古典密码技术

替代密码（Substitution Cipher）

先建立一个替换表，加密时依次替换字符

按照密码算法加解密时使用替换表多少分类如下

graph LR
A[替代密码]-->B[单表替代密码]
A[替代密码]-->C[多表替代密码]

单表替代密码

一般单表替代密码

原理

以26个英文字母集合上的一个置换π为密钥，对明文消息中的每个字母依次进行变换

明文m，密文c，定义

加密变换：$e_{\pi}(m)=\pi(m)=c$

解密变换：$d_{\pi}(c)=\pi^{-1}(c)=m$

graph LR
A[xherlock]-->B[AKHUORFN]

特点

• 密钥空间K很大，使用穷举法几乎不可行
• 移位密码体制时其中的一个特例，仅含26个置换
• 密钥π不便于记忆

移位密码

原理

特点

k=3时，是凯撒密码

仿射密码

原理

密钥短语密码

原理

选用一个英文短语或单词串作为密钥，去掉其中重复的字母得到一个无重复字母的字符串，然后再将字母表中的其他字母依次写于此字母串后，即可构造出一个字母替代表

单表替代密码安全性

不足：属于单字母一一对应，没有将明文字母出现得概率隐藏起来，再实际应用中，可利用自然语言的统计特性来破译此类密码，如下表

多表替代密码

将明文字母划分为长度相同的单元，称为明文分组，这样可以使同一字母有不同的密文

特点：使用了两个或两个以上的替代表

维吉尼亚密码

原理

希尔密码

原理

将n个敏文字母通过线性变换，转换为n个密文字母

特点

• 可以很好的抑制自然语言的统计特性，具有较高安全强度
• 密钥空间较大
• 易受已知明文攻击及选择明文攻击

一次一密码

原理

替代密码的密钥是一个随机且不重复的字符序列，也称Vernam密码

要求：密钥随机产生，且只能用一次

但在实际中很难保证密钥的安全性，因为密钥有产生、存储、分发的过程，同时密钥长度可能会很长（因为得大于等于明文得长度）

Playfair密码

原理

双字母单表替代密码，将明文中的栓字母作为一个单元对待，并将这些单元转换为密文字母组合，下表是密码字母矩阵

加密规则：取双字母分别为P1、P2

• 若P1、P2在同一行，密文C1、C2分别是紧靠P1、P2右端的字母；
• 若P1、P2在同一列，密文C1、C2分别是紧靠P1、P2下方的字母；
• 若P1、P2不在同一行，也不在同一列，则C1、C2是由P1、P2确定的矩形其它两角的字母，且C1和P1在同一行，C2和P2在同一行；
• 若P1＝P2，则两个字母间插入一个预先约定的字母，如x，并用前述方法处理；如balloon，则以ba lx lo on 来加密。
• 若明文字母数为奇数，则在明文尾填充约定字母。

算法还约定字母矩阵中第一列看做最后一列的右边一列，

表中第一行看做最后一行的下一行。

特点

• 组合多，频率分析困难

置换密码（Permutation Cipher）

通过改变明文消息各元素的相对位置，但明文消息元素本身的取值或内容形式不变

周期置换密码

特点

将明文字符按一定长度n分组，把每组的字符按1、2……n的一个置换π重排位置次序来得到密文，密钥即为置换π

置换密码在实质上是Hill密码的特例

列置换密码

转轮机密码

历史上著名的恩尼格玛