维琼内尔方格加密

‘壹’ 关于密码的一切

密码大事记

公元前5世纪，古希腊斯巴达出现原始的密码器，用一条带子缠绕在一根木棍上，沿木棍纵轴方向写好明文，解下来的带子上就只有杂乱无章的密文字母。解密者只需找到相同直径的木棍，再把带子缠上去，沿木棍纵轴方向即可读出有意义的明文。这是最早的换位密码术。

公元前1世纪，着名的恺撒(Caesar)密码被用于高卢战争中，这是一种简单易行的单字母替代密码。

公元9世纪，阿拉伯的密码学家阿尔·金迪(al' Kindi 也被称为伊沙克 Ishaq，(801?~873年)，同时还是天文学家、哲学家、化学家和音乐理论家)提出解密的频度分析方法，通过分析计算密文字符出现的频率破译密码。

公元16世纪中期，意大利的数学家卡尔达诺(G．Cardano，1501—1576)发明了卡尔达诺漏格板，覆盖在密文上，可从漏格中读出明文，这是较早的一种分置式密码。

公元16世纪晚期，英国的菲利普斯(Philips)利用频度分析法成功破解苏格兰女王玛丽的密码信，信中策划暗杀英国女王伊丽莎白，这次解密将玛丽送上了断头台。
几乎在同一时期，法国外交官维热纳尔(或译为维琼内尔) Blaise de Vigenere(1523-1596)提出着名的维热纳尔方阵密表和维热纳尔密码(Vigenerecypher)，这是一种多表加密的替代密码，可使阿尔—金迪和菲利普斯的频度分析法失效。

公元1863，普鲁士少校卡西斯基（Kasiski）首次从关键词的长度着手将它破解。英国的巴贝奇（Charles Babbage)通过仔细分析编码字母的结构也将维热纳尔密码破解。

公元20世纪初，第一次世界大战进行到关键时刻，英国破译密码的专门机构“40号房间”利用缴获的德国密码本破译了着名的“齐默尔曼电报”，促使美国放弃中立参战，改变了战争进程。

大战快结束时，准确地说是1918年，美国数学家吉尔伯特·维那姆发明一次性便笺密码，它是一种理论上绝对无法破译的加密系统，被誉为密码编码学的圣杯。但产生和分发大量随机密钥的困难使它的实际应用受到很大限制，从另一方面来说安全性也更加无法保证。

第二次世界大战中，在破译德国着名的“恩格玛(Enigma)”密码机密码过程中，原本是以语言学家和人文学者为主的解码团队中加入了数学家和科学家。电脑之父亚伦·图灵(Alan Mathison Turing)就是在这个时候加入了解码队伍，发明了一套更高明的解码方法。同时，这支优秀的队伍设计了人类的第一部电脑来协助破解工作。显然，越来越普及的计算机也是军工转民用产品。美国人破译了被称为“紫密”的日本“九七式”密码机密码。靠前者，德国的许多重大军事行动对盟军都不成为秘密；靠后者，美军炸死了偷袭珍珠港的元兇日本舰队总司令山本五十六。

同样在二次世界大战中，印第安纳瓦霍土着语言被美军用作密码，从吴宇森导演的《风语者》Windtalkers中能窥其一二。所谓风语者，是指美国二战时候特别征摹使用的印第安纳瓦约(Navajo)通信兵。在二次世界大战日美的太平洋战场上，美国海军军部让北墨西哥和亚历桑那印第安纳瓦约族人使用约瓦纳语进行情报传递。纳瓦约语的语法、音调及词汇都极为独特，不为世人所知道，当时纳瓦约族以外的美国人中，能听懂这种语言的也就一二十人。这是密码学和语言学的成功结合，纳瓦霍语密码成为历史上从未被破译的密码。

1975年1月15日，对计算机系统和网络进行加密的DES（Data Encryption Standard数据加密标准）由美国国家标准局颁布为国家标准，这是密码术历史上一个具有里程碑意义的事件。

1976年，当时在美国斯坦福大学的迪菲（Diffie）和赫尔曼(Hellman)两人提出了公开密钥密码的新思想（论文"New Direction in Cryptography"），把密钥分为加密的公钥和解密的私钥，这是密码学的一场革命。

1977年，美国的里维斯特(Ronald Rivest)、沙米尔(Adi Shamir)和阿德勒曼(Len Adleman)提出第一个较完善的公钥密码体制——RSA体制，这是一种建立在大数因子分解基础上的算法。

