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DAY 12
1
Security

Information Security and Cyber Security系列 第 12

Day 12 - 密碼學-古典密碼學

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前言
古典密碼是密碼學中的一種類型,主要包括替換密碼或換位密碼,有時也會結合兩者使用。雖然這種加密方式在歷史上曾廣泛應用,但在現代已基本被淘汰,許多已經不再使用。通常,古典密碼是用英文字母(如 A-Z)、手工操作或簡單的設備。隨著新技術的發展,它們顯得過於簡單,因而不再被認為是可靠的加密方法。

最經典的古典密碼
替換式密碼
替換式密碼,也稱為替代加密法,是密碼學中通過規則將文字進行加密的一種方法。在替換式密碼中,字母可以按單元進行加密,比如每個單獨字母或每兩個字母為一個單元。解密時,密文的接收者必須使用與加密相同的方法才能恢復原文。由於拼音文字的字母數量有限,例如英語只有26個字母,因此可能的組合較少,使用替換式密碼相對簡單,並且可以通過簡單的機械設備進行加密。相比之下,非拼音文字如中文則因單元數量龐大,難以採用一般的加密方法,通常需要創建密碼本來逐字替換。此外,某些非拼音文字的字形是由不同大小的字根組合而成,轉化難度更大,因此使用替換式密碼的實例較少。

凱薩密碼
凱撒密碼(Caesar cipher),或稱凱撒加密、凱撒變換、變換加密,是一種最簡單且最廣為人知的加密技術。凱撒密碼是一種替換加密技術,明文中的所有字母都在字母表上向後(或向前)按照一個固定數目進行偏移後被替換成密文。例如,當偏移量是3的時候,所有的字母A將被替換成D,B變成E,以此類推。這個加密方法是以羅馬共和時期凱撒的名字命名的,據稱當年凱撒曾用此方法與其將軍們進行聯繫。
凱撒密碼通常被作為其他更複雜的加密方法中的一個步驟,例如維吉尼亞密碼。凱撒密碼還在現代的ROT13系統中被應用。但是和所有的利用字母表進行替換的加密技術一樣,凱撒密碼非常容易被破解,而且在實際應用中也無法保證通信安全。

置換式密碼
置換式密碼(Transposition Cipher)是一種通過改變明文中字符的相對位置來實現加密的密碼學方法。經過打亂後的文本稱為密文。與此相對的是替換式密碼,它不改變明文中字符的位置,而是直接替換字符本身。

在密碼學中,置換和替換這兩種加密手段常常結合使用,例如在ADFGVX密碼等古典密碼中,或者在現代高級加密標準(AES)等複雜的加密方法中。

破解
經典密碼通常很容易被破解。許多經典密碼可單單經由密文而破解,所以它們容易受到唯密文攻擊法攻擊(英語:ciphertext-only attack)。有些經典密碼(像是凱撒密碼)的金鑰個數有限,所以這類密碼可以使用暴力破解嘗試所有的金鑰。替代式密碼有比較大的金鑰數,但是容易被頻率分析,因為每個密碼字母各代表了一個明文字母。多字母替代式密碼密碼,像是維吉尼亞密碼使用多個替換防止了簡單的頻率分析,然而,更先進的技術卡西斯基試驗就可用來破解這類密碼。

參考資料

  1. 古典密碼學維基百科:https://zh.wikipedia.org/zh-hant/古典密碼
  2. 替換式密碼維基百科:https://zh.wikipedia.org/wiki/替换式密码
  3. 凱薩密碼維基百科:https://zh.wikipedia.org/wiki/凱撒密碼
  4. 置換式密碼維基百科:https://zh.wikipedia.org/wiki/置换式密码
  5. ChatGPT:https://openai.com/chatgpt/

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