概率论 数学让密码学加速进化(移位法密码学)
概率论 数学让密码学加速进化(移位法密码学)
概率论：数学让密码学加速进化
你想过一个问题没有：
是什么因素决定了一个密码能否被破译呢？
对比一下古典密码和现代密码，你就能发现答案了。
古典密码学，加密和解密过程中，最小操作单位都是单个字符或者符号，所以古典密码学的核心就是移位法和替代法。
现代密码学，把研究对象用数来描述，再对数进行运算。不但突破了字母作为最小变化单位的限制，还可以使用更高等的数学工具做运算，因此破译就变得越来越难。
所以，加密时所用的数学工具，决定了一个密码能否被破译。
第二代的移位法和替换法的安全性很好，也比较好用，但到了16世纪，这个局面扭转了。因为概率论的出现，这两种加密法可以破解了。
自此之后，加密与解密的对抗战中，因为数学的应用，解密一方暂时占据优势。
两个破解 第二代加密法 最经典的案例。
一个发生在16世纪的苏格兰女王玛丽一世身上，一个发生在17世纪中后期到18世纪初的法国国王路易十四身上。
玛丽一世女王，她是我听说过的最刚烈的女人。在这门课《密码学人物列传》的模块中，我会专门用一讲详细讲讲她的故事。这节课，我们还是主要围绕密码展开。
27岁时，玛丽一世被自己的姑姑英格兰女王伊丽莎白一世关押了起来，一关18年。到44岁时，监狱里的她和外界反叛军密谋要杀害姑姑，一旦谋杀成功，她自己就能坐上王位。当时的信件都是通过特殊渠道传入监狱，最后由侍女在递送红酒时，藏在瓶塞中带进去。
玛丽一世很聪明，包含暗杀计划的并不是普通的信，而是加密过的。就算不慎落入伊丽莎白一世的手中，也没人看得懂。
其中用到的加密方法，就是替代法。所有的英文字母被类似符文的东西替换，一些常用词也用符号代替。具体的对应方式，你可以参考下面这个图表。
玛丽此后就通过这个特殊渠道和反叛军通信，几个月后，她熟练掌握，写信可以直接用密文，不用一个个字母查对照表了。
不幸的是，这个特殊消息传递的渠道里，竟然隐藏着一个双面间谍，他把情况汇报给了伊丽莎白。在位的女王正愁抓不到把柄，这下终于有机会名正言顺的处死玛丽了。
不过现在还急不得，必须抓到足够硬的证据，而且最好把整个阴谋背后所有的参与者一起除掉，所以伊丽莎白没有打草惊蛇。
此后玛丽和外界的通信，每一封都先经过双面间谍送到密码学校，花1个小时誊写好，然后再密封好，就像从没有被截获过那样，递出皇宫。密码学校的人再拿着誊写好的密文想法破解，最终他们成功了。
破解方法，就叫做“ 频率分析法 ”。这种方法其实在9世纪的阿拉伯就出现了，只是到了16世纪才被欧洲数学家注意到。
下面咱们讲讲它的原理。很简单，英文中字母出现的频率，是不一样的。比如字母e是出现频率最高的，占12.7%；其次是t，9.1%；然后是a，o，i，n等，最少的是z，只占0.1%。
英语中字母频率统计
除了英语，其他语言也有详细统计。
玛丽和外界用密文往来很多，字符总量足够多，全部收集到一起，统计哪个符号出现的比例最高，那个字符大概就是字母e。
当然，有些字母出现的频率极为接近，比如h，r和s，分别是6.09%，5.98%和6.32%。但只要稍微留意字母前后的关联，就可以区分出来。比如：t几乎不可能出现在b，d，g，j，k，m，q这些字母的旁边，h和e经常连在一起，ee一起出现的频率远比aa一起出现高得多等等。
频率分析法的实质，就是大幅降低字母排列组合的可能性。
从前我们假设每个符文都可以是26个字母的任意一个，有多少个替代符号出现，就有26的多少次方种可能。但频率分析法把很多符号的可能性大大降低，有的降低为只有1种可能，有的降低为只有2-3种可能。
这样一来，即便第一步统计各种符号出现的频率时并不完全确定，但只要再根据拼写规律筛选一下，替代符号对应的真实字母就确定了。
在审讯的过程中，尽管玛丽始终没有承认谋反，但证人和密码学专家一起向公众展示了密文和原文，讲解了解密规则，最后玛丽一世还是被砍了头。
这是加密和解密在皇权斗争中最著名的一次应用，解密法大胜。
解密方法公布后，替代法就不再有效。起码对欧洲王室来说，决心要破解的话，一定可以破。
加密一方当然不甘落败，怎么办？
很快就出现了另一种叫做“ 同音替代法 ”的方法。
