密码学之维吉尼亚密码

密码学浅谈

密码学五元组：明文（P），密文（C），密钥（K），加密算法（E），解密算法（D），S={P,C,K,E,D}
密码学的信息安全系统目标：C，I，A

C（Confidentiality）：机密性
I（Integrity）：完整性
A（Availability）：可认证性

密码学主要包括对称密码学（Symmetric Cipher）和非对称密码学（Asymmetric Cipher）
对称密码：加密算法和解密算法可以相互推到，共用同一把钥匙。对称密钥体制也称为单钥体制。加密解密的钥匙key也叫对称密钥、秘密密钥、会话密钥（因为常用来加密会话）。

凯撒密码

说维吉尼亚密码前首先简单介绍一下凯撒密码。
凯撒密码是一种比较古老的加密体制，他主要使用代换来达到加密的目的，基本思想是:通过把字母移动一定的位数来实现加密和解密。明文中的所有字母都在字母表上向后(或向前)按照一个固定数目进行偏移后被替换成密文。例如，当偏移量是3的时候，所有的字母A将被替换成D，B变成E，以此类推X将变成A，Y变成B，Z变成C。由此可见，位数就是凯撒密码加密和解密的密钥。

比如密文是：ZHOFRPH 则其明文为：WELCOME
但是，我们发现，凯撒密码很容易破解，只要知道移动的位数即可，即只要有一组明文密文就可以将整个机制破解，是非常不安全的。

维吉尼亚密码

凯撒密码用的是单表代换，而维多尼亚密码是采用多表代换，而且也是分组代换。
明文：TO BE OR NOT TO BE THAT IS THE QUESTION
密钥：RELATIONS

首先，给每个字母一个编号0-25，如图所示：

其次，我们发现密钥一共九位，而明文比密钥多了很多位，那么我们可以将明文以九位为一组，然后将其相互对应起来
明文：TO BE OR NOT TO BE THAT IS THE QUESTION
密钥：RE LA TI ONS RE LA TION SR ELA TIONSREL
将相对应字母编号相加模26即可得到密文编号，根据编号写出相应字母。
明文第一个字母为“T”，其编号为19，密钥第一个字母为“R”，其编号为17，则其对于的密文第一个字母为（19+17）%26=10，对应的字母为“K”。以此类推，我们可以得到明文相对应的密文：
明文：TO BE OR NOT TO BE THAT IS THE QUESTION
密钥：RE LA TI ONS RE LA TION SR ELA TIONSREL
密文：KS ME HZ BBL KS ME MPOG AJ XSE JCSFLZSY
维吉尼亚密码保证了相同的密文字母可以对应不同的明文字母，相同的明文字母也能对应不同的密文字母，不和凯撒密码相同，一个密文字母唯一的对应一个明文字母（偏移量确定），大大降低了破解的可能性。