編者按：在上一期的文章里，我們一起學(xué)習(xí)了“神秘又巧妙的中國(guó)古代密碼”，它們展現(xiàn)了我們古人的聰明才智。不少讀者看了文章后，對(duì)“密碼學(xué)”產(chǎn)生了濃厚的興趣，還有同學(xué)寫(xiě)信告訴放學(xué)君——他和同學(xué)之間寫(xiě)小紙條，如果不想讓他人發(fā)現(xiàn)紙條里的小秘密，他們便會(huì)用一些特殊的符號(hào)代表特殊的意思。是的，這實(shí)際上就是密碼學(xué)的一種雛形——如果兩個(gè)人想通信，不想讓第三個(gè)人知道，就需要密碼學(xué)了。

同學(xué)們，你知道嗎？在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，人們?yōu)榱吮Ｗo(hù)信息不被他人獲取，很早就想到了一系列加密的方法。但由于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平相對(duì)有限，所以這些密碼的設(shè)計(jì)通常都基于簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算、語(yǔ)言學(xué)規(guī)律或是物體的性質(zhì)特點(diǎn)等，優(yōu)點(diǎn)是容易理解和實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是安全性較低，容易被破解。

密碼是一種用來(lái)混淆的技術(shù)，它希望將正常的、可識(shí)別的信息轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)法識(shí)別的信息。而密碼學(xué)作為一門(mén)既古老又新興的學(xué)科，它經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，本期，讓我們把目光轉(zhuǎn)向其他文明，隨著歷史的足跡，一起看看他們的古典密碼設(shè)計(jì)吧。

斯巴達(dá)密碼：一個(gè)和木棒有關(guān)的加密方法

首先，我們來(lái)了解一下“斯巴達(dá)密碼”，它可以被理解為“木棒上的秘密”。據(jù)說(shuō)，古代的斯巴達(dá)士兵使用一種特殊的木棒來(lái)加密信息，這種特殊的密碼棒就被稱(chēng)為“斯巴達(dá)密碼棒”。斯巴達(dá)士兵在準(zhǔn)備傳遞信息前，先會(huì)把長(zhǎng)條狀的羊皮紙繞在木棒上，然后在上面寫(xiě)字。當(dāng)羊皮紙被解開(kāi)后，上面的文字就會(huì)變得雜亂無(wú)章，難以閱讀。

那么，怎么樣讀取正確的信息呢？答案是必須要用同樣的木棒以相同的方式纏繞羊皮紙，才能還原出原來(lái)的信息。

想象一下：你有一根細(xì)細(xì)的木棒，上面纏著一條長(zhǎng)長(zhǎng)的紙帶。你在這條紙帶上逐行寫(xiě)下你要傳遞給朋友的信息，例如：“明天早上九點(diǎn)半，我們一起在公園南門(mén)集合，然后開(kāi)始秋游，請(qǐng)每個(gè)人帶好飲用水”。寫(xiě)好之后，你把紙帶取下來(lái)。這時(shí)候，你會(huì)看到一些無(wú)序的信息。但當(dāng)你再次把紙帶纏回那根木棒上時(shí)，這些文字才會(huì)重新排列成正確的順序。古希臘的斯巴達(dá)人就是這樣傳遞秘密消息的！

從上面的例子中我們可以看出，斯巴達(dá)密碼是古代密碼學(xué)的一個(gè)有趣例子，它教會(huì)我們，即使在科技不發(fā)達(dá)的時(shí)代，人們也能想出聰明的辦法來(lái)保護(hù)自己的秘密。

凱撒密碼：“字母表上的魔術(shù)”

我們?cè)僖黄饋?lái)看看“凱撒密碼”，它可以被理解為“字母表上的魔術(shù)”。我們先來(lái)認(rèn)識(shí)一位來(lái)自古代的大將軍——?jiǎng)P撒，他不僅是位勇敢的戰(zhàn)士，還是一位聰明的密碼發(fā)明家，他發(fā)明了一種叫做“凱撒密碼”的加密方法，用來(lái)保護(hù)他和其他將士之間的秘密信息。下面，我們就來(lái)一起探索這個(gè)神奇的凱撒密碼吧！

凱撒密碼是一種非常有趣的加密方法，它就像是一個(gè)字母游戲。在這個(gè)游戲中，我們要把原來(lái)要傳遞信息內(nèi)容中的每個(gè)字母都換成字母表中的另一個(gè)字母，這樣別人就不知道我們真正的信息是什么了。

想象一下，假如我們有一個(gè)秘密信息“HELLO WORLD”。凱撒密碼的秘密就在于，我們把這個(gè)信息里的每個(gè)字母都向前或者向后移動(dòng)幾個(gè)位置。比如說(shuō)，我們決定把每個(gè)字母都向后移動(dòng)3個(gè)位置。那么，“H”就變成了“K”，“E”變成了“H”，“L”變成了“O”，“L”又變成了“O”，“O”變成了“R”，“W”變成了“Z”，“O”再次變成了“R”，“R”變成了“U”，“L”最后變成了“O”，“D”變成了“G”。所以，“HELLO WORLD”用凱撒密碼加密后就變成了“KHOOR ZRUOG”！

