加密學的兩大基石—— Substitution Cipher（替換密碼） 與 Transposition Cipher（換位密碼） ——分別對應 Shannon 所定義的「混淆」與「擴散」原則，幾乎所有現代對稱加密演算法都建立在兩者的組合之上。 Substitution Cipher：以替換實現混淆（Confusion） 替換密碼的核心操作是 以新符號取代原始符號 ，使密文與明文之間的對應關係趨於複雜。最經典的範例是 Caesar Cipher ，每個字母固定位移 3 位（A → D、B → E）。更進階的 Vigenère Cipher 引入多組金鑰，使相同明文字母在不同位置產生不同密文，大幅增加頻率分析的難度。在現代演算法中，AES 的 SubBytes 步驟 即是替換操作的直接體現——透過 S-Box 非線性映射，徹底模糊金鑰與密文之間的統計關聯，達成 Shannon 所定義的混淆目標。 Transposition Cipher：以重排實現擴散（Diffusion） 換位密碼 不改變字母本身，而是重新排列其位置 ，使明文的統計特性均勻擴散至整段密文。典型範例為 Rail Fence Cipher ，明文字母依鋸齒型路徑排列後再逐行讀出。另一個常見形式是 Columnar Transposition ，將明文填入矩陣後依金鑰指定的列順序讀取輸出。現代演算法中，AES 的 ShiftRows 與 MixColumns 步驟即屬換位與擴散機制——單一明文位元的變動將影響整個區塊的輸出，此即雪崩效應（Avalanche Effect）的來源。 # Substitution: Caesar Cipher (位移 3) sub = lambda text: ''.join(chr((ord(c) - 65 + 3) % 26 + 65) for c in text) # Transposition: Columnar (依索引重排) trans = lambda text, key: ''.join(text[i] for i in sorted(range(len(text)), key=lambda x: key[x % len(key)])) print(sub("HELLO")) ...