比如说字母a可以用11，23，41三个数字替代，这三个数字翻译过来都是a。越常用的字母，比如e，就用越多的符号代替它。这种想法的终极目标，就是让每个数字出现的频率都大致相等。频率特征没有了，密码就不容易破解了。
同音替代法
从上面这张同音替代法的表格中可以看到，最常使用的e，替代的字符最多。
不过这种方法的解密法马上也出现了，就是通过字母前后顺序关系来猜。
最典型的例子是，q后面出现的最大可能是u，而q又是一个不常用的字母，有很大概率猜出来。其他字母猜出来的难度大一些，但只要肯花时间，总能破解。
史上最有名的采用同音替代法的密码，是法国国王路易十三、十四时期的“大密码”（Grand Chiffre）。它使用了40多年后，随着拿破仑倒台突然失传。直到1890年才被完整破解，破解方法就是从单词拼读规律入手的。
这套加密法用了587种数字，来表示不同的发音。其中陷阱还很多，比如有些数字只代表字母，不代表发音；很多数字是干扰字符，它们没有意义；还有一些数字既不是发音也不是字符，而是代表删掉前一个字符。
大密码被破解后，很多200年前路易十四的宫廷秘闻才大白于天下。
其中有一段，是法国宫廷传奇“铁面人”的新发现。铁面人的故事在欧洲，就像咱们关心康熙晚年雍正是怎么即位的故事那样。无数小说都以这个为背景，大仲马和伏尔泰都写过。
故事说的是一个犯人从1669年被捕后，一直关押。而且负责关押他的监狱长不论工作怎么调动，总把这个犯人带上，一关就是34年。按说这么重的罪，就让他把牢底坐穿吧。不，给他吃的都是美味，穿的都是华服，还可以弹琴，有医生定期探望，甚至转移监狱时都是高级马车护送。什么都有，只是没自由。
有狱卒看到过这个人在远离其他犯人的地方散步，脸上总带着一个铁面具，没人知道他长什么样。
铁面人到底是谁，有N种猜测，在大密码告破之前，有猜是路易十四同父异母哥哥的，有猜是路易十四亲生父亲的，有猜是英国国王私生子、法国财务大臣、意大利外交官的。之所以有争议，是因为每个说法都有漏洞。
在大密码告破后，又多了一种解释，那就是当时路易十四手下的德布隆德将军（Vivien de Bulonde）。解密后，有一封信是战争部长写给路易十四的，提到立即抓捕德布隆德将军，晚上关进牢房看管，白天可以允许他带着面具在城垛上活动。
这个说法虽然后来也发现了漏洞，但因大密码破解而公布的文件和信件，让法国宫廷内部的历史变得更有据可查。
你想过为什么替代法会被破解吗？是宫廷天才对猜字游戏很擅长，还是双面间谍的勇敢机智？
这些因素当然都有。但最重要的观察视角是——那个年代的数学突飞猛进，终于诞生了“ 概率 ”这种新概念。
今天的人听到“某个字母在一篇文章里出现的概率”这样的表述，当然不会觉得难以理解。但400多年前的人虽然也知道，硬币扔出去，女王头像一面朝上的机率是一半，这样粗浅的概率知识。但他们大都不会用这个视角衡量感兴趣的对象。
其实直到现在，大多数人也没什么机会用这个视角去思考，唯一涉及切身利益的就是买彩票。
而当年概率论之所以诞生，正因为第一个研究概率论的那个数学家卡尔达诺（Girolamo Cardano）是个赌徒，他还是三次方程一般解法的发现者，也是最早使用复数概念的人。世界上第一本概率著作《论赌徒的游戏》，就是他写的。正是这本书写完5年后，玛丽女王被姑姑囚禁了起来。
数学的发展，有两个高峰。一次是公元前500年到公元前300年，那之后一直在下滑，大约在公元500年跌到谷底。另一次高峰是在这1000年之后，大约在玛丽女王时代，才超越古希腊巅峰时期的水平，而且这个高峰现在还没出现最高值。
随着数学水平的提高，不只是密码学，所有使用到数学的应用学科也会跟着变。很多在1500年之前只是旁门左道的事情，逐渐成为独立的行业，或者单独的学科分支。
创文链接：
• 执剑与破壁的永恒之光
• 密码为什么要从俚语加密开始Why do passwords start with slang encryption
① 替换法
替换法很好理解，就是用固定的信息将原文替换成无法直接阅读的密文信息。例如将 b 替换成 w ，e 替换成p ，这样bee 单词就变换成了wpp，不知道替换规则的人就无法阅读出原文的含义。