同學(xué)們，請(qǐng)你們想一想，應(yīng)該怎么解密呢？

是的，只要我們知道當(dāng)初加密時(shí)移動(dòng)了多少個(gè)位置，就可以反過(guò)來(lái)把字母移回去。比如上面的例子，我們知道移動(dòng)了3個(gè)位置，那么解密時(shí)，我們就把每個(gè)字母都向前移動(dòng)3個(gè)位置。這樣，“K”就變成了“H”，“H”變成了“E”，“O”變成了“L”，“O”又變成了“L”，“R”變成了“O”，“Z”變成了“W”，“R”變成了“O”，“U”變成了“R”，“O”變成了“L”，“G”變回了“D”。于是，“KHOOR ZRUOG”就又變回了我們的秘密信息“HELLO WORLD”！同學(xué)們，你們是不是覺(jué)得凱撒密碼很有趣呢？因?yàn)樗粌H是一個(gè)字母游戲，還是一種保護(hù)秘密的聰明方法。

不過(guò)，我還想請(qǐng)同學(xué)們想一想，這種保護(hù)密碼的方法能不能被破解呢？它的缺點(diǎn)是什么呢？

維吉尼亞密碼：“給密碼加把鑰匙”

相信大家已經(jīng)注意到：凱撒密碼的加密和解密過(guò)程都非常簡(jiǎn)單，只需要知道移動(dòng)的位置即可。由于所有字母都使用相同的方法移動(dòng)，因此它可能被破解。

那么，怎樣做才能更好地加密呢？

有的同學(xué)可能已經(jīng)想到了：就是發(fā)明一種加密方式，它不再讓每個(gè)字母都移動(dòng)相同的位數(shù)，而是移動(dòng)不同的位數(shù)。這就是歷史上的“維吉尼亞密碼”。

維吉尼亞密碼不再讓每個(gè)字母都按照同一個(gè)固定的規(guī)則移動(dòng)，而是使用了一個(gè)特別的“密碼鑰匙”，也就是一個(gè)單詞或短語(yǔ)，來(lái)改變你要發(fā)送的消息里的每一個(gè)字母。這個(gè)“密碼鑰匙”就被稱(chēng)為“密鑰”。

如果我們要加密一個(gè)信息，比如“HELLO”，然后我們可以設(shè)定一個(gè)密鑰，假設(shè)它是“KEY”。我們首先把密鑰寫(xiě)在消息的上面，因?yàn)槊荑€比消息短，我們就重復(fù)寫(xiě)。然后，我們用密鑰來(lái)幫助我們找到每個(gè)消息的密文字母，方法是看消息字母和密鑰字母在字母表里的位置，然后把它們加起來(lái)（如果加出來(lái)的位置超過(guò)了字母表的最后一個(gè)字母，就回到字母表的開(kāi)頭繼續(xù)數(shù)）。這樣，我們就可以一個(gè)個(gè)字母地加密，相同的字母可能就會(huì)被加密為不同的形式。

當(dāng)然，如果我們知道密鑰，那么解密就很簡(jiǎn)單了，只需要用密鑰對(duì)應(yīng)的字母，按照加密的相反方向，把密文字母變回原來(lái)的消息字母。這個(gè)游戲不僅好玩，還能讓我們了解古代人們是如何傳遞秘密消息的?，F(xiàn)在，你們可以和朋友們一起玩這個(gè)游戲，看看誰(shuí)能最快地加密和解密消息！

回顧今天的探尋之旅，我們可以發(fā)現(xiàn)，古典密碼主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是置換密碼，一類(lèi)是代換密碼。置換密碼的特點(diǎn)是通過(guò)改變?cè)闹凶址奈恢脕?lái)實(shí)現(xiàn)加密。通過(guò)將每個(gè)字符的位置按照一定的規(guī)則進(jìn)行調(diào)整，從而使得原始信息變得難以識(shí)別，斯巴達(dá)密碼其實(shí)就是一種置換密碼。代換密碼的特點(diǎn)是將原文中的字符替換成其他字符。最簡(jiǎn)單的一種形式是單字母替換密碼，例如，剛剛介紹的凱撒密碼，它通過(guò)將字母表中的每個(gè)字母向前或向后移動(dòng)固定的位數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)替換。

古典密碼在歷史上曾廣泛應(yīng)用于軍事、外交和其他需要保密通信的場(chǎng)合。然而，隨著密碼學(xué)的發(fā)展以及數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步，古典密碼逐漸被現(xiàn)代密碼學(xué)所取代?，F(xiàn)代密碼學(xué)利用更復(fù)雜的算法和更強(qiáng)的加密技術(shù)，提供了更高的安全性。雖然古典密碼在當(dāng)今的實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)被淘汰，但它們?nèi)匀皇敲艽a學(xué)領(lǐng)域的重要組成部分，對(duì)于理解密碼學(xué)的基本原理和歷史發(fā)展具有重要意義。