[CTF]栅栏密码学习
[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