替换法有单表替换和多表替换两种形式。
② 移位法
移位法就是将原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得出密文，典型的移位法应用有 “ 恺撒密码 ”。
例如约定好向后移动2位（abcde - cdefg），这样 bee 单词就变换成了dgg。
古典密码破解方式--频率分析法
古典密码的安全性受到了威胁，外加使用便利性较低，到了工业化时代，近现代密码被广泛应用。
恩尼格玛机
恩尼格玛机是二战时期纳粹德国使用的加密机器，其使用的加密方式本质上还是移位和替代，后被英国破译，参与破译的人员有被称为计算机科学之父、人工智能之父的图灵。
① 散列函数加密（消息摘要，数字摘要）
散列函数，也见杂凑函数、摘要函数或哈希函数，可将任意长度的消息经过运算，变成固定长度数值，常见的有MD5、SHA-1、SHA256，多应用在文件校验，数字签名中。
MD5 可以将任意长度的原文生成一个128位（16字节）的哈希值
SHA-1可以将任意长度的原文生成一个160位（20字节）的哈希值
特点：消息摘要（Message Digest）又称为数字摘要(Digital Digest)
它是一个唯一对应一个消息或文本的固定长度的值，它由一个单向Hash加密函数对消息进行作用而产生
使用数字摘要生成的值是不可以篡改的，为了保证文件或者值的安全
MD5算法 : 摘要结果16个字节, 转16进制后32个字节
SHA1算法 : 摘要结果20个字节, 转16进制后40个字节
SHA256算法 : 摘要结果32个字节, 转16进制后64个字节
SHA512算法 : 摘要结果64个字节, 转16进制后128个字节
② 对称加密
对称密码应用了相同的加密密钥和解密密钥。对称密码分为：序列密码(流密码)，分组密码(块密码)两种。流密码是对信息流中的每一个元素（一个字母或一个比特）作为基本的处理单元进行加密，块密码是先对信息流分块，再对每一块分别加密。
例如原文为1234567890，流加密即先对1进行加密，再对2进行加密，再对3进行加密……最后拼接成密文；块加密先分成不同的块，如1234成块，5678成块，90XX(XX为补位数字)成块，再分别对不同块进行加密，最后拼接成密文。前文提到的古典密码学加密方法，都属于流加密。
示例
我们现在有一个原文3要发送给B
设置密钥为108, 3 * 108 = 324, 将324作为密文发送给B
B拿到密文324后, 使用324/108 = 3 得到原文
常见加密算法
DES : Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的块算法，1977年被美国联邦政府的国家标准局确定为联邦资料处理标准（FIPS），并授权在非密级政府通信中使用，随后该算法在国际上广泛流传开来。
AES : Advanced Encryption Standard, 高级加密标准 .在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区块加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。
特点
加密速度快, 可以加密大文件
密文可逆, 一旦密钥文件泄漏, 就会导致数据暴露
加密后编码表找不到对应字符, 出现乱码，故一般结合Base64使用
加密模式
ECB : Electronic codebook, 电子密码本. 需要加密的消息按照块密码的块大小被分为数个块，并对每个块进行独立加密
优点 : 可以并行处理数据
缺点 : 同样的原文生成同样的密文, 不能很好的保护数据
CBC : Cipher-block chaining, 密码块链接. 每个明文块先与前一个密文块进行异或后，再进行加密。在这种方法中，每个密文块都依赖于它前面的所有明文块
优点 : 同样的原文生成的密文不一样
缺点 : 串行处理数据
填充模式：当需要按块处理的数据, 数据长度不符合块处理需求时, 按照一定的方法填充满块长的规则
NoPadding不填充.