1985年，英国牛津大学物理学家戴维·多伊奇(David Deutsch)提出量子计算机的初步设想，这种计算机一旦造出来，可在30秒钟内完成传统计算机要花上100亿年才能完成的大数因子分解，从而破解RSA运用这个大数产生公钥来加密的信息。

同一年，美国的贝内特(Bennet)根据他关于量子密码术的协议，在实验室第一次实现了量子密码加密信息的通信。尽管通信距离只有30厘米，但它证明了量子密码术的实用性。与一次性便笺密码结合，同样利用量子的神奇物理特性，可产生连量子计算机也无法破译的绝对安全的密码。

2003，位于日内瓦的id Quantique公司和位于纽约的MagiQ技术公司，推出了传送量子密钥的距离超越了贝内特实验中30厘米的商业产品。日本电气公司在创纪录的150公里传送距离的演示后，最早将在明年向市场推出产品。IBM、富士通和东芝等企业也在积极进行研发。目前，市面上的产品能够将密钥通过光纤传送几十公里。美国的国家安全局和美联储都在考虑购买这种产品。MagiQ公司的一套系统价格在7万美元到10万美元之间。

‘贰’ 密码学的历史

在公元前，秘密书信已用于战争之中。西洋“史学之父”希罗多德（Herodotus）的《历史》（The Histories）当中记载了一些最早的秘密书信故事。公元前5世纪，希腊城邦为对抗奴役和侵略，与波斯发生多次冲突和战争。

于公元前480年，波斯秘密集结了强大的军队，准备对雅典（Athens）和斯巴达（Sparta）发动一次突袭。希腊人狄马拉图斯在波斯的苏萨城里看到了这次集结，便利用了一层蜡把木板上的字遮盖住，送往并告知了希腊人波斯的图谋。最后，波斯海军覆没于雅典附近的沙拉米斯湾（Salamis Bay）。

由于古时多数人并不识字，最早的秘密书写的形式只用到纸笔或等同物品，随着识字率提高，就开始需要真正的密码学了。最古典的两个加密技巧是：

1、置换（Transposition cipher）：将字母顺序重新排列，例如‘help me’变成‘ehpl em’。

2、替代（substitution cipher）：有系统地将一组字母换成其他字母或符号，例如‘fly at once’变成‘gmz bu podf’（每个字母用下一个字母取代）。

(2)维琼内尔方格加密扩展阅读：

进行明密变换的法则，称为密码的体制。指示这种变换的参数，称为密钥。它们是密码编制的重要组成部分。密码体制的基本类型可以分为四种：

1、错乱——按照规定的图形和线路，改变明文字母或数码等的位置成为密文；

2、代替——用一个或多个代替表将明文字母或数码等代替为密文；

3、密本——用预先编定的字母或数字密码组，代替一定的词组单词等变明文为密文；

4、加乱——用有限元素组成的一串序列作为乱数，按规定的算法，同明文序列相结合变成密文。

以上四种密码体制，既可单独使用，也可混合使用 ，以编制出各种复杂度很高的实用密码。

‘叁’ 什么是维热纳尔方阵

公元16世纪晚期,，法国外交官维热纳尔(或译为维琼内尔) Blaise de Vigenere(1523-1596)提出着名的维热纳尔方阵密表和维热纳尔密码(Vigenerecypher)，这是一种多表加密的替代密码，可使阿尔—金迪和菲利普斯的频度分析法失效。维热纳尔方阵加密法其实很简单，它只需要用一个双方约定的单词来加密一条明文。方阵如下：
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’ 经典密码的经典密码的类型

