[CTF]柵欄密碼學習

即把將要傳遞的資訊中的字母交替排成上下兩行，再將下面一行字母排在上面一行的後邊，從而形成一段密碼。柵欄密碼是一種置換密碼。

　　例如密文：TEOGSDYUTAENNHLNETAMSHVAED

　　解密過程：先將密文分為兩行

　　T E O G S D Y U T A E N N
　　H L N E T A M S H V A E D

　　再按上下上下的順序組合成一句話

　　THE LONGEST DAY MUST HAVE AN END.

加深的
       密文為：

　　PFEE SESN RETM MFHA IRWE OOIG MEEN NRMA ENET SHAS DCNS IIAA IEER BRNK FBLE LODI

　　去掉空格：PFEESESNRETMMFHAIRWEOOIGMEENNRMAENETSHASDCNSIIAAIEERBRNKFBLELODI

　　共64個字元，以8個字元為一欄，排列成8*8的方陣(凱撒方陣)：

　　P F E E S E S N
　　R E T M M F H A
　　I R W E O O I G
　　M E E N N R M A
　　E N E T S H A S
　　D C N S I I A A
　　I E E R B R N K
　　F B L E L O D I

　　從上向下豎著讀：PRIMEDIFFERENCEBETWEENELEMENTSRESMONSIBLEFORHIROSHIMAANDNAGASAKI

　　插入空格：PRIME DIFFERENCE BETWEEN ELEMENTS RESMONSIBLE FOR HIROSHIMA AND NAGASAKI





經典加密技術例項
經典加密主要採用了兩種加密技術：替代技術和置換技術。

（1）替代技術

替代技術是將明文中的每個元素（字母、位元、位元組合或字母組合）對映為另一個元素的技術。明文的元素被其他元素所代替而形成密文。在經典加密技術中使用的元素一般為字母或數字。下面給出經典加密中幾種有代表性的替代技術。

1）凱撒密碼

凱撒密碼是最早使用的替代密碼。

定義1 凱撒密碼將字母表視為一個迴圈的表，把明文中的字母用表中該字母后面第3個字母進行替代。凱撤密碼的明文字母和密文字母的對應關係如下：

明文字母：a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z

密文字母：DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC

若讓每個字母對應一個數值（a=0，b=1，……，z=25），則該演算法可以表示為：

。

定義2 將1演算法一般化，即密文字母與明文字母的偏移可以是任意值，形成了所謂的移位密碼，其演算法可以表示為：


k就是加密演算法的金鑰，可以在1到25之間取值。解密演算法可以表示為：

。

由於k的取值範圍的限制，凱撒密碼的金鑰空間很小，難以抵禦強行攻擊密碼分析。攻擊者最多嘗試25次，就一定能夠破譯密碼。

2）單字母替代密碼

為了加大凱撒密碼的金鑰空間，可以採用單字母替代密碼。單字母替代密碼是將密文字母的順序打亂後與圖文字母對應。

明文字母：a b c d e f g h I j k l m n o p q r s t u v w x y z

密文字母：OGR F C Y S A L X U B Z Q T W D V E H J M K P N I

此時的金鑰空間大小為26！，約為4×1026。即使每微秒試一個金鑰，也需要花費約1010年才能窮舉所有的金鑰。因此，強行攻擊法不太適合。

3）Vigenere密碼

Vigenere密碼利用一個凱撤方陣來修正密文中字母的頻率。在明文中不同地方出現的同一字母在密文中一般用不同的字母替代。

凱撒方陣的形式為：

A B C D E F G … Y Z

          B C D E F G H … Z A

          C D E F G H I … A B

          D E F G H I J … B C

                         …

          Z A B C D E F … X Y

加密時，使用一個通訊雙方所共享的金鑰字母串（如：HAPPYTIME），將金鑰字母串重複書寫在明文字母的上方。對要加密的明文字母找到上方的金鑰字母，然後比一下以確定凱撒方陣的某一行〔以該金鑰字母開頭的行〕。最後利用該行的字母表，使用凱撒密碼的加密方法進行替代：

例如：

金鑰： H A P P Y T I E H A P P Y T I M

明文： p l e a s e s e n d t h e d a t a

明文中的第一個e用凱撒方陣中的P行（PQRSTU…O）進行加密，因此被T替代；第二個e用方陣中的T行（TUVWX…S）進行加密，因此被X替代。

即使只選擇凱撒方陣中的任意m行，Vigenere密碼的金鑰字的長度將是26m，窮舉金鑰空間將需要很長時間，例如m=5，金鑰空間超過11000000，已經足以阻止手工窮舉金鑰搜尋。在Vigenere密碼中，一個字母能夠對映成m個可能字母中的一個，這樣的密碼體制稱為多表密碼體制，一般情況下對多表密碼體制的密碼分析比單表困難。

（2）置換技術

置換是在不丟失資訊的前提下對明文中的元素進行重新排列。

1）矩形轉置密碼

將明文寫成矩形結構，然後通過控制其輸出方向和輸出順序來獲得密文。例如，明文please send the data在不同輸出順序下的密文如下圖所示。矩形方陣上方的數字和字母串為代表輸出順序的金鑰，字母串按字母順序輸出（AEFRT）。

輸 出 順 序

1 2 3 4 5

p 1 e a s

e s e n

d t h e

   d a t a
 
輸 入 方 向
 
輸 出 順 序

3 5 1 4 2

p 1 e a s

e s e n

d t h e

   d a t a
 
輸 入 方 向
 
輸 出 順 序

A F T E R

p 1 e a s

e s e n

d t h e

   d a t a
 
輸 入 方 向
 
密文：ped l destaaehtsnea
 
密文：estasneaped eahtl d
 
密文：ped aehtl dsneaesta
 
圖 矩形轉置密碼加密示意圖
 


2）圖形轉置密碼

一個三角形轉置密碼的例子如下圖所示

e

h a v

h a r r y

o k s d o e s

h o w m a n y b o

 

輸 入 方 向
 
輸出方向
 
明文：how many books dose harry have

密文：OSYVEBERAYORHNDAASHMKWOOH
 
圖 三角形轉置密碼加密示意圖