核心概念
模式
程式碼
謎題
密碼學
引言
如果您需要向朋友傳送秘密訊息，您如何才能防止其他人閱讀它？一種方法是加密訊息——也就是說，使用只有您和您的朋友知道的秘密程式碼。試試這個活動，學習如何建立您自己的“凱撒密碼”，這是一種流行的、易於學習的程式碼。
背景
密碼學是研究編寫或破解用於安全通訊的秘密程式碼的學科。歷史上，政治家、間諜和交戰國家都使用程式碼來防止敵人知道他們的意圖。許多最早的程式碼，或“密碼”，例如您將在這個專案中建立的程式碼，都很容易手工建立。現在，密碼學在計算機科學中至關重要，用於確保從電子郵件到銀行賬戶資訊的安全。
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凱撒密碼，以羅馬皇帝尤利烏斯·凱撒的名字命名，是最早和最廣為人知的密碼之一。它是一種簡單的“替換密碼”形式，您透過將整個字母表移動一定的字母數（到達末尾後繞回到開頭）來替換字母表中的每個字母。例如，如果您將每個字母移動三個空格，這將是您的金鑰和程式碼
明文: ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
密文: XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW
因此，當您編寫訊息時，字母 A 被替換為 X，字母 B 被替換為 Y，依此類推。例如，單詞“HELLO”變為
明文: HELLO
密文: EBIIL
為了解碼您的訊息，您需要與您的朋友分享“金鑰”（數字 3）。之後，您可以傳送用密碼編寫的訊息，這樣其他人就無法閱讀它們了！
材料
鉛筆和紙
至少另一人
準備
向朋友解釋凱撒密碼的概念，或者讓他們閱讀此活動的背景部分。
寫下從 A 到 Z 的字母表。
選擇一個 1 到 25 之間的數字。（如果您使用 26，您將最終得到原始字母表。）這個數字就是您的金鑰。
步驟
將整個字母表按您選擇的數字移動，並將其寫在原始字母表的下方（如上所示）。
選擇一條要寫給朋友的訊息。在您嘗試更長的句子或段落之前，從簡單的訊息（例如單個單詞或短語）開始可能是最容易的。
使用您移動後的字母表寫下您編碼後的訊息。如果這有幫助，請先寫下您的明文訊息，然後一次編碼一個字母（例如上面的“hello”示例）。只需確保您給朋友的紙上只有編碼後的訊息！
將編碼後的訊息給您的朋友，並告訴他們金鑰。您認為為什麼您不想寫下金鑰？
看看您的朋友是否可以解密您的訊息。如果這對第一次嘗試有幫助，讓他們使用您寫下的原始字母表和移動後的字母表向後推算。使用背景中的示例，字母 x 變為 a；y 變為 b；等等。
嘗試切換併為相同的訊息使用不同的金鑰。哪一個看起來更容易破解？
附加題： 嘗試找第三個人，他不知道什麼是凱撒密碼。如果他們“攔截”了您的訊息，他們能破解您的密碼嗎？
附加題： 如果攔截您訊息的人知道凱撒密碼怎麼辦？這是否會使破解程式碼更容易？由於只有 25 個可能的金鑰，凱撒密碼非常容易受到“暴力破解”攻擊，解碼器只需嘗試每種可能的字母組合。如果由人來做，這可能需要一些耐心，但現在計算機可以在幾分之一秒內解開程式碼，因此凱撒密碼不被認為是加密電子通訊的安全方法。
附加題： 破解凱撒密碼的另一種方法是“頻率分析”，它基於以下事實：在自然的英語口語和寫作中，某些字母的出現頻率遠高於其他字母。例如，字母 E 的出現頻率高於任何其他字母，而 Z 的出現頻率最低。（如果您玩過拼字遊戲 Scrabble，您可能會注意到這決定了字母的價值！）因此，例如，如果您閱讀整段文字並注意到字母 D 的出現頻率高於任何其他字母，那麼很可能它使用了偏移量為 1 的凱撒密碼（使程式碼中的 E 變為 D）。對於較長的文字塊，這種技術會更準確，而對於短單詞或短語則非常不準確，因為有很多單詞根本不包含 E。您能讓朋友用凱撒密碼寫一整段話，然後嘗試使用頻率分析來破解它嗎？
附加題： 如果您計劃將凱撒密碼用於常規通訊，一個風險是最終有人會發現您的金鑰。您可以透過更改金鑰來幫助防止這種情況，例如每週使用一個新金鑰。這與定期更改您的計算機密碼的概念類似。
附加題： 凱撒密碼只是一種替換密碼。查詢其他型別的替換密碼並嘗試一下。它們是更難還是更容易使用和破解？
觀察和結果
一旦您和您的朋友都瞭解瞭如何使用凱撒密碼，相互發送加密通訊應該相對容易。這可能是在朋友之間來回傳遞秘密訊息的一種有趣方式。然而，如上所述，儘管凱撒密碼為密碼學提供了一個很好的入門，但在計算機時代，它不再是安全地以電子方式傳送加密通訊的方式。
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