对应的AES加密类似，但是如果使用的是AES加密，那么密钥必须是16个字节。
加密模式和填充模式：
AES/CBC/NoPadding (128)
AES/CBC/PKCS5Padding (128)
AES/ECB/NoPadding (128)
AES/ECB/PKCS5Padding (128)
DES/CBC/NoPadding (56)
DES/CBC/PKCS5Padding (56)
DES/ECB/NoPadding (56)
DES/ECB/PKCS5Padding (56)
DESede/CBC/NoPadding (168)
DESede/CBC/PKCS5Padding (168)
DESede/ECB/NoPadding (168)
DESede/ECB/PKCS5Padding (168)
RSA/ECB/PKCS1Padding (1024, 2048)
RSA/ECB/OAEPWithSHA-1AndMGF1Padding (1024, 2048)
RSA/ECB/OAEPWithSHA-256AndMGF1Padding (1024, 2048)
PS: Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节码的可读性编码算法之一
可读性编码算法不是为了保护数据的安全性，而是为了可读性
可读性编码不改变信息内容，只改变信息内容的表现形式
所谓Base64，即是说在编码过程中使用了64种字符：大写A到Z、小写a到z、数字0到9、“+”和“/”
Base64 算法原理:base64 是 3个字节为一组，一个字节 8位，一共 就是24位 ，然后，把3个字节转成4组，每组6位(3 * 8 = 4 * 6 = 24），每组缺少的2位会在高位进行补0 ，这样做的好处在于 base取的是后面6位而去掉高2位 ，那么base64的取值就可以控制在0-63位了，所以就叫base64，111 111 = 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1 =
toString()与new String ()用法区别
③ 非对称加密
非对称密码有两支密钥，公钥（publickey）和私钥（privatekey），加密和解密运算使用的密钥不同。用公钥对原文进行加密后，需要由私钥进行解密；用私钥对原文进行加密后（此时一般称为签名），需要由公钥进行解密（此时一般称为验签）。公钥可以公开的，大家使用公钥对信息进行加密，再发送给私钥的持有者，私钥持有者使用私钥对信息进行解密，获得信息原文。因为私钥只有单一人持有，因此不用担心被他人解密获取信息原文。
特点：
加密和解密使用不同的密钥
如果使用私钥加密, 只能使用公钥解密
如果使用公钥加密, 只能使用私钥解密
处理数据的速度较慢, 因为安全级别高
常见算法：RSA，ECC
数字签名
数字签名的主要作用就是保证了数据的有效性（验证是谁发的）和完整性（证明信息没有被篡改），是非对称加密和消息摘要的应用
keytool工具使用
keytool工具路径：C:\Program Files\Java\jre1.8.0_91\bin
--- END
维吉尼亚加密法。
讲到概率论出现之后，传统的移位法就不好使了。
维吉尼亚加密法，就是为了对抗频率分析出现的——使用这套加密方法之后，字母的频率特征会消失。
一般认为，做出这套加密法的是法国外交官布莱斯·德·维吉尼亚。
但这个结论有很多争议，在他之前40多年的德国炼金术士约翰尼斯发明的表格法，也包含其中关键部分；在他之前80多年，意大利诗人莱昂也提出过这种方法的关键部分。
一个发明到底归属谁有必要考据细节吗？
当然没有。我主要是想指出一个规律——凡是出现了一个发明权一堆人抢的情况，就说明那个领域已经形成了成熟的行业。
密码学也是如此。我们暂且认为维吉尼亚就是发明人吧。问题来了，他一个外交官怎么会对密码学研究那么深呢？有两个原因：
在18世纪初，欧洲各国都有隶属于情报机构，专门负责加密解密的部门，叫“黑房厅”。它是和邮政系统配合运行的。
每天有大批信件本来是从各地寄到邮局，再从邮局分发出去。黑房厅出现后，一部分信就不是从邮局直接递给收信人了，而是要先经过黑房厅，再送到收信人手里。
哪部分信件要绕这么一道弯儿呢？
其实就是所有寄给当地大使馆的信件，会受到这种特殊待遇。因为这里很可能有机密信息。
虽然我直接把内幕说出来了，但黑房厅在当年运作的时候是完全保密的，人不知鬼不觉。信件不能因为破译需要时间，而让对方使领馆人员察觉到递送超时。
