现代密码学-传统密码技术（置换、代换密码）

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2022-10-16 13:24 796阅读 0赞

**目录**

置换密码/换位密码

列置换

周期置换

代换密码

单表代换密码

多表代换密码

参考

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# 置换密码/换位密码 #

置换密码（Permutation Cipher)又叫换位密码（Transposi-tionCipher)，它根据一定的规则重新排列明文，以便打破明文的结构特性。置换密码的特点是**保持明文的所有字符不变**，只是利用置换打乱了明文字符的**位置和次序**。  
    最常见的置换密码有两种：

*  列置换密码（明文P遵照密钥的规程**按列换位**并且**按列读出序列**得到**密文**C）；
 *  周期置换密码（将明文P按固定**长度m分组**，然后对每组按1，2…，m的某个置换重排位置从而得到密文C）。

## 列置换 ##

**加密过程**

1.  将明文P以设定的**固定分组宽度m**按行写出，即**每行有m个字符**。若明文长度不是m的整数倍，则**不足部分**用双方约定的方式**填充**，如双方约定用空格代替空缺处字符，不妨设最后得字符矩阵![\[M\]\_\{m\*n\}][M_m_n]；
2.  按1，2…，m的某一置换![\\sigma][sigma]交换列的位置次序得字符矩阵![\[M\_P\]\_\{m\*n\}][M_P_m_n]；
3.  把矩阵![\[M\_P\]\_\{m\*n\}][M_P_m_n]按**列**1,2…，n的顺序依次读出得密文序列C。

**举例**

2022年北京冬季奥运会，英文为"*The XXIV Olympic Winter Games*"，假定m为5，发送时没有空格，![\\sigma=(143)(25)][sigma_143_25]

![\[M\]\_\{5\*5\}=\\begin\{bmatrix\} T& h & e & X &X \\\\ I& V & O & l & y\\\\ m& p &i & c & W\\\\ i& n & t & e & r\\\\ G&a&m&e&s \\end\{bmatrix\}\\stackrel\{\\sigma \}\\Rightarrow \[M\_P\]\_\{5\*5\}=\\begin\{bmatrix\} e& X & X & T &h \\\\ O& y & l & I & V\\\\ i& W &c & m & p\\\\ t& r & e & i & n\\\\ m&s&e&G&a \\end\{bmatrix\}][M_5_5_begin_bmatrix_ T_ h _ e _ X _X _ I_ V _ O _ l _ y_ m_ p _i _ c _ W_ i_ n _ t _ e _ r_ G_a_m_e_s _end_bmatrix_stackrel_sigma _Rightarrow _M_P_5_5_begin_bmatrix_ e_ X _ X _ T _h _ O_ y _ l _ I _ V_ i_ W _c _ m _ p_ t_ r _ e _ i _ n_ m_s_e_G_a _end_bmatrix]

1列内容换到4，4列内容换到3，3列内容换到1，2、5列互换。

明文：*TheXXIVOlympicWinterGames*

密文：eOitmXyWrsXlceeTImiGhVpna

加密密钥：![\\sigma=(143)(25)][sigma_143_25]

**解密过程**

1.    将密文C按与加密过程相同的分组宽度m按列写得到字符矩阵![\[M\_P\]\_\{m\*n\}][M_P_m_n]。
2.    按加密过程用的置换![\\sigma][sigma]的逆置换**![\\sigma^\{-1\}][sigma_-1]**交换列的位置次序得字符矩阵![\[M\]\_\{m\*n\}][M_m_n]。
3.    把矩阵![\[M\]\_\{m\*n\}][M_m_n]按1，2，…，m**行**的顺序依次读出得明文P。

