古典密码：替代与置换算法实现与解读

古典密码算法是密码学的基石，实验报告旨在通过编程实践替代密码和置换密码这两种常见的古典密码技术，帮助学生深入理解其工作原理并为后续密码学研究打下基础。 替代密码算法 替代密码的核心思想是用一个固定的字符替换表来加密文本，如Caesar密码（也称凯撒密码）。该算法利用每个字母在字母表中的位置关系，通过加上或减去一个固定数值（密钥k）进行加密和解密。例如，凯撒密码的加密公式为E(m) = (m + k) mod n，其中m是明文字母在字母表中的位置，n为字母表长度。解密则使用相同的密钥反向操作。例如，将H加密为L，密钥k=4，解密时还原为H。 Caesar密码举例 对于明文H（位置8），加密后变为L（位置12），解密时使用密钥k找到对应的字母。Caesar密码的简单性使得它易于实施，但也相对容易被破解，因为攻击者可以通过尝试所有可能的密钥值来恢复原始信息。 置换密码算法 置换密码，如矩阵换位法，不改变字符本身，而是改变它们在文本中的排列顺序。具体步骤是将明文按特定模式（如矩阵）排列，然后根据密钥确定新顺序。例如，使用密钥"cipher"，将"attackbeginsatfive"重新排列成"aacttkbingesaivfte"。解密时，依据密钥的字母顺序逆序排列密文，以还原出原始文本。 矩阵换位法 这种方法利用矩阵结构进行加密，通过调整字母的行和列位置来创建加密后的密文。密钥"cipher"给出了一个字母到新位置的映射，解密时则是根据这个映射逆向操作。 总结来说，本实验让学生亲手实现替代和置换密码的加密和解密过程，锻炼了他们对基本密码学概念的理解和编程能力。这两种算法虽然在现代密码学中已不再是最安全的选择，但对于理解密码系统的基本构建原理具有重要意义。同时，它们也为后续学习更复杂的密码体制提供了一个直观的基础。