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介绍

如果你想给朋友发个秘密的消息,你要怎样不让其他人看懂呢?一种方法是给消息加密,也就是用只有你和你的朋友才看得懂的密码。这个小活动能让你学会怎样创造属于自己的“凯撒密码”,这是一种流行而易学的密码。

背景

密码学是研究如何写出或解出密码以保证通信安全的学科。从历史上看,政治家,间谍和战争中的国家都会使用密码,以防止他们的敌人知道他们从事的活动。最早的许多代码,或“密码”,比如你将在这个项目中创造的凯撒密码是很容易手工创作出来的。如今密码学在计算机科学中是必不可少的,可以保证各种信息如电子邮件、银行帐户信息等的信息安全。

第 1 段(可获 1.79 积分)

凯撒密码,以罗马皇帝尤利乌斯•凯撒命名,是最早也是最著名的密码之一。它就是一个简单的“替换密码',就是你按照一定的顺序将字母表里的字母进行依次替换(如果到末尾了就从头再开始)。比如,如果你每隔3个字母替换的话,你的密码就是这样的:

原始: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
密码:   XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW

所以,当你写信息的时候,用X替换A,Y替换B,依次如此。比如,“HELLO”这个单词就可以替换成:

第 2 段(可获 1.34 积分)

原始:    HELLO
密码:  EBIIL

为了解码你的信息,你需要将密钥告诉你的朋友(延后3个字母)。在此之后,你可以发送用密码写的消息,其他人都看不懂!

材料

  • 铅笔和纸
  • 至少有另外一个人

准备

  • 向朋友解释凯撒密码的概念,或者让他们阅读这个活动的背景部分。
  • 按顺序写下从A到Z的所有字母
  • 从1到25选择一个数字。(如果你使用26,你只能用回原来的字母)。这个号码是你的“密钥”。

过程

  • 将整个字母表按你所选择的数字转换成另一些字母,并把它写在你的原始字母表下面(如上所示)。
  • 挑一段文字写给你的朋友。在你尝试较长的句子或段落之前,你写一小段简单的信息(如一个单词或短语)会显得更简单。
  • 用你的移位字母表写下你的编码信息。如果它有用,先写下你的原始文本信息,然后一个一个字母地编码(如上面的“你好”的例子)。要确保你给你的朋友的纸上只有编码的消息!
  • 给你的朋友编了码的信息,并告诉他们的“密钥”。你思考一下,为什么不写下密钥呢?
  • 看看你的朋友是否可以解密你的信息。如果第一次尝试成功,让他们反着用原始字母表和移位字母表。使用背景介绍中的例子,字母x成为a;y成为b等等。
  • 尝试切换和使用不同的密钥相同的消息。看起来还是容易破解吗?
  • 另外:试着找到第三个不知道什么是凯撒密码的人。如果他们“拦截”你的信息,他们能破解代码吗?
  • 另外:要是拦截你的信息是知道凯撒密码的人怎么办?他会很容易就破解密码吗?因为只有25种“密钥”,凯撒密码很容易受到“蛮力”破解,即解码者不断尝试每个可能的字母组合。人类要解出来可能需要一些耐心,,但是现在电脑能在几分之一秒解开密码,所以人们认为使用凯撒密码来加密电子通讯并不安全。
  • 另外: 破解该密码的另一种方法是“频率分析”,这是在英语演讲和写作中,某些字母出现的频率比其他字母更频繁。例如,字母E出现的次数比其他任何一个都多,而Z则出现的次数最少。(如果你有玩过游戏拼字游戏,你可能注意到这决定了字母能得多少分!)所以,举个例子,如果你读整个段落,注意到字母D似乎比其他任何字母更经常出现,那么很有可能是使用凯撒密码,向下一个字母转变(E用D表示)。这种技术对于长语块文本会更准确,对于很短的单词或短语会没那么准确的,因为有很多的单词不含E。你能让一个朋友写一整段凯撒密码然后尝试使用频率分析破解它吗?
  • 另外:如果你打算经常使用该撒密码交流,有种风险是最终有人会发现你的密钥。你可以通过改变密钥来防止第三者破解,例如,每周换一个新的。这跟你定期更换电脑密码的意思是相似的。
  • 另外:该密码只不过是一种替代型密码。查找其它类型的替换密码试试,看看它们是更难还是更易使用和破解。
第 3 段(可获 8.13 积分)

观察和结论

一旦你和朋友都学会了如何使用凯撒密码,你们彼此之间的加密通信就会相对容易许多。朋友之间用这种方式来回传递秘密也是非常有意思的。就像之前讨论的那样,虽然凯撒密码是密码学的基础入门,但是在科技时代,它并不能保证电子加密信息的安全。

 

第 4 段(可获 0.91 积分)

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