四方密码加密与解密

什么是四方密码？

四方密码（Four-square cipher）是一种对称式加密法，与两方密码类似，四方密码使用了四个字母方阵，但与两方密码不同的是，它需要两个秘钥和两个字母表，形成四个独立的方阵。这种结构使得四方密码比两方密码更加复杂和安全。

在四方密码中，首先生成四个方阵：

• 左上方阵（第一方阵）：使用一个字母表生成；
• 右上方阵（第二方阵）：使用第一个秘钥生成；
• 左下方阵（第三方阵）：使用第二个秘钥生成；
• 右下方阵（第四方阵）：使用另一个字母表生成。

明文中的每一对字母会分别被替换为这四个方阵中的字母，增加了加密的难度和安全性。

四方密码如何加密？

四方密码的加密过程如下：

1. 准备明文：去除明文中不在字母表中的字符，如空格和标点符号等等。
2. 设置两个秘钥和两个字母表：秘钥的长度与复杂性将决定加密的效果。
3. 生成四个字母方阵： 根据字母表和秘钥，分别生成的四个字母方阵。
4. 将明文分为字母对：按照两两一组，将明文分成字母对，如果字母数为奇数，可在最后一个字母后面填充一个字符，如“X”。
5. 替换字母：对每一对字母，分别在左上和右下方阵中（第一和第四方阵）查找它们的位置。接着，在右上和左下方阵中（第二和第三方阵）找出两个字母，使其与原字母对组成一个矩形，取矩形对角线上的字母替换原先字母对。
6. 生成密文：将所有字母对按此规则逐一替换，最终生成密文。

示例

假设要用下面4个信息来加密“HELLO”

• 字母表 1：ABCDEFGHIKLMNOPQRSTUVWXYZ（注意没有字母“J”）
• 字母表 2：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ
• 秘钥 1：FOUR
• 秘钥 2：KEYWORDS

1. 生成四个字母方阵

2. 将明文分为字母对

“HELLO”会分为“HE”, “LL”, “OX”。

3. 替换字母

• HE → GY
• LL → IC
• OX → KV

因此，HELLO 的加密结果为：GYICKV

四方密码如何解密？

解密过程与加密过程相似，关键在于替换字母时，要先在右上和左下方阵中（第二和第三方阵）找出密文字母对，然后，在左上和右下方阵中（第一和第四方阵）查找对应的明文字母，逐一替换完成解密。

例如，根据加密提供的字母表和秘钥要解密“GYICKV”信息。

首先，根据字母表和秘钥生成4个字母方阵，同加密时一致。

接着，将密文“GYICKV”拆成字母对：“GY”,“IC”,“KV”。

最后，替换字母，根据密文字母对在右上和左下方阵中（第二和第三方阵）找出位置；然后，在左上和右下方阵中（第一和第四方阵）查找对应的明文字母，使它们形成一个矩形。

• GY → HE
• IC → LL
• KV → OX

所以，GYICKV 的解密结果为：HELLOX