古典加密算法介绍（一）
后一篇：【古典加密算法介绍（二）】
前言
最近学网络安全学到对称加密系统这个部分，感觉看书大段文字效率很低，所以很自然的想做一下可视化，既方便自己复习，也方便他人参考。
本文也可以看作教材的学习笔记，我个人看的是《Cryptography and Network Security: Principles and Practice, Global Edition 7th edition Edition》，这篇文章涉及的内容在原书第三章。
对称加密
所谓对称加密，粗略来说是指的是两方通信时（如Alice和Bob两人），预先持有相同的密钥（secret key）并希望其在公开渠道通信期间的消息他人无法知晓内容。相关的术语见下图：
特别需要指出的是，加密的算法是公开的，其通信的保密性基于密钥的保密性。
我们希望我们的算法可以：
- 可以抵挡暴力攻击（即枚举密钥尝试解谜而得到有意义的信息）
- 可以抵挡密码分析，比如当一定数量以下的【密文-明文】的配对被截获时不易被分析出密钥或大幅度减少可能密钥的空间（当然还有其他的场景，如攻击者允许任意指定明文的情况等等）。
对于加密方案（encryption scheme）是否安全，我们有两个名词：
- 无条件安全（unconditionally secure）：
- 指无论攻击者花多少时间都无法破译其加密内容的加密方案。
- 对于完整系统，真实情况较少见
，当然如果密钥信息量大于要传递的信息量就另当别论。
- 计算安全（computationally secure）
- 两种条件下，都可称为加密方案满足计算安全：破解成本大于信息价值，或破解时间大于加密生存周期。
- 实际评估时很难计算破解成本和破解时间
，故大概也只是个应用概念。
相关算法
恺撒密码（Caesar Cipher）
- 基于置换
- 密钥为 [0,26) 的整数
，密钥为零时明文密文相同 - 加密过程：对于每个单字母进行移位（过z回a）
- 解密过程：反向移位
- 破解方式：暴力枚举即可
单表置换密码（Monoalphabetic Substitution Cipher）
- 基于置换
- 密钥为26个字母的全排列之一
- 加密过程：对于每个单字母查表，改为对应字母
- 解密过程：反向查表
- 破解方式：字母频率统计（英文中e\t\a\o\i等字母出现频率较高）
- 恺撒密码可以看作单表置换的一类特殊情况
波雷费密码（Playfair Cipher）
- 基于置换
- 密钥为短语或给定的5*5字母（排列）矩阵，其中I/J占据同一格位置
- 通过短语生成密钥时，将字母表短语外的剩余字母依次一行一行填写在表格内
- 加密过程：将明文两两分组。若分组过程中出现连续的字母，则用’x’隔开。对于分组后的每两个字母
- 若其在5*5矩阵中同一行，则分别替换为其右侧的字母，定义最右侧的右侧为最左侧
- 若其在5*5矩阵中同一列，则分别替换为其下侧的字母，定义最下侧的下侧为最上侧
- 若其在5*5矩阵中不同行列，则分别替换为同一行而交换列的字母
- 解密过程：与加密相同（方向相反）
- 破解方式：依然容易受到字母频率或二连字（digram）频率分析的攻击
希尔密码（Hill Cipher）
- 基于置换
- 密钥为一个矩阵m*m的矩阵，其中m为明文的分块大小，元素为整数（mod 26意义下的）且要求该矩阵有逆矩阵
- 加密过程：明文按m分块，单个字母视为 [0,26) 的整数，乘密钥矩阵对26取模得到密文
- 解密过程：密文按m分块，单个字母视为 [0,26) 的证书，乘密钥逆矩阵对26取膜得到明文
- 破解方式：在得到特定【密文-明文】的配对时，可直接反解密钥
未完待续
这篇就先到这里了，做图有点花时间…。接下来准备介绍：
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多字母表密码（Polyalphabetic Cipher）
- 维吉尼亚密码（Vigenère Cipher）
- 维尔南密码（Vernam Cipher)
- 一次性密码本（One-time Pad or OTP）
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基于换位（Transposition）的其他加密技术