維瓊內爾方格加密

『壹』 關於密碼的一切

密碼大事記

公元前5世紀，古希臘斯巴達出現原始的密碼器，用一條帶子纏繞在一根木棍上，沿木棍縱軸方向寫好明文，解下來的帶子上就只有雜亂無章的密文字母。解密者只需找到相同直徑的木棍，再把帶子纏上去，沿木棍縱軸方向即可讀出有意義的明文。這是最早的換位密碼術。

公元前1世紀，著名的愷撒(Caesar)密碼被用於高盧戰爭中，這是一種簡單易行的單字母替代密碼。

公元9世紀，阿拉伯的密碼學家阿爾·金迪(al' Kindi 也被稱為伊沙克 Ishaq，(801?~873年)，同時還是天文學家、哲學家、化學家和音樂理論家)提出解密的頻度分析方法，通過分析計算密文字元出現的頻率破譯密碼。

公元16世紀中期，義大利的數學家卡爾達諾(G．Cardano，1501—1576)發明了卡爾達諾漏格板，覆蓋在密文上，可從漏格中讀出明文，這是較早的一種分置式密碼。

公元16世紀晚期，英國的菲利普斯(Philips)利用頻度分析法成功破解蘇格蘭女王瑪麗的密碼信，信中策劃暗殺英國女王伊麗莎白，這次解密將瑪麗送上了斷頭台。
幾乎在同一時期，法國外交官維熱納爾(或譯為維瓊內爾) Blaise de Vigenere(1523-1596)提出著名的維熱納爾方陣密表和維熱納爾密碼(Vigenerecypher)，這是一種多表加密的替代密碼，可使阿爾—金迪和菲利普斯的頻度分析法失效。

公元1863，普魯士少校卡西斯基（Kasiski）首次從關鍵詞的長度著手將它破解。英國的巴貝奇（Charles Babbage)通過仔細分析編碼字母的結構也將維熱納爾密碼破解。

公元20世紀初，第一次世界大戰進行到關鍵時刻，英國破譯密碼的專門機構「40號房間」利用繳獲的德國密碼本破譯了著名的「齊默爾曼電報」，促使美國放棄中立參戰，改變了戰爭進程。

大戰快結束時，准確地說是1918年，美國數學家吉爾伯特·維那姆發明一次性便箋密碼，它是一種理論上絕對無法破譯的加密系統，被譽為密碼編碼學的聖杯。但產生和分發大量隨機密鑰的困難使它的實際應用受到很大限制，從另一方面來說安全性也更加無法保證。

第二次世界大戰中，在破譯德國著名的「恩格瑪(Enigma)」密碼機密碼過程中，原本是以語言學家和人文學者為主的解碼團隊中加入了數學家和科學家。電腦之父亞倫·圖靈(Alan Mathison Turing)就是在這個時候加入了解碼隊伍，發明了一套更高明的解碼方法。同時，這支優秀的隊伍設計了人類的第一部電腦來協助破解工作。顯然，越來越普及的計算機也是軍工轉民用產品。美國人破譯了被稱為「紫密」的日本「九七式」密碼機密碼。靠前者，德國的許多重大軍事行動對盟軍都不成為秘密；靠後者，美軍炸死了偷襲珍珠港的元兇日本艦隊總司令山本五十六。

同樣在二次世界大戰中，印第安納瓦霍土著語言被美軍用作密碼，從吳宇森導演的《風語者》Windtalkers中能窺其一二。所謂風語者，是指美國二戰時候特別征摹使用的印第安納瓦約(Navajo)通信兵。在二次世界大戰日美的太平洋戰場上，美國海軍軍部讓北墨西哥和亞歷桑那印第安納瓦約族人使用約瓦納語進行情報傳遞。納瓦約語的語法、音調及詞彙都極為獨特，不為世人所知道，當時納瓦約族以外的美國人中，能聽懂這種語言的也就一二十人。這是密碼學和語言學的成功結合，納瓦霍語密碼成為歷史上從未被破譯的密碼。

1975年1月15日，對計算機系統和網路進行加密的DES（Data Encryption Standard數據加密標准）由美國國家標准局頒布為國家標准，這是密碼術歷史上一個具有里程碑意義的事件。

1976年，當時在美國斯坦福大學的迪菲（Diffie）和赫爾曼(Hellman)兩人提出了公開密鑰密碼的新思想（論文"New Direction in Cryptography"），把密鑰分為加密的公鑰和解密的私鑰，這是密碼學的一場革命。

