密码学/古典密码学

密码学有着悠久而丰富多彩的历史，从公元前一世纪的凯撒加密到20世纪。

古典密码学主要基于两个原则：置换和替换。

置换密码

首先让我们看看置换，它指的是改变消息中字母的位置，比如简单的反向书写

    Plaintext: THE PANEL IN THE WALL MOVES
    Encrypted: EHT LENAP NI EHT LLAW SEVOM

或者像更复杂的置换一样

    THEPAN    
    ELINTH     
    EWALLM
    OVESAA

然后取列

    TEEO HLWV EIAE PNLS ATLA NHMA

（额外的字母被称为填充符） 置换的理念不是随机化它，而是将其转换为不可识别的形式，并且可以使用可逆算法（算法只是一个过程，可逆的，以便你的通信者可以阅读信息）。

我们将在后面的章节中更详细地讨论置换密码，密码学/置换密码。

替换密码

第二个最重要的原则是替换。也就是说，用一个符号替换明文中的字母（或单词，甚至句子）。俚语有时甚至可以成为一种密码（用符号替换你的明文），你是否曾经想知道为什么你的父母不明白你？然而，俚语不是你想要用来长期保存秘密的东西。在二战期间，有纳瓦霍族密码员在各部队之间传递信息。据我所知（请有人验证这一点），纳瓦霍语是一种非常独有的、几乎不为人知且未被书写的语言。所以日本人无法破译它。

即使这是一个非常松散的替换示例，只要有效就行。

凯撒密码

最基本的一种加密方法是使用凯撒密码。它仅仅是将字母表移位几个字符，然后匹配字母。

替换密码的经典示例是移位字母表密码

   Alphabet: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
     Cipher: BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA
    Cipher2: CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZAB
        etc...

示例：（使用密码 2）

          Plaintext: THE PANEL IN THE WALL MOVES
          Encrypted: VJG RCPGN KP VJG YCNN OQXGU

如果你第一次看到这个，它可能看起来是一个相当安全的密码，但实际上并非如此。事实上，它本身非常不安全。在1500-1600年代，它是最安全的（主要是由于许多人都是文盲），但一位名叫（老什么来着）的18世纪的人发现了一种方法来破解（找出隐藏的信息）他发现的所有这种类型的密码，他发现了频率分析。

我们将在后面的章节中更详细地讨论替换密码，密码学/替换密码。

频率分析

在移位字母表密码或任何简单的随机密码中，密码中的同一个字母会替换消息中的所有同一个字母（例如，'A' 替换明文中的所有 'D'，等等）。弱点在于英语使用某些字母的频率高于其他任何字母。'E' 是最常见的，等等。这里有一个练习，统计这篇文章中每个字母的出现次数。你会发现，在上句话中，有 2 个 'H'，7 个 'E'，3 个 'R'，3 个 'S'，等等。'E' 毫无疑问是最常见的字母；以下是其他频率 [频率表|http://rinkworks.com/words/letterfreq.shtml]。基本上，你尝试用不同的符号替换字母（最常见的用 'E'，等等）。

      Encrypted: VJG TCKP KP URCKP

首先寻找只有有限的单词选择的短语，例如 'KP'，它可能是 at、in、to、or、by 等。让我们选择 in。用 'I' 替换 'K'，用 'N' 替换 'P'。

      Encrypted: VJG TCIN IN URCIN

接下来选择 VJG，它最有可能的是 the（由于 'the' 在正常句子中的高频率，检查前面几个句子）。

      Encrypted: THE TCIN IN URCIN

一般来说，在长消息中更容易找到，明文是 'THE RAIN IN SPAIN'

我们将在本书后面的部分“第三部分：密码分析”中讨论许多不同的方法来“攻击”、“破解”和“解决”加密的消息，其中包括关于 密码学/频率分析 的更详细的部分。

结合置换和替换

更安全的加密是置换替换密码。

以上面消息的加密形式为例

      Encrypted:VJG RCPGN KP VJG YCNN OQXGU

现在对它进行螺旋置换

          VJGRC
          NNOQP
          CAAXG
          YUNGN
          GJVPK

消息从右上角开始，螺旋形到中心（同样，AA 是填充符）。现在取列

       VNCYG JNAUJ GOANV RQXGP CPGNK

现在它更能抵抗频率分析，看看我们之前所做的事情，开始识别模式会产生

       TNCYE HNAUH EOANT RQXEN CNENK

对破解密码的人来说是个问题。

多字母系统

绝大多数古典密码是“单字母的”——它们一次加密明文中的一个字母，并且每个明文字母被加密成一个相应的密文字母。

多字母系统是指密文单元的长度超过一个字符的系统。多字母系统的主要类型包括：

• 双字母系统：每个明文字母对应 2 个密文字母
• 双数字系统：每个明文字母对应 2 个密文数字
• 三字母系统：每个明文字母对应 3 个密文字母
• 三数字系统：每个明文字母对应 3 个密文数字
• 单数-双数系统，也称为跨越棋盘系统：一些明文字母对应 1 个密文数字，其余明文字母对应 2 个密文数字。
• 双字母变体系统和双数字变体系统：多个密文值解码为同一个明文字母（同音替换密码）
• 音节方格系统：2 个密文字母或 2 个密文数字解码为一个完整的音节或一个明文字符。