以当时最著名的维也纳黑房厅来说，每天早上7点，信件先抵达黑房厅，工作人员小心翼翼的融开封口，由专门的速记员把信件誊写抄录，如果是很偏门的语言，就由专家出马誊写。然后马上把信封好口，在三小时内送回邮局，邮局再按正常流程递送出去。
那时各国都在重要信件上使用了加密法，最初普遍采用替代法和移位法的混合，但对掌握频率分析法的黑房厅来说，总是可以破译。
奥地利除了自己偷看信，还暗中把消息卖给其他国家的情报部门。没过几年，很多国家察觉到自己的加密可能失效了，于是就催生出下一代加密法。
为了弄懂后面新的加密法，我们有必要先来回顾一下第二代加密法存在哪些漏洞。
讲了替代法的破解原理，因为每个字母实际使用的频率是有固定值的，所以不论那些字母被什么符号替代了，都可以从频率上找出它的真身。
玛丽女王就生活在加密法打不过解密法的年代。其实在她被砍头的40年前，新的加密法已经出现了，它是替代法的改进版，叫“多套符号加密法”。
为了掩盖字母使用中暴露的频率特征，解决办法就是用多套符号代替原来的文字，比如原文的字母是A，从前只把它替换成F，现在把它替换成F或者G这两个。那什么时候用F什么时候用G呢？可以自行规定，比如说，字母在奇数位时用F代替，字母在偶数位时用G代替。
从前单套符号替代的时候，凡是文字中频率为7.63%的符号，差不多就代表A了。但现在A由F和G混合在一起，7.63%的特征不再出现，哪个符号代表A就没人知道了，于是频率分析法暂时失效。
而且，多套符号加密法并没满足于2-3套，后来典型使用的是26套。
这个用了26套字符的方法，就是第三代密码“维吉尼亚加密法”。就是它，成功压制了解密一方的频率分析法。
它是一个表格，第一行代表原文的字母，下面每一横行代表原文分别由哪些字母代替，每一竖列代表我们要用第几套字符来替换原文。一共26个字母，一共26套代替法，所以这个表是一个26×26的表。
维吉尼亚密码表
它具体是怎么加密呢？
假设我要给“hello”加密，现在的思路和单套的加密方法不一样了。单套的时候，我们可以指定这个表里任意一横行，比如指定第8行的意思就是说，原文中的字母都往后移8位，只使用这一行的规则，“hello”就变成了PMTTW。
但现在我们的思路是用多套密码，不能只用第8行第8套。于是我们就这样指定：
你说这听着怎么这么乱啊？具体每个字母移动多少位竟然要单独指定，太麻烦了吧？
如果原文只是hello这种词还好，要是一封信的话，一个字母一个字母的规定用哪套替代，不但加密费劲，解读也费劲。只能单独再写一本说明书出来，照着它一个字母一个字母的还原，费时费力、容易出错不说，连加密的初衷都实现不了。
因为这份说明书的文字量比原文还要多得多，而且这个说明书还必须以谁都可以看懂的方式书写。想让收信方看明白，必须要送一本加密说明书给对方，如果说明书被截获，内容也就白加密了。
这个问题是这么解决的：
第三代的维吉尼亚加密法在真实使用时，人们事先规定每个字母用了哪套移位法时，并不是毫无规律的瞎指定，而是要约定一个规则，这个规则就叫作 “ 钥匙 ”。
钥匙最初只是一个单词，比如，像钥匙是yes，那怎么加密呢？
你看，yes的y是第25个字母，就代表加密时把原文第一个字母往后移25位；yes的第二个字母e是字母表中第5个字母，就代表把原文的第二个字母往后移5位；yes的第三个字母s在字母表中是第19个字母，就代表把原文第3个字母后移19位。这样原文的前三个字母，就分别用了第25套、第5套、第19套替代法。
那原文第4个、第5个、第6个字母怎么解决呢？好办，就按刚刚的规则循环就好。
这样“hello”在钥匙是yes的情况下，就被加密成了FIDJS。
这样的好处是，原文里同一个字母会被加密成不同字符，hello中的两个“l”分别变成了D和J。而且密文中同样的字符也可能代表不同的原文，谁和谁都不对应。
1586年，维吉尼亚把这个想法写在了《密码论》中发表。
而上节课我们说的玛丽女王是在1587年被砍的头，如果她和反叛军能用到这本书里的加密方法，也许会是另一种命运。
维吉尼亚法相比从前的加密法，破解难度上了一个新的台阶，按理说应该倍受青睐吧？结果恰恰相反——它在出现后的200年里，几乎没有人使用。
原因很简单，太麻烦了。咱们第一节课就讲到，真正好用的密码，是在安全性和效率上找到了平衡点。
你想，用单套密码的时候，当年玛丽女王稍作训练，在监狱里就可以抛开字典直接用密文回信，但是如果用维吉尼亚密码的话，估计她老得翻字典。
而且大家也可以设身处地的想想，加密法可是一套26×26的表格，而且还有长短不一的钥匙。每加密一个字母，都要在表格里找来找去，就算是在熟练操作的情况下，加密一个字母也得要3秒钟的时间。写完一篇500字的短文，要3个多小时的高强度工作。慢还不说，这样来回来去的查和写，还容易出错。
所以在它诞生后的200多年时间里，几乎没有人用。既然没人使用，自然200多年也就没有人破解。