1977年，美國的里維斯特(Ronald Rivest)、沙米爾(Adi Shamir)和阿德勒曼(Len Adleman)提出第一個較完善的公鑰密碼體制——RSA體制，這是一種建立在大數因子分解基礎上的演算法。

1985年，英國牛津大學物理學家戴維·多伊奇(David Deutsch)提出量子計算機的初步設想，這種計算機一旦造出來，可在30秒鍾內完成傳統計算機要花上100億年才能完成的大數因子分解，從而破解RSA運用這個大數產生公鑰來加密的信息。

同一年，美國的貝內特(Bennet)根據他關於量子密碼術的協議，在實驗室第一次實現了量子密碼加密信息的通信。盡管通信距離只有30厘米，但它證明了量子密碼術的實用性。與一次性便箋密碼結合，同樣利用量子的神奇物理特性，可產生連量子計算機也無法破譯的絕對安全的密碼。

2003，位於日內瓦的id Quantique公司和位於紐約的MagiQ技術公司，推出了傳送量子密鑰的距離超越了貝內特實驗中30厘米的商業產品。日本電氣公司在創紀錄的150公里傳送距離的演示後，最早將在明年向市場推出產品。IBM、富士通和東芝等企業也在積極進行研發。目前，市面上的產品能夠將密鑰通過光纖傳送幾十公里。美國的國家安全局和美聯儲都在考慮購買這種產品。MagiQ公司的一套系統價格在7萬美元到10萬美元之間。

『貳』 密碼學的歷史

在公元前，秘密書信已用於戰爭之中。西洋「史學之父」希羅多德（Herodotus）的《歷史》（The Histories）當中記載了一些最早的秘密書信故事。公元前5世紀，希臘城邦為對抗奴役和侵略，與波斯發生多次沖突和戰爭。

於公元前480年，波斯秘密集結了強大的軍隊，准備對雅典（Athens）和斯巴達（Sparta）發動一次突襲。希臘人狄馬拉圖斯在波斯的蘇薩城裡看到了這次集結，便利用了一層蠟把木板上的字遮蓋住，送往並告知了希臘人波斯的圖謀。最後，波斯海軍覆沒於雅典附近的沙拉米斯灣（Salamis Bay）。

由於古時多數人並不識字，最早的秘密書寫的形式只用到紙筆或等同物品，隨著識字率提高，就開始需要真正的密碼學了。最古典的兩個加密技巧是：

1、置換（Transposition cipher）：將字母順序重新排列，例如『help me』變成『ehpl em』。

2、替代（substitution cipher）：有系統地將一組字母換成其他字母或符號，例如『fly at once』變成『gmz bu podf』（每個字母用下一個字母取代）。

(2)維瓊內爾方格加密擴展閱讀：

進行明密變換的法則，稱為密碼的體制。指示這種變換的參數，稱為密鑰。它們是密碼編制的重要組成部分。密碼體制的基本類型可以分為四種：

1、錯亂——按照規定的圖形和線路，改變明文字母或數碼等的位置成為密文；

2、代替——用一個或多個代替表將明文字母或數碼等代替為密文；

3、密本——用預先編定的字母或數字密碼組，代替一定的片語單詞等變明文為密文；

4、加亂——用有限元素組成的一串序列作為亂數，按規定的演算法，同明文序列相結合變成密文。

以上四種密碼體制，既可單獨使用，也可混合使用 ，以編制出各種復雜度很高的實用密碼。

『叄』 什麼是維熱納爾方陣

公元16世紀晚期,，法國外交官維熱納爾(或譯為維瓊內爾) Blaise de Vigenere(1523-1596)提出著名的維熱納爾方陣密表和維熱納爾密碼(Vigenerecypher)，這是一種多表加密的替代密碼，可使阿爾—金迪和菲利普斯的頻度分析法失效。維熱納爾方陣加密法其實很簡單，它只需要用一個雙方約定的單詞來加密一條明文。方陣如下：
1 b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z a

