ADFGVX 与分 fraction

到 1918 年，德国军方面临一个严重问题：盟军密码分析人员破解其野战密码的速度，比德国更换密码的速度还快。1918 年春季攻势迫在眉睫，军方急需一种更强的新密码。

弗里茨·内贝尔上校开发了 ADFGVX 密码，将两种经典技术以一种前所未有的方式结合到军事密码学中。

这种密码以其六个密文字母命名：A、D、F、G、V、X。这些字母经过刻意选择，因为它们各自的莫尔斯电码表示形式差异很大。

这减少了野战无线电传输中的错误。混淆一个字母就可能破坏整条消息，因此设计者选择了莫尔斯编码模式差异最大的字母。

第一步是使用 6x6 波利比乌斯方阵进行替换。36 个单元格包含 26 个字母和数字 0-9，并按照密钥指定的顺序排列。行标和列标是六个字母 A、D、F、G、V、X。

每个明文字符都会被两个字母替换：分别是其所在单元格的行标和列标。例如，如果 H 位于 A 行、F 列，就会变成 "AF"。

替换完成后，将成倍增加的密文写入网格，列数等于密钥长度。第二个关键词决定列的顺序。

按照关键词字母的字母顺序读出各列。这样会重新排列替换后的字母对，破坏残留的模式，并生成一种同时抵抗频率分析和模式匹配的密码。

分割化是一种技术：先将每个明文字符拆分为多个密文符号，再对这些符号进行置换。在 ADFGVX 中，每个字母会变成两个符号（行和列），随后分别进行打乱。

这意味着一个明文字母的两个“半部分”最终会出现在密文的不同位置，使攻击者无法将替换和置换分开分析。

纯替换密码（如普莱费尔密码）容易受到频率分析的攻击。纯置换密码（如栅栏密码）容易受到字母重排分析的攻击。将两者结合起来可以同时应对这两种弱点。

ADFGVX 通过对替换后的符号进行分割化和置换，使频率分析更加困难。破解置换需要知道替换密钥，反过来也一样。

法国密码分析人员乔治·潘文于 1918 年 6 月破解了 ADFGVX 密码，而就在几天后，德国军队便发动了这套密码原本要保护的攻势。这被认为是第一次世界大战中最杰出的密码分析成就之一。

潘文的方法利用了同一天使用同一密钥发送的消息中的模式。通过比较长度相近的密文，他能够识别列的边界，并沿着置换过程反向分析。

潘文的突破为盟军提供了情报，帮助其遏制德国春季攻势。这场攻势的失败，部分原因在于破解 ADFGVX 后获得的情报优势。

这段历史表明，即使设计巧妙的密码，在操作安全性不足时也可能被破解。德国军队重复使用密钥，并在短时间内发送了过多消息，为潘文提供了所需的分析材料。

在列置换中，先将明文按照行写在关键词下方，然后按照关键词字母的字母顺序读出各列。关键词 "KEY" 会产生 2-1-3 的列顺序（E 排在 K 之前，K 排在 Y 之前）。

输出列会以一种交错方式包含原始文本，从而破坏局部模式。解密时，需要按照相同的顺序将密文写回各列，再逐行读取。

经典密码的每一层都针对不同的弱点。替换隐藏字母的身份，置换隐藏字母的位置。两者结合后，攻击者必须同时攻击这两个层次。

这种结合混淆（替换）与扩散（置换）的原则，后来由克劳德·香农正式提出，并成为 AES 等现代分组密码的理论基础。

在 ADFGVX 之前，德国人使用的是 ADFGX，这是一种更简单的五字母变体，其波利比奥斯方阵中不包含数字。ADFGVX 将方阵扩展为 6×6，以纳入全部 10 个数字，从而可以加密数值数据。

从 ADFGX 扩展到 ADFGVX，是对盟军在破解 ADFGX 方面取得部分成功的回应。加入数字扩大了密钥空间，并通过将模式分散到更多符号对中，使双字母频率分析更加困难。

请检验您对 ADFGVX 中分裂技术的理解。

ADFGVX 将波利比奥斯方阵替换与列式换位结合起来，并利用分裂技术将二者交织在一起。选择六字母字母表，是为了尽量减少莫尔斯电码传输错误。

尽管这种密码十分复杂，潘万仍通过利用密钥重复将其破解。这种密码既展示了结合经典技术的威力，也说明了操作安全的重要性。