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PKI - 02 对称与非对称密钥算法
概述
凯撒密码是一种简单的替换加密技术，也称为移位密码。它是古典密码学中最早的密码之一，得名于古罗马军队领袖凯撒·尤利乌斯（Julius Caesar），据说他曾经使用过这种加密方法。
恺撒密码，也称为恺撒加密或恺撒变换，是一种最古老且最简单的密码之一。它的原理很简单，就是通过将明文中的每个字母按照字母表顺序向后（或向前）移动固定的位置来进行加密。这个固定的位置就是密钥，通常用一个整数来表示，称为偏移量。
例如，当偏移量为3时，明文中的字母A将被加密为D，B被加密为E，以此类推。如果偏移量是负数，则向前移动相应的位置。这种方法相当于在字母表上进行循环移位。
加密过程：
- 确定偏移量（密钥）。
- 对于要加密的明文中的每个字母，按照偏移量进行移位。
- 输出密文。
解密过程：
- 知道加密时使用的偏移量。
- 对于密文中的每个字母，按照偏移量的负值进行移位。
- 输出明文。
示例：
假设明文为：“HELLO”，偏移量为3。
- 加密：H + 3 = K，E + 3 = H，L + 3 = O，L + 3 = O，O + 3 = R
- 密文为：“KHOOR”
安全性：
恺撒密码的安全性非常低，因为它只有26种可能的密钥（偏移量），攻击者可以很容易地通过穷举法来破解。因此，它更多地被用于教学和娱乐，而不是实际的安全通信中。
应用：
恺撒密码虽然安全性低，但在教学、编程练习以及简单的加密需求中仍有一定的应用价值。
Code 实现 凯撒密码
public class KaiserDemo {
public static void main(String[] args) {
// 定义原文
String input = "Hello Artisan";
// 把原文右边移动3位
int key = 3;
// 凯撒加密
String s = encrypt(input, key);
System.out.println("加密 " + s);
String s1 = decrypt(s, key);
System.out.println("明文 " + s1);
}
/**
* 解密
*
* @param s 密文
* @param key 密钥
* @return
*/
public static String decrypt(String s, int key) {
char[] chars = s.toCharArray();
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (char aChar : chars) {
int b = aChar;
// 偏移数据
b -= key;
char newb = (char) b;
sb.append(newb);
}
return sb.toString();
}
/**
* 加密
*
* @param input 原文
* @return
*/
public static String encrypt(String input, int key) {
// 抽取快捷键 ctrl + alt + m
// 把字符串变成字节数组
char[] chars = input.toCharArray();
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (char aChar : chars) {
int b = aChar;
// 往右边移动3位
b = b + key;
char newb = (char) b;
sb.append(newb);
}
return sb.toString();
}
}
字母频率分析攻击
字母频率分析是一种破译凯撒密码的常见方法。它利用了自然语言中字母的分布特征，即某些字母在文本中出现的频率比其他字母更高。
步骤：
- 收集密文。
- 统计密文中每个字母出现的次数，得到各个字母的频率。
- 将频率从高到低排序。
- 将排序后的频率与自然语言中字母的频率进行比较，找到最可能对应的字母。
- 推断偏移量，并进行解密。
举例：
假设有一段密文为：“WKLQJ LV NHHS”。
-
统计各个字母出现的次数：
- W: 1次
- K: 1次
- L: 1次
- Q: 1次
- J: 1次
- V: 1次
- N: 1次
- H: 2次
- S: 1次
-
按频率排序：H > W, K, L, Q, J, V, N, S
-
与自然语言中英文字母的频率进行比较，发现"H"的频率较高，可能对应原文中的"E"。
-
推断偏移量为3。
-
解密密文：“WKLQJ LV NHHS” -> “THINK IS MEET”
安全性：
凯撒密码的安全性很低，因为它只有26种可能的密钥（偏移量），而且容易受到字母频率分析等简单攻击的破解。
Code解密凯撒密码
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
/**
* @author 小工匠
* @version 1.0
* @mark: show me the code , change the world
*/
public class CaesarCipherBreaker {
public static void main(String[] args) {
String ciphertext = "Khoor#Duwlvdq";
crackCaesarCipher(ciphertext);
}
// 字母频率分析破解凯撒密码
public static void crackCaesarCipher(String ciphertext) {
// 统计密文中每个字母出现的次数
Map<Character, Integer> frequencies = new HashMap<>();
for (char c : ciphertext.toCharArray()) {
if (Character.isLetter(c)) {
char uppercaseChar = Character.toUpperCase(c);
frequencies.put(uppercaseChar, frequencies.getOrDefault(uppercaseChar, 0) + 1);
}
}
// 将统计结果按出现次数从高到低排序
frequencies.entrySet().stream()
.sorted((e1, e2) -> Integer.compare(e2.getValue(), e1.getValue()))
.forEach(entry -> {
char letter = entry.getKey();
int frequency = entry.getValue();
System.out.println(letter + ": " + frequency);
int offset = letter - 'E';
if (offset < 0) {
offset += 26;
}
String decryptedText = decryptCaesarCipher(ciphertext, offset);
System.out.println("Decrypted Text with offset " + offset + ": " + decryptedText);
});
}
// 凯撒密码解密
public static String decryptCaesarCipher(String ciphertext, int offset) {
StringBuilder plaintext = new StringBuilder();
for (char c : ciphertext.toCharArray()) {
if (Character.isLetter(c)) {
char baseChar = Character.isLowerCase(c) ? 'a' : 'A';
int index = (c - baseChar - offset + 26) % 26;
plaintext.append((char) (baseChar + index));
} else {
plaintext.append(c);
}
}
return plaintext.toString();
}
}
我们对每个出现频率的字母都尝试解密文本，并输出每个偏移量对应的解密文本
发现我们可以读懂，解密成功
小结
尽管凯撒密码很容易理解和实现，但由于它的简单性，它并不安全，容易受到字母频率分析等攻击。因此，现代加密通常不再使用凯撒密码，而是使用更加复杂的加密算法来保护数据的安全。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-840241.html
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