊內爾方格,這是一種創新的加密方法。隨著這個方格,它有26組不同用來加密的密碼字母集。每個密碼字母集就是多移了一位的凱撒密碼。維瓊內爾方格看起來就是這樣:
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA
CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZAB
DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC
EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD
FGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDE
GHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEF
HIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFG
IJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGH
JKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHI
KLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJ
LMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJK
MNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKL
NOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLM
OPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMN
PQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNO
QRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOP
RSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQ
STUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQR
TUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRS
UVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRST
VWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTU
WXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUV
XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW
YZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWX
ZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXY
為了使用維瓊內爾方格加密訊息,必須先選擇一個關鍵字,接著重複這個關鍵字直到跟明文相同長度。然後看明文訊息下方是哪一個密碼字母集可供使用,就是明文的第一個字母下方對映到的關鍵字母。另外,每個密碼字母集由它自己的第一個字母作為名稱。
例如關鍵字是WORD、明文是ILOVEcryptography,則:
訊息:ILOVECRYPTOGRAPHY
關鍵字:WORDWORDWORDWORDW
密碼訊息:EZFYAQIBLHFJNOGKU
一些替代式密碼牽涉使用數字而非字母。一個例子是GreatCipher,其數字代表音節。還有另一種數字替代式密碼,一個字母基於關鍵字而使用4種不同選項的數字對。相對的,符號也可以用來替代字母或音節。一個例子是12星座字母,每個星座的象徵符號代表不同字母,例如,太陽的象徵符號替代A、木星替代B、土星替代C。另外,點、線、破折號也可拿來使用,例如,摩斯電碼,雖然它並不是真的密碼,但是它的點、破折號就是代表一個字母。另一種是豬圈密碼(pigpencipher),運用格子系統或線和點為字母建立一些象徵符號。當然,還有其它方法也是用符號、點、破折號來建立密碼字母集。
移位式密碼
移位式密碼,它們字母本身不變,但它們在訊息中順序是依照一個定義明確的計畫改變。許多移位式密碼是基於幾何而設計的。一個簡單的加密(也易被破解),可以將字母向右移1位。例如,明文"HellomynameisAlice."將變成"olleHymemansiecilA."。密碼棒(scytale)也是一種運用移位方法工具。
一個移位式密碼的具體例子columnarcipher.先選擇一個關鍵字,把原來的訊息由左而右、由上而下依照關鍵字長度轉寫成長方形。接著把關鍵字的字母依照字母集順序編號,例如A就是1、B就是2、C就是3等。例如,關鍵字是CAT,明文是THESKYISBLUE,則訊息應該轉換成這樣:
CAT
3120
THE
SKY
ISB
LUE
最後把訊息以行為單位,依照編號大小調換位置。呈現的應該是A行為第一行、C行為第二行、T行為第三行。然後就可以把訊息"Theskyisblue"轉寫成HKSUTSILEYBE。
另一種移位式密碼是Chinesecipher,移位的方法是將訊息的字母加密成由右而左、上下交替便成不規則的字母。範例,如果明文是:THEDOGRANFAR,則Chinesecipher看起來像這樣:
RRGT
AAOH
FNDE
密碼文將寫成:RRGTAAOHFNDE
絕大多數的移位式密碼與這兩個範例相類似,通常會重新排列字母的行或列,然後有系統的移動字母。其它一些例子包括VerticalParallel和雙移位式(DoubleTransposition)密碼。
更複雜的算法可以混合替代和移位成為積密碼(productcipher);現代資料區段密碼像是DES反覆位移和替代的幾個步驟。

經典密碼的破譯

經典密碼通常很容易被破解。許多經典密碼可單單經由密文而破解,所以它們容易受到唯密文攻擊法攻擊(ciphertext-onlyattack)。有些經典密碼(像是凱撒密碼)的金鑰個數有限,所以這類密碼可以使用暴力破解常是所有的金鑰。替代式密碼有比較大的金鑰數,但是容易被頻率分析,因為每個密碼字母各代表了一個明文字母。Polyalphabetic密碼,像是維瓊內爾密碼使用多個替換防止了簡單的頻率分析,然而,更先進的技術Kasiskiexamination就可用來破解這類密碼。
另一方面,現代密碼的設計可以承受更強大的ciphertext-onlyattacks。一個優秀的現代密碼必須保證廣泛潛在的攻擊,包夸known-plaintextattack和chosen-plaintextattack以及chosen-ciphertextattack。對於密碼破解者來說,應不能夠找到關鍵,即使他知道明文和對應的密碼文、即是他可以選擇明文或密碼文。經典密碼再也不能滿足這些強大的標準,因此,有興趣者再也不拿它來作安全套用了。

盤點密碼學相關知識

盤點密碼學相關知識,密碼學是研究編制密碼和破譯密碼的技術科學。

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