維吉尼亞密碼工具

逐步概念

以明文 ATTACKATDAWN 和關鍵字 LEMON 為例。將關鍵字重複排列到足以覆蓋明文，接著逐位相加（A=0、B=1、…、Z=25），並對 26 取模。

讀取綠色列會得到密文 LXFOPVEFRNHR。金鑰字母 L 讓 A 位移 11 格（A→L），E 讓 T 位移 4 格（T→X）。同一個明文字母 A 在不同位置可能加密成不同字母，這就是多表代換的核心。

一行數學式

將字母編號為 A=0 到 Z=25。令 \( p_i \) 為第 i 個明文字母，\( k_i \) 為對應的金鑰字母；關鍵字會循環，因此 \( k_i = K_{i \bmod n} \)，其中 \( n \) 是金鑰長度。

加密：\( c_i = (p_i + k_i) \bmod 26 \)  ·  解密：\( p_i = (c_i - k_i) \bmod 26 \)

博福特變體使用 \( c_i = (k_i - p_i) \bmod 26 \)，同一個公式同時處理加密與解密。自動金鑰變體則在關鍵字之後接上明文字身，形成 \( k_1, k_2, \dots, k_n, p_1, p_2, \dots \)。

三種變體

Tabula Recta（維吉尼亞方表）

傳統手算維吉尼亞密碼時，會使用一張 26×26 表格。找到金鑰字母所在列，再找到明文字母所在欄，交會的儲存格就是密文字母。解密時則在金鑰列中找到密文字母，再讀取欄標題。

列標籤 = 金鑰字母。欄標題 = 明文字母。儲存格 = 密文字母。例：列 L、欄 A → L；列 E、欄 T → X。

如何使用

1. 將明文（加密）或密文（解密）貼到輸入框。右側即時金鑰對齊流會顯示明文、金鑰字母與輸出字母。
2. 在關鍵字欄位輸入拉丁字母。非字母會自動被移除。
3. 選擇模式（加密或解密）與變體（維吉尼亞、自動金鑰或博福特）。博福特是自身反向運算，因此模式不會改變其核心運算。
4. 按下「應用維吉尼亞」。結果會顯示逐字位移追蹤、統計、來回驗證與所有變體比較。
5. 使用複製按鈕取得輸出、原始輸入或金鑰。若要解密，請貼上密文、輸入相同金鑰，並切換為解密。

維吉尼亞、凱撒、Atbash、ROT13 比較

為什麼維吉尼亞曾被稱為「不可破譯的密碼」

在 Bellaso 於 1553 年描述此類方法後，維吉尼亞密碼長期被視為難以破解。相同明文字母會因位置和金鑰字母不同而產生不同密文字母，因此凱撒密碼常見的單字母頻率分析不再直接有效。後來 Kasiski 攻擊利用重複關鍵字造成的週期性，從重複片段間距推估金鑰長度，再將問題拆成多個凱撒密碼來破解。

Kasiski 檢驗

1. 掃描密文中重複的 3 字母或 4 字母片段。
2. 記錄每組重複片段之間的距離。
3. 計算距離的最大公因數，金鑰長度通常會整除這些距離。
4. 依金鑰長度將密文拆成多欄，每欄相當於一個凱撒密碼。
5. 對每欄進行頻率分析或重合指數測試，推回每個金鑰字母。

安全提醒

維吉尼亞密碼不是現代加密方式。短關鍵字可以被 Kasiski 檢驗或重合指數分析快速破解；即使是自動金鑰，也仍可能受到已知明文攻擊。請勿用它保護密碼、個資、財務資料或任何需要保密的內容。真正的資料保護應使用 AES-256、ChaCha20 或 libsodium 等現代密碼工具。維吉尼亞適合謎題、CTF、教學與歷史展示。

使用提示

• 解密時請貼上密文、輸入相同關鍵字，並將模式切換為解密。
• 博福特變體不受模式影響；用相同金鑰套用兩次會回到原文。
• 若只想處理字母並輸出大寫，請取消「保留原始大小寫」。
• 空格、數字與標點會直接保留。若要隱藏單字邊界，請先自行移除空格。
• 使用密碼實驗室可比較同一金鑰在三種變體中的不同輸出。

FAQ

什麼是維吉尼亞密碼？

維吉尼亞密碼是一種多表代換密碼，會依照重複關鍵字為每個明文字母套用不同位移量。這使同一個明文字母在不同位置可能變成不同密文字母。

維吉尼亞和凱撒或 Atbash 有什麼不同？

凱撒密碼對所有字母使用單一固定位移；Atbash 則是固定鏡像。維吉尼亞使用關鍵字提供一連串位移，因此比單表代換更難用簡單頻率分析破解。

維吉尼亞適合真正加密嗎？

不適合。現代電腦可以很快分析重複關鍵字的週期並破解密文。它適合教學、解謎與歷史示範，不適合保護真實敏感資料。

什麼是自動金鑰變體？

自動金鑰會先使用關鍵字，接著以明文字身延伸金鑰流，使金鑰不再固定週期重複。這比經典維吉尼亞更難分析，但仍不是現代安全加密。

什麼是博福特變體？

博福特密碼使用密文 = (金鑰 − 明文) mod 26。它是自身反向運算，因此使用同一金鑰再次套用即可回到原文。

關鍵字應該多長？

越長越好。單字母金鑰會退化成凱撒密碼，短金鑰很容易被破解。解謎與教學常用 6–12 個字母；真正保密則應改用現代密碼工具。