直到1861年到1865年美国南北战争时期，维吉尼亚加密法才被广泛使用。
为什么会这样？是因为人们脑子变聪明了，手更快了吗？
不是的，而是因为随着科学技术的发展，那时候加密解密的工作已经可以由机械来完成。1860年代，不但已经有了蒸汽机，也有了电动机，这种有规律的体力活儿机器是最擅长干的，既不会抱怨累，也不太会出错。
从维吉尼亚法推迟200多年才得到实际使用，我们能明白一个道理——
基础学科的发展是工程领域发展的根基，新理论的发明要比产品的发明重要得多。
就算是只限于密码学领域，这个规律也反复出现了多次，而且大都集中在维吉尼亚密码法诞生之后。
因为16世纪初，现代科学已经在欧洲出现了。科学理论用得好就能生出新技术，新技术解决一个个困难，让人类更愿意把精力投入到科学中，于是又产生出更多的技术，形成了一个正反馈。
在这样一个新环境里，出现了一个有意思的情况：
维吉尼亚加密法是这样，维吉尼亚加密法的破解也一样是这样。
这并不是偶然，而是现代科学出现后的常态，在任何领域都是如此。
知道了这个规律，我们就会少一分对伟大发明家的崇拜，多一分对背后科学原理的敬畏。
发展历程
密码学（在西欧语文中，源于希腊语kryptós“隐藏的”，和gráphein“书写”）是研究如何隐密地传递信息的学科。在现代特别指对信息以及其传输的数学性研究，常被认为是数学和计算机科学的分支，和信息论也密切相关。
著名的密码学者Ron Rivest解释道：“密码学是关于如何在敌人存在的环境中通讯”，自工程学的角度，这相当于密码学与纯数学的异同。密码学是信息安全等相关议题，如认证、访问控制的核心。密码学的首要目的是隐藏信息的涵义，并不是隐藏信息的存在。
密码学也促进了计算机科学，特别是在于电脑与网络安全所使用的技术，如访问控制与信息的机密性。密码学已被应用在日常生活：包括自动柜员机的芯片卡、电脑使用者存取密码、电子商务等等。
密码是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。依照这些法则，变明文为密文，称为加密变换；变密文为明文，称为脱密变换。密码在早期仅对文字或数码进行加、脱密变换，随着通信技术的发展，对语音、图像、数据等都可实施加、脱密变换。
密码学是在编码与破译的斗争实践中逐步发展起来的，并随着先进科学技术的应用，已成为一门综合性的尖端技术科学。它与语言学、数学、电子学、声学、信息论、计算机科学等有着广泛而密切的联系。它的现实研究成果，特别是各国政府现用的密码编制及破译手段都具有高度的机密性。
进行明密变换的法则，称为密码的体制。指示这种变换的参数，称为密钥。它们是密码编制的重要组成部分。
密码体制的基本类型可以分为四种：错乱按照规定的图形和线路，改变明文字母或数码等的位置成为密文；代替——用一个或多个代替表将明文字母或数码等代替为密文；密本——用预先编定的字母或数字密码组，代替一定的词组单词等变明文为密文。
加乱——用有限元素组成的一串序列作为乱数，按规定的算法，同明文序列相结合变成密文。以上四种密码体制，既可单独使用，也可混合使用 ，以编制出各种复杂度很高的实用密码。
20世纪70年代以来，一些学者提出了公开密钥体制，即运用单向函数的数学原理，以实现加、脱密密钥的分离。加密密钥是公开的，脱密密钥是保密的。这种新的密码体制，引起了密码学界的广泛注意和探讨。
利用文字和密码的规律，在一定条件下，采取各种技术手段，通过对截取密文的分析，以求得明文，还原密码编制，即破译密码。破译不同强度的密码，对条件的要求也不相同，甚至很不相同。
其实在公元前，秘密书信已用于战争之中。西洋“史学之父”希罗多德（Herodotus）的《历史》（The Histories）当中记载了一些最早的秘密书信故事。公元前5世纪，希腊城邦为对抗奴役和侵略，与波斯发生多次冲突和战争。
于公元前480年，波斯秘密集结了强大的军队，准备对雅典（Athens）和斯巴达（Sparta）发动一次突袭。
希腊人狄马拉图斯（Demaratus）在波斯的苏萨城（Susa）里看到了这次集结，便利用了一层蜡把木板上的字遮盖住，送往并告知了希腊人波斯的图谋。最后，波斯海军覆没于雅典附近的沙拉米斯湾（Salamis Bay）。
由于古时多数人并不识字，最早的秘密书写的形式只用到纸笔或等同物品，随着识字率提高，就开始需要真正的密码学了。最古典的两个加密技巧是：
置换（Transposition cipher）：将字母顺序重新排列，例如‘help me’变成‘ehpl em’。
替代（substitution cipher）：有系统地将一组字母换成其他字母或符号，例如‘fly at once’变成‘gmz bu podf’（每个字母用下一个字母取代）。