![\[M\_P\]\_\{5\*5\}=\\begin\{bmatrix\} e& X & X & T &h \\\\ O& y & l & I & V\\\\ i& W &c & m & p\\\\ t& r & e & i & n\\\\ m&s&e&G&a \\end\{bmatrix\}\\stackrel\{\\sigma^\{-1\} \}\\Rightarrow \[M\]\_\{5\*5\}=\\begin\{bmatrix\} T& h & e & X &X \\\\ I& V & O & l & y\\\\ m& p &i & c & W\\\\ i& n & t & e & r\\\\ G&a&m&e&s \\end\{bmatrix\}][M_P_5_5_begin_bmatrix_ e_ X _ X _ T _h _ O_ y _ l _ I _ V_ i_ W _c _ m _ p_ t_ r _ e _ i _ n_ m_s_e_G_a _end_bmatrix_stackrel_sigma_-1_ _Rightarrow _M_5_5_begin_bmatrix_ T_ h _ e _ X _X _ I_ V _ O _ l _ y_ m_ p _i _ c _ W_ i_ n _ t _ e _ r_ G_a_m_e_s _end_bmatrix]  
 解密密钥：![\\sigma^\{-1\}=(134)(25)][sigma_-1_134_25]

## 周期置换 ##

周期置换密码是将明文串P按固定长度m分组，然后对每组中的子串按1，2…，m的某个置换重排位置从而得到密文C。其中密钥![\\sigma][sigma]包含分组长度信息。解密时同样对密文C按长度m分组，并按口的逆置换**![\\sigma^\{-1\}][sigma_-1]**把每组子串重新排列位置从而得到明文P。

**举例**

加密“State Key Laboratory of Networking and Switching"，不含空格，m为7。加密密钥![\\sigma][sigma]=（15623）

明文分7组：  
    (StateK)(eyLabo)(ratory)(ofNetw)(orking)(andSwi)(tching)

加密变换：  
    (akttSe)(Loyaeb)(tyaorr)(Nwfeot)(kgrion)(dinSaw)(hgcitn)

最终密文：  
    akttSeLoyaebtyaorrNwfeotkgriondinSawhgcitn

由加密密钥易知解密密钥：**![\\sigma^\{-1\}][sigma_-1]**=（13265），解密易实现，请读者自行尝试。

# 代换密码 #

所谓代换，就是将明文中的一个字母由其它字母、数字或符号**替代**的一种方法。  
    代换密码是指**建立一个代换表**，加密时将需要加密的明文依次通过**查表，替换为相应的字符**，明文字符被逐个替换后，生成无任何意义的字符串，即密文。这样的**代换表，通常称为密钥。**

## 单表代换密码 ##

对明文消息中出现的同一个字母，在**加密时都使用同一固定的字母来代换**，不管它出现在什么地方。如凯撒、仿射等。

**举例**

**凯撒密码**

明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目（**密钥n**）进行偏移后被替换成密文。

**加解密方法如下：**

**![\\\\ E\_n(x)=(x+n)mod26\\\\ D\_n(x)=(x-n)mod26][E_n_x_x_n_mod26_ D_n_x_x-n_mod26]**

当密钥n是3时：

明文字母表：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ。

密文字母表：DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC。

**加密过程**如下：

明文：THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER THE LAZY DOG ；

密文：WKH TXLFN EURZQ IRA MXPSV RYHU WKH ODCB GRJ。

解密逆过程即可，可以自己写个小程序，输入明文/密文、密钥，得到结果，当然，也有在线工具箱。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHlfa2lsbGVyOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

找的在线加解密工具箱，网址在参考部分

## **多表代换密码** ##

明文消息中出现的同一个字母，在加密时**不是完全被同一固定的字母代换**，而是根据其出现的位置次序，用不同的字母代换。多表代换密码是利用多个单表代替密码构成的密码体制，它在对明文进行加密的过程中依照密钥轮流使用多个单表代替密码。如维吉利亚、Playfair、转轮等。

举例

**维吉尼亚密码**

是使用一系列凯撒密码组成密码字母表的加密算法，属于多表密码的一种简单形式。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHlfa2lsbGVyOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

假设明文为：

ATTACKATDAWN

选择某一关键词并重复而得到密钥，如关键词为LEMON时，密钥为：

LEMONLEMONLE

对于明文的第一个**字母A**，**对应密钥的**第一个**字母L**，于是使用表格中**L行字母表**进行加密，得到密文第一个**字母L**。类似地，明文第二个**字母T**，在表格中使用**对应的E行进行加密**，得到密文第二个**字母X**。以此类推，即：

明文：ATTACKATDAWN

密钥：LEMONLEMONLE

密文：LXFOPVEFRNHR

解密过程相反

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xhZHlfa2lsbGVyOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

