古典密碼學

索引

#1.加密工具

• 密碼棒
• 卡爾達諾漏格板
• 旋轉機
• 一次性密碼本

#2.加密算法

• 凱撒密碼
• 希爾密碼
• 路由加密
• 單字母替換密碼
• 維吉尼雅密碼

#3.攻擊類型 

• 僅知密文攻擊
• 已知明文攻擊
• 選擇明文攻擊

加密工具

#1.密碼棒

取布條將其纏繞於木棒上，橫向寫下明文後取下布條。解密時，必須取得相同直徑的木棒。

#2.卡爾達諾漏格板

依照漏格書寫明文以及觀看明文。

#3.旋轉機(Rotar machine)


#4.一次性密碼本

藉由亂數產生的一本加密用密碼本，可以把它想成一組金鑰，每當要產生明文時，將明文與密碼本的內容相加，如明文中的字母C (3)與密碼本的字母 X (25)，3+25=28，因為28超過了26個英文字母，而對28取餘數得2，即得加密完成的密文字母B。
一次性密碼本有三個限制：

• 確定密碼本是由隨機產生的
• 密碼本必須只能使用一次
• 因為要與明文相加，密碼本至少要與明文一樣長

加密算法

#1.凱撒密碼

已知明文字母P，引入一個參數K，得出密文 C = (P + K)mod 26
例如 ABCDEFGHIJK，在K=3時，得出密文DEFGHIJKLMN。(K=3是最初的凱撒密碼)
解密時 P = (C - K)mod 26。

因其架構簡單，現今已能用暴力法輕易破解，故只用於字謎類遊戲(ROT-13)。

#2.希爾密碼

使用矩陣進行加密，由密文構成的密文矩陣C = KP，其中P為明文構成的明文矩陣，K為密鑰矩陣，密鑰矩陣須為可逆才可供解密。

 
希爾加密避開了頻率分析攻擊，然而在已知明文的情況下，可透過逆運算求得金鑰，無法保證安全性。

#3.路由加密

近似於密碼棒，採用直書橫寫進行加密。

#4.單字母替換密碼

與凱撒密碼同為單字母取代的概念。將26個英文字母分別做對應，比如A對應C，B對應F，替換不受限於特定規則，也不要求有跡可循，純粹是做出26個字母的明文密文對應表，以供加密與解密時使用。儘管其複雜度遠遠高於凱撒密碼，但明文字母與密文字母仍屬一對一對應，同樣易受頻率分析(分析字母出現的頻率)攻擊破解。

#5.維吉尼雅密碼

上圖其實是由26個凱薩密碼構成的。

維吉尼雅密碼引入了金鑰的概念，假設要加密ABCDEFG，使用密鑰CIP。首先，先將密鑰長度補至和明文一樣長：

ＡＢＣＤＥＦＧ

ＣＩＰＣＩＰＣ

接下來，取第Ａ行第Ｃ列得Ａ，取第Ｂ行第Ｉ列得Ｊ...取第Ｇ行第Ｃ列得I，如此完成加密。在配合一次性密碼本的情況下，維吉尼亞密碼是足夠安全的。

攻擊類型

#1.僅知密文攻擊：攻擊者在只知道密文的情況下試圖求得明文或金鑰。

#2.已知明文攻擊：攻擊者在知道部分明文與密文配對的情況下試圖破解。

#3.選擇明文攻擊：公開加密器，攻擊者可以自由輸入明文及得到該明文的密文，藉此試圖破解算法。

儘管選擇明文攻擊於設計角度上看似不合理，但在近代密碼學中，十分強調在公開演算法的情況下，還能保證安全的才是優秀的演算法，這是為了避免開發者本身預先對算法預先留下了暗門，卻因為算法黑箱而無法得知，使得維護者或開發者成為最危險的攻擊者，因此必須公開算法接受檢視。