从置换到代换：古典密码的两种基本思路

古典密码的实现各不相同，但可以归结为两种操作：置换改变符号的位置，代换改变符号本身。现代分组密码中的扩散与混淆，也能看到这两种思想的影子。

阅读目标
这篇内容用于建立直觉，而非推荐实际使用这些算法。古典密码的密钥空间小、统计特征明显，不能用于现代安全通信。

两条设计路线#

方法	改变的对象	典型算法	直观效果
置换	字符的位置	密码棒、栅栏密码	字符没变，顺序被打乱
代换	字符本身	凯撒、维吉尼亚、Playfair	顺序不变，符号被替换

发送者把纸带缠在固定粗细的圆柱上，沿圆柱逐行写入明文，再沿纸带读出密文。接收者只有使用相同粗细的密码棒，才能恢复正确的排列顺序；因此密码棒的尺寸就是密钥。

以两行为例，把 HELLOWORLD 按“之”字形写入，再逐行读出：

1
H   L   O   O   L
2
  E   L   W   R   D
3

4
密文：HLOOLELWRD

栅栏行数（或深度）是密钥。行数有限且字符频率没有被改变，因此它很容易被分析破解。

把每个字母在字母表中向后移动固定距离；例如偏移 +3 时，HELLO 变为 KHOOR。密钥就是移动位数。

维吉尼亚密码使用重复的关键字提供多个偏移量。对 HELLOWORLD 使用 KEYKEYKEYK，每个位置分别按对应字母的偏移量移动，可得到 RIJVSUYVJN。

相比凯撒密码，它不再是单表代换；但重复密钥会留下周期性，仍可借助频率分析破解。

Playfair 使用密钥构造 5×5 字母方阵（通常合并 I/J），每两个字符作为一组替换，因此属于多字母组代换。它比逐字符代换更难直接做频率分析，但并不具备现代密码学意义上的安全性。

置换负责“打乱位置”，代换负责“隐藏符号”。现代密码通常会多轮组合非线性代换和线性置换，而不是单独依赖其中一种操作。