古典密码学：从置换到代换——移位与单表密码解析

"初始设置-密码学古典密码" 在密码学领域，古典密码是早期密码设计的基础，主要包括置换密码和代换密码两种基本技术。这些密码方法在现代密码学理论与实践中有着重要的历史地位，尽管它们的安全性在今天看来可能相对较弱。 2.1 置换密码 置换密码的核心思想是保持字符的原有形式不变，只是改变它们在文本中的位置。周期置换密码是置换密码的一个实例，它将明文按照特定长度（如m）分成多个组，然后对每组内的字符按照预设的置换规则π重新排列。例如，当m=6时，明文"gohome"经过π置换后变为"HEGMOO"。解密时，需要使用π的逆置换π-1来恢复原始信息。置换π的描述中包含了分组长度m，因此其密钥空间大小为m!，即m的所有可能排列数量。 2.2 代换密码 代换密码则涉及字符本身的替换，通过建立一个或多个代换表，将明文字符映射为密文字符。根据使用代换表的数量，代换密码可以分为单表代换和多表代换。移位密码是单表代换的一个特例，其中每个明文字母被替换为其字母表中固定步长k后的字母。例如，凯撒密码（k=3）将明文"veni,vidi,vici"加密为"YHQL,\"，解密时只需将密文字符向前移动3位。 2.2.1 移位密码 移位密码，如凯撒密码，简单易行但安全性有限。加密时，每个字母向后移动固定位置k，而解密则相反，向前移动k。虽然这种密码在古时候可能有效，但在现代，由于其模式可预测，容易受到频率分析等攻击方法的破解。 古典密码学中还包括了其他复杂的代换密码，如维吉尼亚密码，它结合了置换和代换，增加了密码的复杂性和安全性。然而，这些密码在统计分析下往往显得脆弱，如单表代换密码可以通过分析出现频率来推测原文，而维吉尼亚密码尽管比单一的移位密码更难破解，但依然存在弱点，比如可以通过多表分析进行破解。 随着密码学的发展，古典密码学逐渐被更安全的现代密码学理论所取代，如公钥密码体制、哈希函数和加密算法如RSA、AES等，这些现代技术提供了更强大的安全保证，适应了现代社会对信息安全的需求。