小學(xué)生科普動(dòng)之學(xué)習(xí)動(dòng)手制作和使用凱撒密碼盤

小學(xué)生科普-學(xué)習(xí)動(dòng)手制作和使用凱撒密碼盤愷撒密碼是一種替換加密的技術(shù),是一種最簡單且最廣為人知的加密技術(shù)。這個(gè)加密方法是以羅馬共和時(shí)期愷撒的名字命名的。為了保障軍事行動(dòng)文書傳遞的安全，當(dāng)年愷撒曾用此方法加密軍事文件，與其將軍們進(jìn)行聯(lián)系。什么是凱撒密碼？美國內(nèi)戰(zhàn)時(shí)使用的密碼盤古羅馬共和國-凱撒大帝在兩個(gè)不一樣大小的銅盤邊緣刻上26個(gè)字母，把小圓盤放在大圓盤上，圓心對齊，用一根軸穿過兩個(gè)圓盤的圓心，并當(dāng)作軸。如下圖的凱撒密碼盤。這兩個(gè)圓盤能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，利用兩套字母之間多種對應(yīng)位置，可以加密信息。這是一種簡易的愷撒挪移式密碼法。下面我們就來親手制作一個(gè)凱撒密碼盤吧。凱撒密碼基本原理制作凱撒密碼盤并不是看上去那么簡單，我們需要儲備如下知識：1.基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)計(jì)算掌握，我們需要用到除法，靈活處理余數(shù)。2.基礎(chǔ)的幾何知識掌握，我們需要知道幾何圓、角的概念。3.基礎(chǔ)的幾何工具使用，我們需要使用圓規(guī)做圓盤。4.基礎(chǔ)的幾何工具使用，我們需要使用量角器測量角度。基礎(chǔ)知識準(zhǔn)備制作凱撒密碼盤我們需要準(zhǔn)備如下材料：1.兩張邊長二十厘米左右的正方形硬卡紙。2.剪刀一把，圓規(guī)一個(gè)，量角器一個(gè)，直尺一把，大頭針一枚。

基礎(chǔ)材料準(zhǔn)備我們在制作之前，我們需要在頭腦中有一個(gè)凱撒密碼盤的整體結(jié)構(gòu)以及制作步驟，凱撒密碼盤的整體結(jié)構(gòu)如下：

整體結(jié)構(gòu)設(shè)想基本制作步驟：1.制作圓盤2.制作刻度3.填寫字母4.組裝成形凱撒密碼盤整體結(jié)構(gòu)我們需要制作兩個(gè)圓盤。

首先我們制作一個(gè)較大的圓盤，在一張卡紙的中間位置確定一個(gè)圓心，以正方形卡紙邊長的一半作為半徑，使用圓規(guī)畫一個(gè)圓。然后我們再制作一個(gè)較小的圓盤，在另一張卡紙的中間位置確定一個(gè)圓心，調(diào)整圓的半徑比大圓盤的半徑短2厘米左右，用圓規(guī)畫一個(gè)圓。制作圓盤.半徑分別在兩張卡紙上畫好圓后，我們要使用剪刀分別把兩個(gè)圓減下來，制作成為圓盤。制作圓盤我們知道英文字母有26個(gè)，為了讓每一個(gè)字母在圓盤邊緣均勻分布，我們把圓盤的圓心角分為26等分，并把角畫出來。首先劃一條半徑，以這條半徑為基礎(chǔ)逐次做角，每個(gè)角=360÷26≈13.8度。如果不好掌握角度小數(shù)，我們可依次每4個(gè)14度角加一個(gè)13度角。你有更好的方法嗎？制作刻度完成兩個(gè)圓盤的26等分后，我們下一步就要完成兩個(gè)盤的字母填寫，分別完成兩個(gè)盤內(nèi)每個(gè)角的外邊緣字母填寫，按照字母順序A、B、C、D……Y、Z完成兩個(gè)盤的字母填寫。填寫字母完成字母填寫后，最后一步就是組裝，組裝方法是，把兩個(gè)盤的字母面朝向一個(gè)方向，兩個(gè)盤的圓心對其，使用大頭針對準(zhǔn)圓心，穿透兩張圓盤，完成整個(gè)凱斯密碼盤的組裝。通過我們自己動(dòng)手，就已經(jīng)制作完成一個(gè)凱撒密碼盤。組裝成形凱撒密碼盤整體結(jié)構(gòu)AA密碼盤編碼假如我們需要寫一封英文文字Ilikeapples，我們不希望所有人都能看懂文字內(nèi)容，那我們就可以使用凱斯密碼盤對英文文字的內(nèi)容進(jìn)行加密。