# 参考 #

[加解密在线工具-一个工具箱][-]

[千千秀字-维吉尼亚加解密][- 1]

更多内容查看：[网络安全-自学笔记][- 2]

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[M_m_n]: https://latex.codecogs.com/gif.latex?%5BM%5D_%7Bm*n%7D
[sigma]: https://latex.codecogs.com/gif.latex?%5Csigma
[M_P_m_n]: https://latex.codecogs.com/gif.latex?%5BM_P%5D_%7Bm*n%7D
[sigma_143_25]: https://latex.codecogs.com/gif.latex?%5Csigma%3D%28143%29%2825%29
[M_5_5_begin_bmatrix_ T_ h _ e _ X _X _ I_ V _ O _ l _ y_ m_ p _i _ c _ W_ i_ n _ t _ e _ r_ G_a_m_e_s _end_bmatrix_stackrel_sigma _Rightarrow _M_P_5_5_begin_bmatrix_ e_ X _ X _ T _h _ O_ y _ l _ I _ V_ i_ W _c _ m _ p_ t_ r _ e _ i _ n_ m_s_e_G_a _end_bmatrix]: https://latex.codecogs.com/gif.latex?%5BM%5D_%7B5*5%7D%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20T%26%20h%20%26%20e%20%26%20X%20%26X%20%5C%5C%20I%26%20V%20%26%20O%20%26%20l%20%26%20y%5C%5C%20m%26%20p%20%26i%20%26%20c%20%26%20W%5C%5C%20i%26%20n%20%26%20t%20%26%20e%20%26%20r%5C%5C%20G%26a%26m%26e%26s%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%5Cstackrel%7B%5Csigma%20%7D%5CRightarrow%20%5BM_P%5D_%7B5*5%7D%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20e%26%20X%20%26%20X%20%26%20T%20%26h%20%5C%5C%20O%26%20y%20%26%20l%20%26%20I%20%26%20V%5C%5C%20i%26%20W%20%26c%20%26%20m%20%26%20p%5C%5C%20t%26%20r%20%26%20e%20%26%20i%20%26%20n%5C%5C%20m%26s%26e%26G%26a%20%5Cend%7Bbmatrix%7D
[sigma_-1]: https://latex.codecogs.com/gif.latex?%5Csigma%5E%7B-1%7D
[M_P_5_5_begin_bmatrix_ e_ X _ X _ T _h _ O_ y _ l _ I _ V_ i_ W _c _ m _ p_ t_ r _ e _ i _ n_ m_s_e_G_a _end_bmatrix_stackrel_sigma_-1_ _Rightarrow _M_5_5_begin_bmatrix_ T_ h _ e _ X _X _ I_ V _ O _ l _ y_ m_ p _i _ c _ W_ i_ n _ t _ e _ r_ G_a_m_e_s _end_bmatrix]: https://latex.codecogs.com/gif.latex?%5BM_P%5D_%7B5*5%7D%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20e%26%20X%20%26%20X%20%26%20T%20%26h%20%5C%5C%20O%26%20y%20%26%20l%20%26%20I%20%26%20V%5C%5C%20i%26%20W%20%26c%20%26%20m%20%26%20p%5C%5C%20t%26%20r%20%26%20e%20%26%20i%20%26%20n%5C%5C%20m%26s%26e%26G%26a%20%5Cend%7Bbmatrix%7D%5Cstackrel%7B%5Csigma%5E%7B-1%7D%20%7D%5CRightarrow%20%5BM%5D_%7B5*5%7D%3D%5Cbegin%7Bbmatrix%7D%20T%26%20h%20%26%20e%20%26%20X%20%26X%20%5C%5C%20I%26%20V%20%26%20O%20%26%20l%20%26%20y%5C%5C%20m%26%20p%20%26i%20%26%20c%20%26%20W%5C%5C%20i%26%20n%20%26%20t%20%26%20e%20%26%20r%5C%5C%20G%26a%26m%26e%26s%20%5Cend%7Bbmatrix%7D
[sigma_-1_134_25]: https://latex.codecogs.com/gif.latex?%5Csigma%5E%7B-1%7D%3D%28134%29%2825%29
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[- 2]: https://blog.csdn.net/lady_killer9/article/details/106791542