傳統(tǒng)加密技術(shù)對(duì)于當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)揮不了大作用,但每一本講述密碼學(xué)的書(shū)的開(kāi)頭都會(huì)率先介紹它們,因?yàn)樗鼈兪敲艽a學(xué)的基礎(chǔ),是密碼學(xué)的歷史。Vigenere密碼就是一種傳統(tǒng)加密技術(shù),它是多表代換密碼,能夠有效改進(jìn)單表代換密碼的詞頻分布特征問(wèn)題。詳細(xì)介紹請(qǐng)參考密碼學(xué)相關(guān)書(shū)籍。
幾乎每一本密碼學(xué)的書(shū)在講述Vigenere密碼的章節(jié)都會(huì)有這么一個(gè)《Vigenere代換表》用戶講解Vigenere密碼機(jī)制:
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
BCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZA
CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZAB
DEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABC
EFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCD
FGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDE
GHIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEF
HIJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFG
IJKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGH
JKLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHI
KLMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJ
LMNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJK
MNOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKL
NOPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLM
OPQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMN
PQRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNO
QRSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOP
RSTUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQ
STUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQR
TUVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRS
UVWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRST
VWXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTU
WXYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUV
XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW
YZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWX
ZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXY
加密過(guò)程很簡(jiǎn)單,就是給定密鑰字母x和明文字母y,密文字母是位于x行和y列的那個(gè)字母。這樣就決定了加密一條消息需要與消息一樣長(zhǎng)的密鑰字符串,通常,密鑰字符串是密鑰詞的重復(fù)。
以《密碼編碼學(xué)與網(wǎng)絡(luò)安全——原理與實(shí)踐》中的例子來(lái)作為本文的例子。比如密鑰詞是deceptive,消息是“we are discovered save yourself”,那么加密過(guò)程如下:
deceptivedeceptivedeceptive(密鑰字符串)
wearediscoveredsaveyourself(消息)
ZICVTWQNGRZGVTWAVZHCQYGLMGJ(密文)
密文中的第一個(gè)字母“Z”是怎么得來(lái)的?從Vigenere代換表中,以密鑰字符串中的“d”為行,消息中的“w”為列的那個(gè)字母就是“Z”了。
使用查表的方式多加密幾次就能很輕易地總結(jié)出規(guī)律:將A~Z以0~25編號(hào),那么加密過(guò)程就是,在代換表的第一行中找到消息字母,如“w”,然后向后移動(dòng)d(即3)次,所得的字母就是密文了。如果數(shù)到末位,那么下一次移位就從頭(即A)繼續(xù)。 也就是說(shuō),可以將A~Z看成一個(gè)環(huán),加密過(guò)程就是找定消息字母后,將指針往環(huán)的某個(gè)特定方向移位,次數(shù)就是密鑰字母所代表的數(shù)字。這其實(shí)是一個(gè)模26的過(guò)程。
擴(kuò)展一下,以上加密僅能對(duì)26個(gè)字母進(jìn)行加密,而且不能區(qū)分大小寫。但其實(shí)英文中除了字母外,還有標(biāo)點(diǎn)符號(hào),還有空格。如果考慮到大部分英文字符,那么Vigenere代換表將比較大,而且有點(diǎn)浪費(fèi)空間的嫌疑。如果假設(shè)能被加密的字符有N個(gè),如果把這N個(gè)字符建成一個(gè)環(huán),那么加密過(guò)程就是模N的過(guò)程,即,C(i)=(K(i)+P(i))modN,其中K、C、P分別代表的是密鑰空間、密文空間、消息(明文)空間。
網(wǎng)絡(luò)上有人用C實(shí)現(xiàn)了這個(gè)加密算法,幾乎都是使用查代換表的方法。雖然可以程序生成代換表,但所生成的代換表太有規(guī)律了。以下我用Javascript實(shí)現(xiàn)了一次,使用的是模的方法,感覺(jué)靈活度更大,占用的空間肯定也更?。〞r(shí)間效率尚未估計(jì))
1 var Vigenere = {
2 _strCpr: 'abcdefghijklmnopqrstuvwxyz_12345 67890.ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ',//可以將此字符串的順序打亂點(diǎn),或者添加更多字符
3 _strKey: function(strK,str){//生成密鑰字符串,strK為密鑰,str為明文或者密文
4 var lenStrK = strK.length;
5 var lenStr = str.length;
6 if(lenStrK != lenStr){//如果密鑰長(zhǎng)度與str不同,則需要生成密鑰字符串
7 if(lenStrK < lenStr){//如果密鑰長(zhǎng)度比str短,則以不斷重復(fù)密鑰的方式生成密鑰字符串
8 while(lenStrK < lenStr){
9 strK = strK + strK;
10 lenStrK = 2 * lenStrK;
11 }
12 }//此時(shí),密鑰字符串的長(zhǎng)度大于或等于str長(zhǎng)度
13 strK = strK.substring(0,lenStr);//將密鑰字符串截取為與str等長(zhǎng)的字符串
14 }
15 return strK;
16 }
17 }
18
19 Vigenere.lenCpr = Vigenere._strCpr.length;
20
21 Vigenere.Encrypt = function(K,P){//加密算法,K為密鑰,P為明文
22 K = Vigenere._strKey(K,P);
23 var lenK = K.length;
24 var rlt = '';
25 var loop = 0;
26 for(loop=0; loop<lenK; loop++){
27 var iP = Vigenere._strCpr.indexOf(P.charAt(loop));
28 if(iP==-1) return '本算法暫時(shí)不能對(duì)字符:' + P.charAt(loop) + '進(jìn)行加密';
29 var iK = Vigenere._strCpr.indexOf(K.charAt(loop));
30 if(iK==-1) return '密鑰中包含非法字符:' + K.charAt(loop);
31 var i = (iP + iK) % Vigenere.lenCpr;
32 rlt = rlt + Vigenere._strCpr.charAt(i);
33 }
34 return rlt;
35 };
36
37 Vigenere.DisEncrypt = function(K,C){
38 K = Vigenere._strKey(K,C);
39 var lenK = K.length;
40 var rlt = '';
41 var loop = 0;
42 for(loop=0; loop<lenK; loop++){
43 var iK = Vigenere._strCpr.indexOf(K.charAt(loop));
44 if(iK==-1) return '密鑰中包含非法字符:' + K.charAt(loop);
45 var iC = Vigenere._strCpr.indexOf(C.charAt(loop));
46 if(iK > iC){
47 rlt += Vigenere._strCpr.charAt(iC + Vigenere.lenCpr - iK);
48 }
49 else{
50 rlt += Vigenere._strCpr.charAt(iC - iK);
51 }
52 }
53 return rlt;
54 };