扩展资料：
研究
作为信息安全的主干学科，西安电子科技大学的密码学全国第一。
1959年，受钱学森指示，西安电子科技大学在全国率先开展密码学研究，1988年，西电第一个获准设立密码学硕士点，1993年获准设立密码学博士点，是全国首批两个密码学博士点之一，也是唯一的军外博士点，1997年开始设有长江学者特聘教授岗位，并成为国家211重点建设学科。
2001年，在密码学基础上建立了信息安全专业，是全国首批开设此专业的高校。
西安电子科技大学信息安全专业依托一级国家重点学科“信息与通信工程”（全国第二）、二级国家重点学科“密码学”（全国第一）组建，是985工程优势学科创新平台、211工程重点建设学科。
拥有综合业务网理论及关键技术国家重点实验室、无线网络安全技术国家工程实验室、现代交换与网络编码研究中心（香港中文大学—西安电子科技大学）、计算机网络与信息安全教育部重点实验室、电子信息对抗攻防与仿真技术教育部重点实验室等多个国家级、省部级科研平台。
在中国密码学会的34个理事中，西电占据了12个，且2个副理事长都是西电毕业的，中国在国际密码学会唯一一个会员也出自西电。毫不夸张地说，西电已成为中国培养密码学和信息安全人才的核心基地。
以下简单列举部分西电信安毕业生：来学嘉，国际密码学会委员，IDEA分组密码算法设计者；陈立东，美国标准局研究员；丁存生，香港科技大学教授；邢超平，新加坡NTU教授；冯登国，中国科学院信息安全国家实验室主任，中国密码学会副理事长。
张焕国，中国密码学会常务理事，武汉大学教授、信安掌门人；何大可，中国密码学会副理事长，西南交通大学教授、信安掌门人；何良生，中国人民解放军总参谋部首席密码专家；叶季青，中国人民解放军密钥管理中心主任。
西安电子科技大学拥有中国在信息安全领域的三位领袖：肖国镇、王育民、王新梅。其中肖国镇教授是我国现代密码学研究的主要开拓者之一，他提出的关于组合函数的统计独立性概念，以及进一步提出的组合函数相关免疫性的频谱特征化定理，被国际上通称为肖—Massey定理。
成为密码学研究的基本工具之一，开拓了流密码研究的新领域，他是亚洲密码学会执行委员会委员，中国密码学会副理事长，还是国际信息安全杂志（IJIS）编委会顾问。
2001年，由西安电子科技大学主持制定的无线网络安全强制性标准——WAPI震动了全世界，中国拥有该技术的完全自主知识产权，打破了美国IEEE在全世界的垄断，华尔街日报当时曾报道说：“中国无线技术加密标准引发业界慌乱”。
这项技术也是中国在IT领域取得的具少数有世界影响力的重大科技进展之一。
西安电子科技大学的信息安全专业连续多年排名全国第一，就是该校在全国信息安全界领袖地位的最好反映。
参考资料来源：百度百科-密码学
信息理论之父：克劳德 香农
论文《通信的数学理论》
如果没有信息加密，信息直接被中间人拦截查看、修改。
明文Plain text
密文Cipher text
加密Encryption/Encrypherment：将明文转化为密文
解密Decrytion/Decipherment：讲密文还原为明文
加密钥匙EK Encryption Key：加密时配合加密算法的数据
解密钥匙EK Encryption Key：解密时配合解密算法的数据
各个字符按照顺序进行n个字符错位的加密方法。
（凯撒是古罗马军事家政治家）
多次使用恺撒密码来加密并不能获得更大的安全性，因为使用偏移量A加密得到的结果再用偏移量B加密，等同于使用A+B的偏移量进行加密的结果。
凯撒密码最多只有25个密匙 +1到+25 安全强度几乎为0
（密钥为0或26时，明文在加密前后内容不变）
暴力枚举
根据密文，暴力列出25个密匙解密后的结果。
凯撒密码的例子是所有 单字母替代式密码 的典范，它只使用一个密码字母集。
我们也可以使用多字母替代式密码，使用的是多个密码字母集。
加密由两组或多组 密码字母集 组成，加密者可自由的选择然后用交替的密码字母集加密讯息。
（增加了解码的困难度，因为密码破解者必须找出这两组密码字母集）
另一个多字母替代式密码的例子“维吉尼亚密码”，将更难解密
（法语：Vigenère cypher），
它有26组不同用来加密的密码字母集。
每个密码字母集就是多移了一位的凯撒密码。
维吉尼亚方格（替换对照表）：
维吉尼亚密码引入了密匙概念。
同一明文在密文中的每个对应，可能都不一样。
移位式密码，明文中出现的字母依然出现在密文中，只有字母顺序是依照一个定义明确的计划改变。
许多移位式密码是基于几何而设计的。一个简单的加密（也易被破解），可以将字母向右移1位。
例如，明文"Hello my name is Alice."
将变成"olleH ym eman si ecilA."
