凯撒、维吉尼亚与 AES：三种加密强度差多少

一、凯撒密码：位移固定，25 种可能

原理简单：每个字母向后移固定的位数，超过 Z 就绕回 A。

Hello, World! 123   --（位移 3）-->   Khoor, Zruog! 123

注意两件事：

1. 数字、空格、标点原样保留，不参与位移；
2. 解密就是反向位移：Khoor, Zruog! 123 位移 −3 回到 Hello, World! 123。

为什么它不安全：位移量只有 26 种取值（位移 0 等于没加密），实际只有 25 种有效可能。逐个试一遍就能恢复原文，选 3 还是 17 只是「先被猜到」和「后被猜到」的区别。它只适合做字谜和教学演示。

两个特例值得知道：

• ROT13：位移 13 位。因为字母表是 26 个字母的环，错 13 位再错 13 位正好转回原处，所以加密和解密是同一个操作——Hello → Uryyb → Hello；
• ROT47：动的不是字母，而是全部 94 个可打印 ASCII 字符（33~126），数字、标点、括号一起变，汉字等非 ASCII 不变。实测 Hello, World! 123 → w6==@[ (@C=5P \ab`，输出比 ROT13 更难一眼看出来，但同样一戳就破。

二、维吉尼亚密码：密钥轮流决定位移

凯撒是「密钥只有一位」的维吉尼亚。 维吉尼亚让每一位的位移由密钥轮流决定：

明文	A	T	T	A	C	K	A	T	D	A	W	N
密钥（LEMON 循环）	L	E	M	O	N	L	E	M	O	N	L	E
位移量	11	4	12	14	13	11	4	12	14	13	11	4
密文	L	X	F	O	P	V	E	F	R	N	H	R

ATTACKATDAWN + 密钥 LEMON → LXFOPVEFRNHR，用同一密钥解密可完整还原（工具会同时对字母计数，实测 12 个字母、12 位被位移）。

强度提升来自密钥长度：凯撒只有 25 种可能；密钥长度为 n 时组合是 26ⁿ——5 位密钥就有 1188 万种。密钥越长、重复周期越长，越难通过重复片段猜出密钥长度。

互操作的关键约定：工具只位移字母，数字、空格、标点原样保留且不消耗密钥位。因为如果双方对「哪些字符算一位」的理解不一致，密钥就会错位、解出来全是乱码。保留标点还能让密文保持分词结构，方便核对：

Attack at dawn!   --（LEMON）-->   Lxfopv ef rnhr!

理论上密钥不短于明文、完全随机且从不重复使用时，维吉尼亚就是不可破解的（一次性密码本）——但手写长密钥极易出错也难以记忆，所以它始终停留在教学与谜题层面。

三、AES：现代加密的默认选择

参数	值
密钥长度	256 位
模式	CBC
密钥派生	PBKDF2（可选迭代 1000 / 10000 / 50000 次）
每次加密	随机生成盐与初始向量

为什么同一段文字、同一个口令，两次加密结果不一样：

第 1 次：uFTawvUdKuDrOTbSCuwk6ERTUBGvdC27ZJ1rviSbeFYnwSLb10U8DVhYaOaBdwxF
第 2 次：完全不同的密文（salt 与 iv 都不同）

每次加密都重新生成随机的盐与初始向量，它们随密文一起保存，所以解密不受影响。这种设计叫语义安全：相同明文不产出相同密文，攻击者无法通过观察密文判断两段内容是否一致。

盐与初始向量的分工：

• 盐用于从口令派生密钥。没有盐时，同一个口令在任何地方算出的密钥都相同，攻击者可以预先为常见口令建好对照表；加了随机盐，每份密文的密钥都不同，预计算就失效了；
• 初始向量用于让 CBC 模式的每一块密文都不相同，避免相同内容块产生相同密文。

两者都不需要保密，但解密时必须拿到原始值，所以打包进密文一起传。

一个实测细节：12 字节的明文（「机密内容」四个中文字）加密后是 16 字节密文——CBC 模式会把数据填充到 16 字节块的整数倍。

口令错了会怎样：直接报校验失败（INVALID），不会给出错误的明文。因为口令不对就算不出正确密钥，CBC 的填充校验会先失败。这也引出最重要的一条：

忘记口令无法解密，没有任何办法后门。 工具不保存口令、也不把口令藏在密文里。加密后必须先把口令记在稳妥的地方——这正是 AES 的意义，也意味着丢口令等于丢数据。

四、三种加密怎么选

用途	该用什么
教学演示、字谜游戏	凯撒 / ROT13 / ROT47
解谜、了解密码学历史	维吉尼亚
保护真实数据	AES（配强口令）
校验文件是否被改动	哈希（SHA-256、CRC32），不是加密
「换一种写法方便传输」	Base64 / Base58，完全没有保密性

最后提醒：Base64 不是加密，任何人一键就能还原；而凯撒与维吉尼亚不要用于任何真实数据——它们的历史价值远大于实用价值。

五、直接算

→ 凯撒 / ROT 编解码：含 ROT13、ROT47 与暴力枚举破解

→ 维吉尼亚密码：自定义密钥，保留标点不消耗密钥位

→ AES 加密解密：AES-256-CBC，含随机盐与初始向量

→ 密码生成器：给 AES 生成一个够强的口令