经典密码大致上分为替代式密码和移位式密码。 替代式密码是字母(或是字母群)作有系统的代换，直到讯息被替换成其它难以解读的字。
凯撒密码是广为人知的替代式密码。为了用凯撒密码法加密讯息，每个密码字母集中的字母将会被其位置的后3个字母替代。因此字母A将会被字母D替代、字母B将会被字母E替代、字母C将会被字母F替代等，最后，X、Y和Z将分别的被替代成A、B和C。例如，WIKIPEDIA将被加密成ZLNLSHGLD。凯撒把字母向后移3位，但其他数字也可照着作。
另一种替代式密码是使用关键字，你可以选择一个单字或是短词组并去除所有的空格和重复的字母，接着把它当作密码字母集的开头。最后记得去除掉关键字的字母把其它字母接续排序。例如，如果关键字是CIPHER，则密码字母表是这样写的：
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
密码字母: 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
维琼内尔密码凯撒密码的例子是所有单套字母替代式密码(monoalphabetic substitution ciphers)的典范，它只使用一个密码字母集。但我们也可以使用多套字母替代式密码(polyaphabetic substitution cipher)，使用的是多个密码字母集。加密由两组或多组密码字母集组成，加密者可自由的选择然后用交替的密码字母集加密讯息。这么做将会增加解码的困难度，因为密码破解者必须找出这两组密码字母集。
另一个多套字母替代式密码的例子，这将更难解密，称作维琼内尔密码(Vigenère cypher)，亦作维琼内尔方格，这是一种创新的加密方法。随着这个方格，它有26组不同用来加密的密码字母集。每个密码字母集就是多移了一位的凯撒密码。维琼内尔方格看起来就是这样：
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
为了使用维琼内尔方格加密讯息，必须先选择一个关键字，接着重复这个关键字直到跟明文相同长度。然后看明文讯息下方是哪一个密码字母集可供使用，就是明文的第一个字母下方对映到的关键字母。另外，每个密码字母集由它自己的第一个字母作为名称。
例如关键字是WORD、明文是I LOVE CRYPTOGRAPHY，则：
讯息： I LOVE CRYPTOGRAPHY
关键字： W ORDW ORDWORDWORDW
密码讯息： E ZFYA QIBLHFJNOGKU
一些替代式密码牵涉使用数字而非字母。一个例子是Great Cipher，其数字代表音节。还有另一种数字替代式密码，一个字母基于关键字而使用4种不同选项的数字对。相对的，符号也可以用来替代字母或音节。一个例子是12星座字母，每个星座的象征符号代表不同字母，例如，太阳的象征符号替代A、木星替代B、土星替代C。另外，点、线、破折号也可拿来使用，例如，摩斯电码，虽然它并不是真的密码，但是它的点、破折号就是代表一个字母。
另一种是猪圈密码 (pigpen cipher)，运用格子系统或线和点为字母建立一些象征符号。当然，还有其它方法也是用符号、点、破折号来建立密码字母集。 移位式密码，它们字母本身不变，但它们在讯息中顺序是依照一个定义明确的计划改变。许多移位式密码是基于几何而设计的。一个简单的加密(也易被破解)，可以将字母向右移1位。例如，明文Hello my name is Alice.将变成olleH ym eman si ecilA.。密码棒(scytale)也是一种运用移位方法工具。
一个移位式密码的具体例子columnar cipher.先选择一个关键字，把原来的讯息由左而右、由上而下依照关键字长度转写成长方形。接着把关键字的字母依照字母集顺序编号，例如A就是1、B就是2、C就是3等。例如，关键字是CAT，明文是THE SKY IS BLUE，则讯息应该转换成这样：
C A T 3 1 20 T H E S K Y I S B L U E最后把讯息以行为单位，依照编号大小调换位置。呈现的应该是A行为第一行、C行为第二行、T行为第三行。然后就可以把讯息The sky is blue转写成HKSUTSILEYBE。
另一种移位式密码是Chinese cipher，移位的方法是将讯息的字母加密成由右而左、上下交替便成不规则的字母。范例，如果明文是：THE DOG RAN FAR，则Chinese cipher看起来像这样:
R R G T A A O H F N D E 密码文将写成：RRGT AAOH FNDE
绝大多数的移位式密码与这两个范例相类似，通常会重新排列字母的行或列，然后有系统的移动字母。其它一些例子包括Vertical Parallel和双移位式(Double Transposition)密码。
更复杂的算法可以混合替代和移位成为积密码(proct cipher)；现代资料区段密码像是DES反复位移和替代的几个步骤。

‘伍’ 请问有谁知道古代密码学的发展过程

密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信秘密的，称为编码学；应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译学，总称密码学。

密码是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。依照这些法则，变明文为密文，称为加密变换；变密文为明文，称为脱密变换。密码在早期仅对文字或数码进行加、脱密变换，随着通信技术的发展，对语音、图像、数据等都可实施加、脱密变换。

密码学是在编码与破译的斗争实践中逐步发展起来的，并随着先进科学技术的应用，已成为一门综合性的尖端技术科学。它与语言学、数学、电子学、声学、信息论、计算机科学等有着广泛而密切的联系。它的现实研究成果，特别是各国政府现用的密码编制及破译手段都具有高度的机密性。

进行明密变换的法则，称为密码的体制。指示这种变换的参数，称为密钥。它们是密码编制的重要组成部分。密码体制的基本类型可以分为四种：错乱——按照规定的图形和线路，改变明文字母或数码等的位置成为密文；代替——用一个或多个代替表将明文字母或数码等代替为密文；密本——用预先编定的字母或数字密码组，代替一定的词组单词等变明文为密文；加乱——用有限元素组成的一串序列作为乱数，按规定的算法，同明文序列相结合变成密文。以上四种密码体制，既可单独使用，也可混合使用 ，以编制出各种复杂度很高的实用密码。

