[CTF]栅栏密码学习

即把将要传递的信息中的字母交替排成上下两行，再将下面一行字母排在上面一行的后边，从而形成一段密码。栅栏密码是一种置换密码。

　　例如密文：TEOGSDYUTAENNHLNETAMSHVAED

　　解密过程：先将密文分为两行

　　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

　　再按上下上下的顺序组合成一句话

　　THE LONGEST DAY MUST HAVE AN END.

加深的
       密文为：

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

　　去掉空格：PFEESESNRETMMFHAIRWEOOIGMEENNRMAENETSHASDCNSIIAAIEERBRNKFBLELODI

　　共64个字符，以8个字符为一栏，排列成8*8的方阵(凯撒方阵)：

　　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

　　从上向下竖着读：PRIMEDIFFERENCEBETWEENELEMENTSRESMONSIBLEFORHIROSHIMAANDNAGASAKI

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

经典加密技术实例
经典加密主要采用了两种加密技术：替代技术和置换技术。

（1）替代技术

替代技术是将明文中的每个元素（字母、比特、比特组合或字母组合）映射为另一个元素的技术。明文的元素被其他元素所代替而形成密文。在经典加密技术中使用的元素一般为字母或数字。下面给出经典加密中几种有代表性的替代技术。

1）凯撒密码

凯撒密码是最早使用的替代密码。

定义1 凯撒密码将字母表视为一个循环的表，把明文中的字母用表中该字母后面第3个字母进行替代。凯撤密码的明文字母和密文字母的对应关系如下：

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

若让每个字母对应一个数值（a=0，b=1，……，z=25），则该算法可以表示为：

。

定义2 将1算法一般化，即密文字母与明文字母的偏移可以是任意值，形成了所谓的移位密码，其算法可以表示为：

k就是加密算法的密钥，可以在1到25之间取值。解密算法可以表示为：

。

由于k的取值范围的限制，凯撒密码的密钥空间很小，难以抵御强行攻击密码分析。攻击者最多尝试25次，就一定能够破译密码。

2）单字母替代密码

为了加大凯撒密码的密钥空间，可以采用单字母替代密码。单字母替代密码是将密文字母的顺序打乱后与图文字母对应。

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

此时的密钥空间大小为26！，约为4×1026。即使每微秒试一个密钥，也需要花费约1010年才能穷举所有的密钥。因此，强行攻击法不太适合。

3）Vigenere密码

Vigenere密码利用一个凯撤方阵来修正密文中字母的频率。在明文中不同地方出现的同一字母在密文中一般用不同的字母替代。

凯撒方阵的形式为：

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

加密时，使用一个通信双方所共享的密钥字母串（如：HAPPYTIME），将密钥字母串重复书写在明文字母的上方。对要加密的明文字母找到上方的密钥字母，然后比一下以确定凯撒方阵的某一行〔以该密钥字母开头的行〕。最后利用该行的字母表，使用凯撒密码的加密方法进行替代：

例如：

密钥： 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

明文中的第一个e用凯撒方阵中的P行（PQRSTU…O）进行加密，因此被T替代；第二个e用方阵中的T行（TUVWX…S）进行加密，因此被X替代。

即使只选择凯撒方阵中的任意m行，Vigenere密码的密钥字的长度将是26m，穷举密钥空间将需要很长时间，例如m=5，密钥空间超过11000000，已经足以阻止手工穷举密钥搜索。在Vigenere密码中，一个字母能够映射成m个可能字母中的一个，这样的密码体制称为多表密码体制，一般情况下对多表密码体制的密码分析比单表困难。

（2）置换技术

置换是在不丢失信息的前提下对明文中的元素进行重新排列。

1）矩形转置密码

将明文写成矩形结构，然后通过控制其输出方向和输出顺序来获得密文。例如，明文please send the data在不同输出顺序下的密文如下图所示。矩形方阵上方的数字和字母串为代表输出顺序的密钥，字母串按字母顺序输出（AEFRT）。

输 出 顺 序

1 2 3 4 5

p 1 e a s

e s e n

d t h e

   d a t a
 
输 入 方 向
 
输 出 顺 序

3 5 1 4 2

p 1 e a s

e s e n

d t h e

   d a t a
 
输 入 方 向
 
输 出 顺 序

A F T E R

p 1 e a s

e s e n

d t h e

   d a t a
 
输 入 方 向
 
密文：ped l destaaehtsnea
 
密文：estasneaped eahtl d
 
密文：ped aehtl dsneaesta
 
图 矩形转置密码加密示意图
 

2）图形转置密码

一个三角形转置密码的例子如下图所示

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

 

输 入 方 向
 
输出方向
 
明文：how many books dose harry have

密文：OSYVEBERAYORHNDAASHMKWOOH
 
图 三角形转置密码加密示意图
 
http://www.sdpc.edu.cn/jpkc/wlaq/szal/aqslfx/sl7.htm