小學生科普動之學習動手制作和使用凱撒密碼盤

小學生科普-學習動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,是一種最簡單且最廣為人知的加密技術。這個加密方法是以羅馬共和時期愷撒的名字命名的。為了保障軍事行動文書傳遞的安全，當年愷撒曾用此方法加密軍事文件，與其將軍們進行聯(lián)系。什么是凱撒密碼？美國內戰(zhàn)時使用的密碼盤古羅馬共和國-凱撒大帝在兩個不一樣大小的銅盤邊緣刻上26個字母，把小圓盤放在大圓盤上，圓心對齊，用一根軸穿過兩個圓盤的圓心，并當作軸。如下圖的凱撒密碼盤。這兩個圓盤能夠轉動，利用兩套字母之間多種對應位置，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.基礎的數(shù)學計算掌握，我們需要用到除法，靈活處理余數(shù)。2.基礎的幾何知識掌握，我們需要知道幾何圓、角的概念。3.基礎的幾何工具使用，我們需要使用圓規(guī)做圓盤。4.基礎的幾何工具使用，我們需要使用量角器測量角度?；A知識準備制作凱撒密碼盤我們需要準備如下材料：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，量角器一個，直尺一把，大頭針一枚。

基礎材料準備我們在制作之前，我們需要在頭腦中有一個凱撒密碼盤的整體結構以及制作步驟，凱撒密碼盤的整體結構如下：

整體結構設想基本制作步驟：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構我們需要制作兩個圓盤。

首先我們制作一個較大的圓盤，在一張卡紙的中間位置確定一個圓心，以正方形卡紙邊長的一半作為半徑，使用圓規(guī)畫一個圓。然后我們再制作一個較小的圓盤，在另一張卡紙的中間位置確定一個圓心，調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，為了讓每一個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，以這條半徑為基礎逐次做角，每個角=360÷26≈13.8度。如果不好掌握角度小數(shù)，我們可依次每4個14度角加一個13度角。你有更好的方法嗎？制作刻度完成兩個圓盤的26等分后，我們下一步就要完成兩個盤的字母填寫，分別完成兩個盤內每個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，把兩個盤的字母面朝向一個方向，兩個盤的圓心對其，使用大頭針對準圓心，穿透兩張圓盤，完成整個凱斯密碼盤的組裝。通過我們自己動手，就已經制作完成一個凱撒密碼盤。組裝成形凱撒密碼盤整體結構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容，那我們就可以使用凱斯密碼盤對英文文字的內容進行加密。

首先我們轉動密碼盤，轉動一定的角度，把大盤的A對準小盤的一個字母，這里我們對準C，然后開始加密編碼，我們的英文文字第一個字母I對應小盤的字母K，記下對應字母；第二個英文字母l對應小盤的字母N，記下對應字母，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對應的字母）：C密碼盤解碼當我們拿到一封用凱撒密碼加密的信后，我們也需要凱斯密碼盤來揭密。我們需要知道密碼盤轉動的對齊字母，就是我們加密的時候用的的密鑰。

我們已經用密鑰C來進行加密，KNKMGCRRNGU，我們需要讓發(fā)信人高告訴我們機密密鑰，這個密鑰要保密，這就是這封信的密碼。我們獲取到密鑰C，我們轉動密碼盤，把大盤的A對準小盤C，這樣就可以揭密內容了。密文：KNKMGCRRNGU用密鑰C解密，明文：Ilikeapples加密升級當我們使用如上方法進行密碼盤加密的時候，我們的密鑰是A-Z中的一個字母，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雜的密鑰進行機密升級，那就是采用多個字母進行加密。例如，采用ONE密鑰加密Ilikesapples，當加密字母I時，轉動密碼盤使用O作為密鑰，找到I對應W，加密l時，轉動密碼盤使用N作為密鑰，找到l對應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解碼的時候同樣需要循環(huán)使用密鑰ONE來進行揭密。你學會了嗎？動手試試吧。密碼盤升級如果我們還想把密碼盤進行升級怎么辦？

我們介紹一種方法，那就是把小盤的單個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，這樣當遇到明文是字母A的時候呢，就加密成CO，這樣加密的關系就不是1個字母對應1個字母的關系了，加密的強度就更大了，我們可以把小盤上的每個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合使用，使加密強度更大，信息保密效果更好。知識回顧

1.基礎的數(shù)學計算掌握，動手靈活處理余數(shù)。2.基礎的幾何知識掌握，知道周角是360度。3.基礎的幾何工具使用，學會使