20世纪70年代以来，一些学者提出了公开密钥体制，即运用单向函数的数学原理，以实现加、脱密密钥的分离。加密密钥是公开的，脱密密钥是保密的。这种新的密码体制，引起了密码学界的广泛注意和探讨。

利用文字和密码的规律，在一定条件下，采取各种技术手段，通过对截取密文的分析，以求得明文，还原密码编制，即破译密码。破译不同强度的密码，对条件的要求也不相同，甚至很不相同。

中国古代秘密通信的手段，已有一些近于密码的雏形。宋曾公亮、丁度等编撰《武经总要》“字验”记载，北宋前期，在作战中曾用一首五言律诗的40个汉字，分别代表40种情况或要求，这种方式已具有了密本体制的特点。

1871年，由上海大北水线电报公司选用6899个汉字，代以四码数字，成为中国最初的商用明码本，同时也设计了由明码本改编为密本及进行加乱的方法。在此基础上，逐步发展为各种比较复杂的密码。

在欧洲，公元前405年，斯巴达的将领来山得使用了原始的错乱密码；公元前一世纪，古罗马皇帝凯撒曾使用有序的单表代替密码；之后逐步发展为密本、多表代替及加乱等各种密码体制。

二十世纪初，产生了最初的可以实用的机械式和电动式密码机，同时出现了商业密码机公司和市场。60年代后，电子密码机得到较快的发展和广泛的应用，使密码的发展进入了一个新的阶段。

密码破译是随着密码的使用而逐步产生和发展的。1412年，波斯人卡勒卡尚迪所编的网络全书中载有破译简单代替密码的方法。到16世纪末期，欧洲一些国家设有专职的破译人员，以破译截获的密信。密码破译技术有了相当的发展。1863年普鲁士人卡西斯基所着《密码和破译技术》，以及1883年法国人克尔克霍夫所着《军事密码学》等着作，都对密码学的理论和方法做过一些论述和探讨。1949年美国人香农发表了《秘密体制的通信理论》一文，应用信息论的原理分析了密码学中的一些基本问题。

自19世纪以来，由于电报特别是无线电报的广泛使用，为密码通信和第三者的截收都提供了极为有利的条件。通信保密和侦收破译形成了一条斗争十分激烈的隐蔽战线。

1917年，英国破译了德国外长齐默尔曼的电报，促成了美国对德宣战。1942年，美国从破译日本海军密报中，获悉日军对中途岛地区的作战意图和兵力部署，从而能以劣势兵力击破日本海军的主力，扭转了太平洋地区的战局。在保卫英伦三岛和其他许多着名的历史事件中，密码破译的成功都起到了极其重要的作用，这些事例也从反面说明了密码保密的重要地位和意义。

当今世界各主要国家的政府都十分重视密码工作，有的设立庞大机构，拨出巨额经费，集中数以万计的专家和科技人员，投入大量高速的电子计算机和其他先进设备进行工作。与此同时，各民间企业和学术界也对密码日益重视，不少数学家、计算机学家和其他有关学科的专家也投身于密码学的研究行列，更加速了密码学的发展。

现在密码已经成为单独的学科，从传统意义上来说，密码学是研究如何把信息转换成一种隐蔽的方式并阻止其他人得到它。
密码学是一门跨学科科目，从很多领域衍生而来：它可以被看做是信息理论，却使用了大量的数学领域的工具，众所周知的如数论和有限数学。
原始的信息，也就是需要被密码保护的信息，被称为明文。加密是把原始信息转换成不可读形式，也就是密码的过程。解密是加密的逆过程，从加密过的信息中得到原始信息。cipher是加密和解密时使用的算法。
最早的隐写术只需纸笔，现在称为经典密码学。其两大类别为置换加密法，将字母的顺序重新排列；替换加密法，将一组字母换成其他字母或符号。经典加密法的资讯易受统计的攻破，资料越多，破解就更容易，使用分析频率就是好办法。经典密码学现在仍未消失，经常出现在智力游戏之中。在二十世纪早期，包括转轮机在内的一些机械设备被发明出来用于加密，其中最着名的是用于第二次世界大战的密码机Enigma。这些机器产生的密码相当大地增加了密码分析的难度。比如针对Enigma各种各样的攻击，在付出了相当大的努力后才得以成功。