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說明初階替換式密碼與密鑰的架構｜【加密技術入門】

區塊鏈上的全部資訊皆屬公開，參與區塊鏈的所有人都能夠進入區塊來瀏覽交易。也能夠製作新的交易。既然如此，是否會有人冒充身份、製作盜用他人比特幣的交易呢？

在前一章節的專欄中，說明了數位簽章能夠預防這樣的竄改事件。而數位簽章便是以加密技術為基礎製作而成。

參考文章：交易是否會遭到他人竄改？｜區塊鏈的基礎

本次將說明密碼的基礎。

初階的替換式密碼

如大家所知，密碼的資訊內容僅供自己人閱讀，他人並無法理解其中意義。將欲傳達給對方的資訊原文轉換為密碼時，若原文的1個文字可對應密碼的1個文字，此方式即是替換式密碼。

只要發送者與接收者一併採用原文文字與密碼文字相呼應的方法，即使在傳送的途中被他人看見，也能因替換式密碼的原理而免於遭到解讀。

此處將製作圖１所示的密碼作為範例。



上列記有Ａ～Ｚ、空白文字、句點，下列則是隨機分配的替換文字。從原文的文字列當中，逐字尋找上列的文字，並寫上對應的下列文字。如此一來，「SEND ME MONEY.」的文字列就會變成「EIAVSQISQKAIMF」的字樣，令人無法理解其中意義。

接收密碼的人，需從密碼的文字列當中，逐字尋找下段的文字，並寫出對應的上列文字。最後就會變回原文的「SEND ME MONEY.」字樣。由於密碼表是讓密碼恢復原文的必要道具，因此被稱為解讀用的「鑰匙」。

如上所述，只要發送者與接收者預先持有「密碼表」的鑰匙，別人即使看見了該交易，也無法解讀其內容。

以電腦實現替換式密碼的方法

在電腦系統當中，會將文字逐字分配給數字，稱為字元編碼。因此，若變更電腦中代表原文的數字序列，即可產生意義不明的密碼文字。由於計算公式是電腦最擅長執行的項目，故密碼表也是透過公式來運作，而非自行創造表格。

以下將簡單舉例說明。固定的字元編碼如圖2所示。此並非密碼表，而是電腦中代表文字的數字。（為了簡化計算過程，將每個文字分配給複數的字元編碼）此處將以公式變更字元編碼來取代密碼表。

舉例來說，以公式　f(x)=ax+b 將原文改變成密碼文字。此處替換f(x)，並以密碼文字ｘ代表原文的文字。也就是將原文的文字乘以a再加上 b的公式加以替換。



依此公式將ａ作為３、ｂ作為６來計算，便可對「SEND ME MONEY.」進行加密，並形成意義不明的「ESRPAOSAOURSWD」文字。接收此文字的電腦，可藉由計算f(x)的反函數f^(-1)(x)=(x-b)/a 將密碼變回原文。在圖２的例子中，加密時同樣採用ａ=3以及ｂ=6，並成功恢復成原文。

在這樣的方法中，將ａ、ｂ的數字作為解讀密碼的鑰匙，並頻繁變更ａ、ｂ的數值，藉此讓每次傳送時都能產生不同的密碼文字。

「密鑰」方式

在圖１、圖２所示的密碼中，必須先將密碼表（圖１）與函數、係數ａ、ｂ（圖２）加密。一旦讓第三者得知，便會遭到破解。如此事先將密碼鑰匙對發送者、接收者以外人士進行加密的方式，便被稱為密鑰密碼。

此密鑰密碼的方式，一旦密鑰資訊不慎洩漏，就會產生密碼遭到破解的危險。舉例來說，若本國的基地在戰爭中遭到敵軍佔領，留在該處採用密碼鑰匙的通信內容便恐洩漏給敵方。另外，由於最初作為鑰匙傳送給對方的資訊無法加密，因此若有第三者在當時得知內容，就可能破解該密碼文字。

如上所述，單純的替換式密碼其實很容易遭到解讀。針對構成文章的文字，只要了解統計上的特徵，便能就此進行推測。另外，密鑰方式也存在著最初傳遞鑰匙時的問題。而在下一章節中，將說明解決以上問題的「公鑰密碼」。

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本文來源OANDA日本官網上野 仁（Hitoshi Ueno）撰寫的文章。

上野 仁（Hitoshi Ueno），工程師（資訊工程），博士（工程）。
1984年在山梨大學完成碩士課程（主修計算機科學）後加入日立製作所。主要在系統程式開發實驗室、企業伺服器事業部等從事計算機體系結構和基礎軟體的研發工作。
2015年起任第一工業大學東京上野校區信息電子系統工學系教授。並且對生物訊號處理相關的程式開發和各種先進軟體的研究深感興趣。

如何使用初階的替換式密碼?

如大家所知，密碼的資訊內容僅供自己人閱讀，他人並無法理解其中意義。將欲傳達給對方的資訊原文轉換為密碼時，若原文的1個文字可對應密碼的1個文字，此方式即是替換式密碼。

只要發送者與接收者一併採用原文文字與密碼文字相呼應的方法，即使在傳送的途中被他人看見，也能因替換式密碼的原理而免於遭到解讀。

如何以電腦實現替換式密碼的方法?

在電腦系統當中，會將文字逐字分配給數字，稱為字元編碼。因此，若變更電腦中代表原文的數字序列，即可產生意義不明的密碼文字。由於計算公式是電腦最擅長執行的項目，故密碼表也是透過公式來運作，而非自行創造表格。

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