密码棒（英语：scytale）也是一种运用移位方法工具。
如
明文分组，按字符长度来分，每5个字母分一组。
并将各组内的字符的顺序进行替换。
具体例子
纵栏式移项密码
先选择一个关键字，把原来的讯息由左而右、由上而下依照关键字长度转写成长方形。接着把关键字的字母依照字母集顺序编号，例如A就是1、B就是2、C就是3等。例如，关键字是CAT，明文是THE SKY IS BLUE，则讯息应该转换成这样：
C A T
3 1 20
T H E
S K Y
I S B
L U E
最后把讯息以行为单位，依照编号大小调换位置。呈现的应该是A行为第一行、C行为第二行、T行为第三行。然后就可以把讯息"The sky is blue"转写成HKSUTSILEYBE。
另一种移位式密码是中国式密码（英语：Chinese cipher），移位的方法是将讯息的字母加密成由右而左、上下交替便成不规则的字母。范例，如果明文是：THE DOG RAN FAR，则中国式密码看起来像这样:
R R G T
A A O H
F N D E
密码文将写成：RRGT AAOH FNDE
绝大多数的移位式密码与这两个范例相类似，通常会重新排列字母的行或列，然后有系统的移动字母。其它一些例子包括Vertical Parallel和双移位式（英语：Double Transposition）密码。
更复杂的算法可以混合替代和移位成为积密码（product cipher）；现代资料区段密码像是DES反复位移和替代的几个步骤。
行数=栏数
明文，分为N栏（N行） 按照明文本来的顺序，竖着从上往下填。
【实例1】
明文123456
栏数2（行数2）
密文135246
135
246
拆成2行（2栏），竖着看密文——得到明文
【实例2】明文123456789abcdefghi 栏数9 （行数）---密文1a2b3c4d5e6f7g8h9i
拆成9行竖着看密文.
1a
2b
3c
4d
5e
6f
7g
8h
9i
古典密码【栅栏密码安全度极低】组成栅栏的字母一般一两句话，30个字母。不会太多！ 加解密都麻烦
是指研究字母或者字母组合在文本中出现的频率。应用频率分析可以破解古典密码。
工具
在线词频分析
“密码体制”包含要素和含义分别如下所述：
对称密码：用于加密和解密的密码相同，加密速度较快，可用于长文本的加密。
达到的密码学目标：机密性。
非对称密码：该体制有成为公钥密码体制，加密和解密的密码不相同，一般，公钥用于加密，私钥用于解密。 非对称密码加密速度较慢，一般用于对称密码的保护和数字签名。
达到的密码学目标：机密性、认证、不可抵赖性。
杂凑密码：又称为HASH密码，用于计算消息摘要值。杂凑运算是不可逆的。
达到的密码学目标：完整性
关于“密码体制”的知识延展：
外文名：cipher system
含义：
也叫密码系统，是指能完整地解决信息安全中的机密性、数据完整性、认证、身份识别、可控性及不可抵赖性等问题中的一个或几个的一个系统。对一个密码体制的正确描述，需要用数学方法清楚地描述其中的各种对象、参数、解决问题所使用的算法等。
完成加密和解密的算法。通常，数据的加密和解密过程是通过密码体制(cipher system) +密钥(keyword)来控制的。 密码体制必须易于使用，特别是应当可以在微型计算机使用。密码体制的安全性依赖于密钥的安全性，现代密码学不追求加密算法的保密性，而是追求加密算法的完备，即：使攻击者在不知道密钥的情况下，没有办法从算法找到突破口。
基本模式：
通常的密码体制采用移位法、代替法和代数方法来进行加密和解密的变换，可以采用一种或几种方法结合的方式作为数据变换的基本模式，下面举例说明：
移位法也叫置换法。移位法把明文中的字符重新排列，字符本身不变但其位置改变了。
例如最简单的例子：把文中的字母和字符倒过来写。
或将密文以固定长度来发送，如：5791ECNI SYLDIPAT DEVLOBES AHYTIRUC ESATAD**
组成：
（1）通常情况下，一个密码体制由五元组{M，C，K，E，D}五个部分组成：
（2）明文信息空间Message：它是全体明文m的集合；
（3）密文信息空间Ciphertext：它是全体密文c的集合；
（4）密钥空间Key：它是全体密钥k的集合。其中每一个密钥k均由加密密钥ke和解密密钥kd组成，即k=(ke,kd)；
（5）加密算法Encryption Algorithm：它是一族由M到C的加密变换，即 M→C; 也就是 C = ( M, Ke)。
（6）解密算法Decryption Algorithm：它是一族由C到M的加密变换，即 C→M; 也就是 M = ( C, Kd)。