首先我們轉(zhuǎn)動(dòng)密碼盤，轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，把大盤的A對準(zhǔn)小盤的一個(gè)字母，這里我們對準(zhǔn)C，然后開始加密編碼，我們的英文文字第一個(gè)字母I對應(yīng)小盤的字母K，記下對應(yīng)字母；第二個(gè)英文字母l對應(yīng)小盤的字母N，記下對應(yīng)字母，直到完成所有字母加密編碼，得到如下加密后的英文文字：明文（沒加密的文字）：IlIkeapples密文（加密后的文字）：KNKMGCRRNGU密鑰（大盤A對應(yīng)的字母）：C密碼盤解碼當(dāng)我們拿到一封用凱撒密碼加密的信后，我們也需要?jiǎng)P斯密碼盤來揭密。我們需要知道密碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)的對齊字母，就是我們加密的時(shí)候用的的密鑰。

我們已經(jīng)用密鑰C來進(jìn)行加密，KNKMGCRRNGU，我們需要讓發(fā)信人高告訴我們機(jī)密密鑰，這個(gè)密鑰要保密，這就是這封信的密碼。我們獲取到密鑰C，我們轉(zhuǎn)動(dòng)密碼盤，把大盤的A對準(zhǔn)小盤C，這樣就可以揭密內(nèi)容了。密文：KNKMGCRRNGU用密鑰C解密，明文：Ilikeapples加密升級當(dāng)我們使用如上方法進(jìn)行密碼盤加密的時(shí)候，我們的密鑰是A-Z中的一個(gè)字母，這樣可能不是很安全，比如張三使用密鑰給李四發(fā)了一封加密的信件，如果王五想知道新的內(nèi)容，那么他需要解密，但王五不知道密鑰，但王五可以采用從A-Z分別嘗試的方式，那么王五最多嘗試26次，就能解開這封信了，這樣不是很安全對吧。

我們需要采用更加復(fù)雜的密鑰進(jìn)行機(jī)密升級，那就是采用多個(gè)字母進(jìn)行加密。例如，采用ONE密鑰加密Ilikesapples，當(dāng)加密字母I時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)密碼盤使用O作為密鑰，找到I對應(yīng)W，加密l時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)密碼盤使用N作為密鑰，找到l對應(yīng)Y，循環(huán)使用密鑰ONE依次類推，完成如下：密鑰ONEONEONE

ON明文Ilikeapples密文WYMYREDCMJF解碼的時(shí)候同樣需要循環(huán)使用密鑰ONE來進(jìn)行揭密。你學(xué)會了嗎？動(dòng)手試試吧。密碼盤升級如果我們還想把密碼盤進(jìn)行升級怎么辦？

我們介紹一種方法，那就是把小盤的單個(gè)字母換成字母的組合，比如右圖中，我們把原來的C換成了CO，這樣當(dāng)遇到明文是字母A的時(shí)候呢，就加密成CO，這樣加密的關(guān)系就不是1個(gè)字母對應(yīng)1個(gè)字母的關(guān)系了，加密的強(qiáng)度就更大了，我們可以把小盤上的每個(gè)字母都換成字母組合。最后我們可以把多字母密鑰和小盤多字母結(jié)合使用，使加密強(qiáng)度更大，信息保密效果更好。知識回顧

1.基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)計(jì)算掌握，動(dòng)手靈活處理余數(shù)。2.基礎(chǔ)的幾何知識掌握，知道周角是360度。3.基礎(chǔ)的幾何工具使用，學(xué)會使