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2-4 取代加密法
簡單的說，『取代加密法』（Substitution Cipher）就是將原文中的字母由另一個字母來取代，取代的順序不一定有一定的規則。加密與解密雙方必須共同擁有一份替換表，而此替換表便就是雙方共享『鑰匙』。這與換位法之間有很大的不同，換位法只改變字母排列順序，原文的字母與加密後的字母還是一樣，只是位置不同而已。然而，使用取代加密法則不然，加密後的字母與原文字母完全相異。我們用一個簡單的替換表，來觀察取代加密法的運作程序；替換表如下：
我們還是利用前一節的明文為例子來看加密後的密文結果：（空白鍵不計） 明文：I SIT BY MY WINDOW WAITING FOR YOU 密文：RHRGYBNBDRMWLDDZRGRMTULIBLF 利用替換表的取代加密法太容易被破解了，這是因為每個字母都有一定的替換字母；且在我們日常生活中常常重複出現許多單字或句子，而這些單字大多有一定的規則，有心人士只要去統計一些常出現的單字，便可以找出替換表了。以下介紹兩種較複雜的取代法。 2-4-1 旋轉取代法 利用替換表最大的缺點就是取代字母是固定的，我們可以針對這個缺點來改進，讓替換字母隨著一定的規則改變，這就是『旋轉取代加密法』（Rotation Substitution Cipher）。我們將兩個圓盤重疊在一起，下面圓盤是固定的，而上面的圓盤可以左右轉動，就好像保險箱的號碼鑰匙一樣。上下圓盤都刻有英文字母，下圓盤代表原文字母；而上圓盤表示加密後的字母，如圖 2-3 所示。
圖 2-3 旋轉取代加密法 我們將圖 2-3 (a) 的上旋轉盤向右轉 7 格後如圖 2-2 (b) 所示，所編出來的密文如下：（空白不計） 明文：I SIT BY MY WINDOW WAITING FOR YOU 密文：BLBMURFRPBGWHPPBMBGZYHKRHN 乍看起來，旋轉替換取代法與替換表並沒有兩樣，不要緊張，好戲還在後頭呢！加密與解密雙方可以協議旋轉盤的轉動次序，作為雙方的秘密鑰匙；譬如，鑰匙為 {5, 7, 4, 2}，則表示第一個字母轉動 5 格、第二個字母再轉動 7 格、第三個字母再轉動 4 格、第四個字母再轉動 2 格，第五個字母以後又恢復 5、7、4、2 的轉動，依此類推。如此一來，表示替換表隨每一個字母變化。這樣還是不夠的話，還可以如保險箱的密碼一樣，增加了左右轉動，夠複雜了吧！ 2-4-2 旋轉機 一層的旋轉替換還不夠複雜的話，我們可以結合多個旋轉盤成為一個『旋轉機』（Rotor Machine），夠恐怖了吧！這是第二次世界大戰時，德軍讓聯軍百思不解的加密技巧，最後還是由一個俘虜中得到破解的方法，到底聯軍還是無法自己破解它。以圖 2-4 為範例，德軍非常聰明的將旋轉機安裝在打字機內，其中包含了三個旋轉盤，旋轉盤內部都有電線直接連接，旋轉盤之間也可接觸電流導通。每天的最後一次通訊，由指揮中心以密語通知每一個旋轉盤的轉動次數。當通訊者敲入每一個字母（明文輸入）時，電流將隨者轉盤接觸導通道另一個字母位置，然後發射出該字母的電波訊號。
圖 2-4 旋轉機加密法 2-5 區塊加密法的基本原理 數位資料是一串不定長度的 0 與 1 組合而成，對於它的密碼系統就很難直接用取代與換位方法，而需要資料分段來加密或解密，這就是『區塊加密法』（Block Cipher）。它將不定長度的資料，以某一固定長度為單位（大多是 64 bits），分割為若干個區塊。每一明文區塊經過加密編碼後，產生相同長度的密文區塊。圖 2-5 為區塊加密法的概略圖，明文經過分割區塊後，一個接著一個進入加密器處理；處理完成後，密文區塊也是一個接一個輸出。實作上並非完全如此，如果區塊之間完全是獨立加密的話，攻擊者也可以分別採用獨立的密文與明文配對來破解。因此，輸出密文區塊之間需要特殊處理才行，這方面稱為操作模式，於 2-7 節中再介紹。
圖 2-5 區塊加密法 一個明文資料 M 被分割成許多小區塊後，表示為：M1 || M2 || M3‧‧‧|| Mn，每個區塊都使用相同的鑰匙（key）來加密，最後可得到密文： C = Ek(M) = Ek(M1) || Ek(M2) || Ek(M3) || ‧‧‧|| Ek(Mn) 既然，我們將明文區分為若干個區塊，來
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