小学生科普动之学习动手制作和使用凯撒密码盘

小学生科普-学习动手制作和使用凯撒密码盘恺撒密码是一种替换加密的技术,是一种最简单且最广为人知的加密技术。这个加密方法是以罗马共和时期恺撒的名字命名的。为了保障军事行动文书传递的安全，当年恺撒曾用此方法加密军事文件，与其将军们进行联系。什么是凯撒密码？美国内战时使用的密码盘古罗马共和国-凯撒大帝在两个不一样大小的铜盘边缘刻上26个字母，把小圆盘放在大圆盘上，圆心对齐，用一根轴穿过两个圆盘的圆心，并当作轴。如下图的凯撒密码盘。这两个圆盘能够转动，利用两套字母之间多种对应位置，可以加密信息。这是一种简易的恺撒挪移式密码法。下面我们就来亲手制作一个凯撒密码盘吧。凯撒密码基本原理制作凯撒密码盘并不是看上去那么简单，我们需要储备如下知识：1.基础的数学计算掌握，我们需要用到除法，灵活处理余数。2.基础的几何知识掌握，我们需要知道几何圆、角的概念。3.基础的几何工具使用，我们需要使用圆规做圆盘。4.基础的几何工具使用，我们需要使用量角器测量角度。基础知识准备制作凯撒密码盘我们需要准备如下材料：1.两张边长二十厘米左右的正方形硬卡纸。2.剪刀一把，圆规一个，量角器一个，直尺一把，大头针一枚。

基础材料准备我们在制作之前，我们需要在头脑中有一个凯撒密码盘的整体结构以及制作步骤，凯撒密码盘的整体结构如下：

整体结构设想基本制作步骤：1.制作圆盘2.制作刻度3.填写字母4.组装成形凯撒密码盘整体结构我们需要制作两个圆盘。

首先我们制作一个较大的圆盘，在一张卡纸的中间位置确定一个圆心，以正方形卡纸边长的一半作为半径，使用圆规画一个圆。然后我们再制作一个较小的圆盘，在另一张卡纸的中间位置确定一个圆心，调整圆的半径比大圆盘的半径短2厘米左右，用圆规画一个圆。制作圆盘.半径分别在两张卡纸上画好圆后，我们要使用剪刀分别把两个圆减下来，制作成为圆盘。制作圆盘我们知道英文字母有26个，为了让每一个字母在圆盘边缘均匀分布，我们把圆盘的圆心角分为26等分，并把角画出来。首先划一条半径，以这条半径为基础逐次做角，每个角=360÷26≈13.8度。如果不好掌握角度小数，我们可依次每4个14度角加一个13度角。你有更好的方法吗？制作刻度完成两个圆盘的26等分后，我们下一步就要完成两个盘的字母填写，分别完成两个盘内每个角的外边缘字母填写，按照字母顺序A、B、C、D……Y、Z完成两个盘的字母填写。填写字母完成字母填写后，最后一步就是组装，组装方法是，把两个盘的字母面朝向一个方向，两个盘的圆心对其，使用大头针对准圆心，穿透两张圆盘，完成整个凯斯密码盘的组装。通过我们自己动手，就已经制作完成一个凯撒密码盘。组装成形凯撒密码盘整体结构AA密码盘编码假如我们需要写一封英文文字Ilikeapples，我们不希望所有人都能看懂文字内容，那我们就可以使用凯斯密码盘对英文文字的内容进行加密。

首先我们转动密码盘，转动一定的角度，把大盘的A对准小盘的一个字母，这里我们对准C，然后开始加密编码，我们的英文文字第一个字母I对应小盘的字母K，记下对应字母；第二个英文字母l对应小盘的字母N，记下对应字母，直到完成所有字母加密编码，得到如下加密后的英文文字：明文（没加密的文字）：IlIkeapples密文（加密后的文字）：KNKMGCRRNGU密钥（大盘A对应的字母）：C密码盘解码当我们拿到一封用凯撒密码加密的信后，我们也需要凯斯密码盘来揭密。我们需要知道密码盘转动的对齐字母，就是我们加密的时候用的的密钥。

我们已经用密钥C来进行加密，KNKMGCRRNGU，我们需要让发信人高告诉我们机密密钥，这个密钥要保密，这就是这封信的密码。我们获取到密钥C，我们转动密码盘，把大盘的A对准小盘C，这样就可以揭密内容了。密文：KNKMGCRRNGU用密钥C解密，明文：Ilikeapples加密升级当我们使用如上方法进行密码盘加密的时候，我们的密钥是A-Z中的一个字母，这样可能不是很安全，比如张三使用密钥给李四发了一封加密的信件，如果王五想知道新的内容，那么他需要解密，但王五不知道密钥，但王五可以采用从A-Z分别尝试的方式，那么王五最多尝试26次，就能解开这封信了，这样不是很安全对吧。

我们需要采用更加复杂的密钥进行机密升级，那就是采用多个字母进行加密。例如，采用ONE密钥加密Ilikesapples，当加密字母I时，转动密码盘使用O作为密钥，找到I对应W，加密l时，转动密码盘使用N作为密钥，找到l对应Y，循环使用密钥ONE依次类推，完成如下：密钥ONEONEONE

ON明文Ilikeapples密文WYMYREDCMJF解码的时候同样需要循环使用密钥ONE来进行揭密。你学会了吗？动手试试吧。密码盘升级如果我们还想把密码盘进行升级怎么办？

我们介绍一种方法，那就是把小盘的单个字母换成字母的组合，比如右图中，我们把原来的C换成了CO，这样当遇到明文是字母A的时候呢，就加密成CO，这样加密的关系就不是1个字母对应1个字母的关系了，加密的强度就更大了，我们可以把小盘上的每个字母都换成字母组合。最后我们可以把多字母密钥和小盘多字母结合使用，使加密强度更大，信息保密效果更好。知识回顾

1.基础的数学计算掌握，动手灵活处理余数。2.基础的几何知识掌握，知道周角是360度。3.基础的几何工具使用，学会使