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密碼學之恺撒加密(02)

五、頻度分析法破解恺撒加密

密碼棒

公元前5世紀的時候,斯巴達人利用一根木棒,纏繞上皮革或者羊皮紙,在上面橫向寫下資訊,解下這條皮帶。展開來看,這長串字母沒有任何意義。

比如這樣:

密碼學之恺撒加密(02)

信差可以将這條皮帶當成腰帶,系在腰上。

密碼學之恺撒加密(02)

然後收件人将這條皮帶纏繞在相同的木棒上,就能恢複資訊了。

前404年,一位遍體鱗傷的信差來到斯巴達将領利桑德面前,這趟波斯之旅隻有他和四位同伴幸存,利桑德接下腰帶,纏繞到他的密碼棒上,得知波斯的發那巴祖斯準備侵襲他,多虧密碼棒利桑德才能夠預先防範,擊退敵軍。

頻率分析解密法

密碼棒是不是太簡單了些?

加密者選擇将組成資訊的字母替代成别的字母,比如說将a寫成1,這樣就不能被解密者直接拿到資訊了。

這難不倒解密者,以英文字母為例,為了确定每個英文字母的出現頻率,分析一篇或者數篇普通的英文文章,英文字母出現頻率最高的是e,接下來是t,然後是a……,然後檢查要破解的密文,也将每個字母出現的頻率整理出來,假設密文中出現頻率最高的字母是j,那麼就可能是e的替身,如果密碼文中出現頻率次高的但是P,那麼可能是t的替身,以此類推便就能解開加密資訊的内容。這就是頻率分析法。

在任何一種書面語言中,不同的字母或字母組合出現的頻率各不相同。而且,對于以這種語言寫的任意一段文本,都具有大緻相同的特征字母分布。比如,在英語中,字母E出現的頻率很高,而X出現的較少。類似地,ST、NG、TH以及QU等雙字母組合出現的頻率非常高,NZ、QJ組合則極少。英語中出現頻率最高的12個字母可以簡記為“ETAOIN SHRDLU”。

簡單替換密碼的頻率分析,在一個簡單的替換密碼中,明文中的每一個字母都被另一個字母替換,而且明文中相同的字母在轉換為密文時總是被同一個字母所替換。比如,所有的e都會被替換成x,一個含有大量x的密文消息會向密碼破譯者暗示x替換e。

将明文字母的出現頻率與密文字母的頻率相比較的過程

通過分析每個符号出現的頻率而輕易地破譯代換式密碼

在每種語言中,冗長的文章中的字母表現出一種可對之進行分辨的頻率。

e是英語中最常用的字母,其出現頻率為八分之一

英文字母頻率統計表:

下面是人們從大量的英文文章中統計出的字母頻率。

第一列的是字母,第二列是每個字母出現的頻率,第三列是以最少使用的字母q為1計算得出的倍數表。

密碼學之恺撒加密(02)

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