换位密码
通过排列进行加密的艺术：重新排列字母以隐藏信息，而不改变字母本身。
理解换位密码
核心概念：洗牌，而非替换
与替换密码（如凯撒密码）用一个字母替换另一个字母不同，换位密码保持明文的原始字母不变。其安全性完全依赖于对这些字母顺序的系统性打乱。这个过程也称为排列。可以把它想象成洗牌——所有的牌都还在，只是按照一个由特定密钥或算法定义的秘密顺序重新排列。最终的密文是原始信息的一个字母重排。
换位密码如何工作：一个简单示例
让我们使用一个简单的列移位密码。假设我们的明文是“MEET ME AT THE PARK”，关键词是“CAT”。
- 写下关键词： C A T C A T
- 确定顺序： 按字母表顺序，A是1，C是2，T是3。所以列的顺序是2, 1, 3。 Alphabetically, A is 1, C is 2, T is 3. So the column order is 2, 1, 3.
- 将明文写在关键词下的网格中：
C A T M E E T M E A T T H E P A R K - 按照确定的顺序（2, 然后1, 然后3）按列读出密文：
A列（顺序1）：EMTER
C列（顺序2）：MTAHA
T列（顺序3）：EETPK
Column A (order 1): EMTER
Column C (order 2): MTAHA
Column T (order 3): EETPK
- 最终的密文是： EMTER MTAHA EETPK EMTER MTAHA EETPK
关键特征
- 字母频率保持不变：由于没有字母被改变，密文中每个字母的频率与明文完全相同。这是密码分析的一个关键弱点。 Since no letters are changed, the frequency of each letter in the ciphertext is identical to its frequency in the plaintext. This is a crucial weakness for cryptanalysis.
- 依赖密钥：大多数换位密码（如列移位密码）需要一个密钥（如关键词）或参数（如栅栏密码中的栏数）才能工作。加密和解密使用相同的密钥。 Most transposition ciphers (like Columnar) require a key (e.g., a keyword) or a parameter (e.g., the number of rails in a Rail Fence cipher) to function. The same key is used for both encryption and decryption.
- 错误传播方式不同：传输中的单个错误有时会扰乱解密后信息的一大部分，因为它破坏了整个位置结构。 A single error in transmission can sometimes garble a large portion of the decrypted message, as it disrupts the entire positional structure.
历史意义
换位密码是最古老的密码学形式之一。古代斯巴达军事指挥官使用的斯巴达密码棒是物理换位装置的典型例子。在一战和二战期间，在像恩尼格玛这样的转子机出现之前，更复杂的双重换位密码被广泛用于高级军事通信。
现代相关性与安全性
单独使用时，简单的换位密码被认为非常脆弱，很容易通过字母重排和多重字母重排等方法破解。然而，换位的原理是现代安全块密码（如AES，高级加密标准）的基本构建块。这些算法使用复杂的替换和换位（排列）层，创造出所谓的乘积密码，它远比单独使用任何一种技术都安全得多。, which is far more secure than either technique used alone.
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常见问题解答
关键区别在于字母发生了什么变化。替换是将字母替换为其他字母或符号（例如，A变成D）。换位只是重新排列原始字母的位置（例如，'HELLO'变成'EHOLL'）。 replaces letters with other letters or symbols (e.g., A becomes D). Transposition simply rearranges the positions of the original letters (e.g., 'HELLO' becomes 'EHOLL').
单独使用时，简单的换位密码对于现代用途来说并不安全。它们容易受到频率分析和字母重排攻击。然而，它们的原理是基础性的，并被用作像AES这样的高度安全的现代算法中的组件。
密钥是控制打乱过程的秘密信息。在列移位密码中，密钥是一个关键词，其字母顺序决定了列的换位。在栅栏密码中，密钥是栏杆的数量。没有正确的密钥，就很难逆转过程并解密信息。
主要方法是字母重排。由于字母频率不变，分析师确切地知道原始信息中有哪些字母。然后他们可以尝试将密文重新排列成有意义的短语，通常通过猜测可能的词组模式（二元字母组、三元字母组）或在已知密码类型的情况下尝试不同的密钥。
是的，这是一个非常强大的概念。先应用替换密码再应用换位密码（反之亦然）会创建一个“乘积密码”。这比单独使用任何一种密码都要强大得多，因为它混淆了字母统计（来自替换）并扩散了字母模式（来自换位）。这种分层是现代密码学的基础。