2 c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z a b

3 d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c

4 e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c d

5 f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c d e

6 g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c d e f

7 h I j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c d e f g

8 I j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c d e f g h

9 j k l m n o p q r s t u v w x y z a b c d e f g h I

10 k l m n o p q r s t u v w x y z a b c d e f g h I j

11 l m n o p q r s t u v w x y z a b c d e f g h I j k

12 m n o p q r s t u v w x y z a b c d e f g h I j k l

13 n o p q r s t u v w x y z a b c d e f g h I j k l m

14 o p q r s t u v w x y z a b c d e f g h I j k l m n

15 p q r s t u v w x y z a b c d e f g h I j k l m n o

16 q r s t u v w x y z a b c d e f g h I j k l m n o p

17 r s t u v w x y z a b c d e f g h I j k l m n o p q

18 s t u v w x y z a b c d e f g h I j k l m n o p q r

19 t u v w x y z a b c d e f g h I j k l m n o p q r s

20 u v w x y z a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t

21 v w x y z a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u

22 w x y z a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v

23 x y z a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w

24 y z a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x

25 z a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y

26 a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z

『肆』 經典密碼的經典密碼的類型

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片語並去除所有的空格和重復的字母，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: a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z
密碼字母: c i p h e r s t u v w x y z a b d f g j k l m n o q
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(monoalphabetic substitution ciphers)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(polyaphabetic substitution cipher)，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(Vigenère cypher)，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：
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A
C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B
D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C
E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D
F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E
G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F
H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G
I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H
J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I
K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J
L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K
M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L
N O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M
O P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N
P Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O
Q R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P
R S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q
S T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R
T U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S
U V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T
V W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U
W X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V
X Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W
Y Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X
Z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y
為了使用維瓊內爾方格加密訊息，必須先選擇一個關鍵字，接著重復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I LOVE CRYPTOGRAPHY，則：
訊息： I LOVE CRYPTOGRAPHY
關鍵字： W ORDW ORDWORDWORDW
密碼訊息： E ZFYA QIBLHFJNOGKU
一些替代式密碼牽涉使用數字而非字母。一個例子是Great Cipher，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 (pigpen cipher)，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，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劃改變。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Hello my name is Alice.將變成olleH ym eman si ecilA.。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columnar cipher.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THE SKY IS BLUE，則訊息應該轉換成這樣：
C A T 3 1 20 T H E S K Y I S B L U E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The sky is blue轉寫成HKSUTSILEYBE。
另一種移位式密碼是Chinese cipher，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：THE DOG RAN FAR，則Chinese cipher看起來像這樣:
R R G T A A O H F N D E 密碼文將寫成：RRGT AAOH FNDE
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Vertical Parallel和雙移位式(Double Transposition)密碼。
更復雜的演算法可以混合替代和移位成為積密碼(proct cipher)；現代資料區段密碼像是DES反復位移和替代的幾個步驟。

『伍』 請問有誰知道古代密碼學的發展過程

密碼學是研究編制密碼和破譯密碼的技術科學。研究密碼變化的客觀規律，應用於編制密碼以保守通信秘密的，稱為編碼學；應用於破譯密碼以獲取通信情報的，稱為破譯學，總稱密碼學。

密碼是通信雙方按約定的法則進行信息特殊變換的一種重要保密手段。依照這些法則，變明文為密文，稱為加密變換；變密文為明文，稱為脫密變換。密碼在早期僅對文字或數碼進行加、脫密變換，隨著通信技術的發展，對語音、圖像、數據等都可實施加、脫密變換。

密碼學是在編碼與破譯的斗爭實踐中逐步發展起來的，並隨著先進科學技術的應用，已成為一門綜合性的尖端技術科學。它與語言學、數學、電子學、聲學、資訊理論、計算機科學等有著廣泛而密切的聯系。它的現實研究成果，特別是各國政府現用的密碼編制及破譯手段都具有高度的機密性。

進行明密變換的法則，稱為密碼的體制。指示這種變換的參數，稱為密鑰。它們是密碼編制的重要組成部分。密碼體制的基本類型可以分為四種：錯亂——按照規定的圖形和線路，改變明文字母或數碼等的位置成為密文；代替——用一個或多個代替表將明文字母或數碼等代替為密文；密本——用預先編定的字母或數字密碼組，代替一定的片語單詞等變明文為密文；加亂——用有限元素組成的一串序列作為亂數，按規定的演算法，同明文序列相結合變成密文。以上四種密碼體制，既可單獨使用，也可混合使用 ，以編制出各種復雜度很高的實用密碼。

20世紀70年代以來，一些學者提出了公開密鑰體制，即運用單向函數的數學原理，以實現加、脫密密鑰的分離。加密密鑰是公開的，脫密密鑰是保密的。這種新的密碼體制，引起了密碼學界的廣泛注意和探討。

