Substitution

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在2008年3月20日 (四) 20:04所做的修訂版本

Substitution(代換法)

Key word : 加密法分類、加密方式、代換密碼

Introduction:

    在密碼學領域中加密法分類分成兩類,一是Transposition,另一則是Substitution。


      有別於Transposition(換位),Substitution(代換)的加密方式則是將明文(原始訊息,

密文則為編碼過的訊息)中的每一個元素(一個位元、一個字母、一組位元、或是一組字

母)都對應到另一個元素。


       舉例來說:換位法的加密就好像是將球場上打球的兩個球員的位置互換而已,而代換

法則是將場上的某個球員換下場讓另一個新球員上場打球 。

以下為一簡例:




明文 v o y a g e r
編碼 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3
密文 y r b d j h u



 歷史上的應用    

       歷史上的實例則早在中國的周朝就已有使用,古中國周朝兵書《六韜.龍韜》也記載

了密碼學的運用,其中的《陰符》和《陰書》便記載了周武王問姜子牙關於征戰時與主將

通訊的方式:

太公曰:「主與將,有陰符,凡八等。有大勝克敵之符,長一尺。破軍擒將之符,長

九寸。降城得邑之符,長八寸。卻敵報遠之符,長七寸。警眾堅守之符,長六寸。請

糧益兵之符,長五寸。敗軍亡將之符,長四寸。失利亡士之符,長三寸。諸奉使行符

,稽留,若符事聞,泄告者,皆誅之。八符者,主將祕聞,所以陰通言語,不泄中外

相知之術。敵雖聖智,莫之能識。」


武王問太公曰:「… 符不能明;相去遼遠,言語不通。為之奈何?」


太公曰:「諸有陰事大慮,當用書,不用符。主以書遺將,將以書問主。書皆一合而

再離,三發而一知。再離者,分書為三部。三發而一知者,言三人,人操一分,相參

而不相知情也。此謂陰書。敵雖聖智,莫之能識。」
       其中陰符是以八等長度的符來表達不同的消息和指令,即為密碼學中的替代法

(substitution),把信息轉變成敵人看不懂的符號。至於陰書則運用了移位法,把書一分為

三,分三人傳遞,要把三份書從新拼合才能獲得還原的信息。古典加密法中最著名的

"Caesar Cipher"也是使用代換法。






      不過如果只有換為加密或是代換加密,對現今的電腦效能來講都過於簡單,所以現今的


加密方式可以說是藉由多次的換位及


代換共同將明文加密成密文。


著名的應用即為


Enigma machine


     Image:F2-4.gif

     Enigma machine藉由旋轉盤上的對應將明文每一元素代換成新字元,


而生成加密密文(此為代換法的特色)。可是因為每個旋轉盤的轉速不一,

所以同一明文每次所產生的密文皆不一樣(此為換位法的特色)。



      儘管現今的加密方式比起以前更複雜


,但是了解代換法及換位法的運作


還是可以讓我們更了解加密及解密


的原理,有助於我們以後對於密碼學的研

究及發展 !