F05030285050309204摘要：本文介绍了密码学的产生，在非对称密码出现之前的发展历程，加密方法以及其缺陷和破解方法，并简要介绍了著名的ENIGMA密码机的原理。关键词：密码学密钥明文密文引言：人类使用密码的历史，从今天已知的，最早可以一直追溯到古巴比伦人的泥板文字。古埃及人，古罗马人，古阿拉伯人……几乎世界历史上所有文明都使用过密码。军事和外交一直是密码应用的最重要的领域，为了在通讯过程中保护自己信息不被外人所知，诞生了形形色色的密码；而为了刺探于己不利的秘密，人们又绞尽脑汁地试图破译对手的密码。由此产生的密码学（cryptology）作为数学的一个分支，是密码编码学和密码分析学的统称，这两者是密码学这枚硬币互相对抗又互相促进的两面。本文将从最古老的明文替换开始，带领我们深入了解古典密码学。古典密码是密码学发展的一个阶段，也是近代密码学产生的渊源。尽管古典密码大都较简单，一般可用手工或机械方式实现其加密、解密过程，目前却很少采用。研究古典密码的原理，有助于理解、构造和分析近代密码。.在密码学的发展历史上，出现了两种隐藏明文信息的方法：隐写术和密码编码学。密码编码学是通过各种文本转换的方法使得消息为外部不可理解。隐写术则是隐藏消息的存在，它本质上不是一种编码加密技术，这种方法通常在一段普通的文字中嵌入排列一些词汇或字母，隐含地表达真正的意思。其中具有代表性的方法是网格式密码，例如如下一条很平常的信息当收信人用网格纸覆盖以后读出来的消息却是：隐写术与加密技术相比有以下缺点：①它形式简单但构造费时，要求有大量的开销来隐藏相对较少的信息。②一旦该系统的构造方法被发现，就会变得完全没有价值③隐写术一般无稳健性，如数据被改动后隐藏的信息不能被恢复。.在对明文进行加密的时候一个很自然的想法是以某种重新排列消息中的字母，以便打破密文的结构特性。早在公元前5世纪，古希腊斯巴达出现原始的密码器，用一条带子缠绕在一根木棍上，沿木棍纵轴方向写好明文，解下来的带子上就只有杂乱无章的密文字母。解密者只需找到相同直径的木棍，再把带子缠上去，沿木棍纵轴方向即可读出有意义的明文。这是最早的换位密码术。代替法是古典密码学的另一种基本技巧，它和换位法在现代密码学中仍得到广泛应用。就是明文中的字母由其他字母、数字或符号所取代的一种方法。具体的代替方案称之为密钥，如图1就是一个简单的代替法加密和解密的例子。图1代替法可以用简洁的数学语言来描述，以英文字母的加密为例，其一般定义是：设，这里P,C,K,Z26分别表示明文空间、密文空间、密钥空间和26个整数（对应26个英文字母）组成的空间。对于任意的，定义：加密：解密：即明文为x，密钥为k（实现上就是将26个英文字母向后循环移k位），密文为y。当k=3的时候即为在公元前50年左右，曾被罗马大帝JuliusCaesar使用过的方法。可以看到这种简单的移位法很容易被破解，只需穷举k的26-1=25种可能值。代替法实现的三种方法：1．使用密钥的单表代替密码这种密码选用一个英文短语或单词串作为密钥，去掉其中重复的字母得到一个无重复字母的字母串，然后再将字母表中的其他字母依次写于此字母串之后，就可构造出一个字母代替表。这种单表代替泄露给破译者的信息更少，而且密钥可以随时更改，增加了灵活性。例：设密钥为：spectacular。明文：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ对应的密文：spectaulrbdfghijkmnoqvwxyz因此，如果明文为“China”，则对应的密文为：“elrhs”2．线性变换加密法加密：解密：这种方法要求k1与26互素，使密钥空间大小进一步达到了单表代替密码的最大弱点是它没有有将明文字母出现的概率掩藏起来，很容易受到频率分析的攻击。因为如果密码分析者知道明文的性质（如非压缩的英文），则分析者就能够利用该语言的规律性进行分析。所谓频率分析攻击，就是基于某种语言中各个字符出现的频率不一样，表现出一定的统计规律，这种统计规律可能在密文中得以保存，从而通过一些推测和验证过程来实现密码分析的方法。如英语的单字母频率分布如图2所示。由图2可见，字母E出现的概率最高，接近13%，其次是T,R,N,I,O,A,S，出现的频率在6%~9%之间，B,X,K,Q,J,Z出现的频率最低，一般低于1%；就双字母而言，常见的字母组合有TH,HE,IN,ER,RE,AN,ON,EN