利用文字和密碼的規律，在一定條件下，採取各種技術手段，通過對截取密文的分析，以求得明文，還原密碼編制，即破譯密碼。破譯不同強度的密碼，對條件的要求也不相同，甚至很不相同。

中國古代秘密通信的手段，已有一些近於密碼的雛形。宋曾公亮、丁度等編撰《武經總要》「字驗」記載，北宋前期，在作戰中曾用一首五言律詩的40個漢字，分別代表40種情況或要求，這種方式已具有了密本體制的特點。

1871年，由上海大北水線電報公司選用6899個漢字，代以四碼數字，成為中國最初的商用明碼本，同時也設計了由明碼本改編為密本及進行加亂的方法。在此基礎上，逐步發展為各種比較復雜的密碼。

在歐洲，公元前405年，斯巴達的將領來山得使用了原始的錯亂密碼；公元前一世紀，古羅馬皇帝凱撒曾使用有序的單表代替密碼；之後逐步發展為密本、多表代替及加亂等各種密碼體制。

二十世紀初，產生了最初的可以實用的機械式和電動式密碼機，同時出現了商業密碼機公司和市場。60年代後，電子密碼機得到較快的發展和廣泛的應用，使密碼的發展進入了一個新的階段。

密碼破譯是隨著密碼的使用而逐步產生和發展的。1412年，波斯人卡勒卡尚迪所編的網路全書中載有破譯簡單代替密碼的方法。到16世紀末期，歐洲一些國家設有專職的破譯人員，以破譯截獲的密信。密碼破譯技術有了相當的發展。1863年普魯士人卡西斯基所著《密碼和破譯技術》，以及1883年法國人克爾克霍夫所著《軍事密碼學》等著作，都對密碼學的理論和方法做過一些論述和探討。1949年美國人香農發表了《秘密體制的通信理論》一文，應用資訊理論的原理分析了密碼學中的一些基本問題。

自19世紀以來，由於電報特別是無線電報的廣泛使用，為密碼通信和第三者的截收都提供了極為有利的條件。通信保密和偵收破譯形成了一條斗爭十分激烈的隱蔽戰線。

1917年，英國破譯了德國外長齊默爾曼的電報，促成了美國對德宣戰。1942年，美國從破譯日本海軍密報中，獲悉日軍對中途島地區的作戰意圖和兵力部署，從而能以劣勢兵力擊破日本海軍的主力，扭轉了太平洋地區的戰局。在保衛英倫三島和其他許多著名的歷史事件中，密碼破譯的成功都起到了極其重要的作用，這些事例也從反面說明了密碼保密的重要地位和意義。

當今世界各主要國家的政府都十分重視密碼工作，有的設立龐大機構，撥出巨額經費，集中數以萬計的專家和科技人員，投入大量高速的電子計算機和其他先進設備進行工作。與此同時，各民間企業和學術界也對密碼日益重視，不少數學家、計算機學家和其他有關學科的專家也投身於密碼學的研究行列，更加速了密碼學的發展。

現在密碼已經成為單獨的學科，從傳統意義上來說，密碼學是研究如何把信息轉換成一種隱蔽的方式並阻止其他人得到它。
密碼學是一門跨學科科目，從很多領域衍生而來：它可以被看做是信息理論，卻使用了大量的數學領域的工具，眾所周知的如數論和有限數學。
原始的信息，也就是需要被密碼保護的信息，被稱為明文。加密是把原始信息轉換成不可讀形式，也就是密碼的過程。解密是加密的逆過程，從加密過的信息中得到原始信息。cipher是加密和解密時使用的演算法。
最早的隱寫術只需紙筆，現在稱為經典密碼學。其兩大類別為置換加密法，將字母的順序重新排列；替換加密法，將一組字母換成其他字母或符號。經典加密法的資訊易受統計的攻破，資料越多，破解就更容易，使用分析頻率就是好辦法。經典密碼學現在仍未消失，經常出現在智力游戲之中。在二十世紀早期，包括轉輪機在內的一些機械設備被發明出來用於加密，其中最著名的是用於第二次世界大戰的密碼機Enigma。這些機器產生的密碼相當大地增加了密碼分析的難度。比如針對Enigma各種各樣的攻擊，在付出了相當大的努力後才得以成功。