可以解讀亂碼訊息的神奇解碼器

※器材：壓克力圓棒（直徑0.5公分）、熱熔槍、絕緣膠帶

「密碼」是將信息以某種特定的方式隱藏，再以特定方法或工具解讀的技術。「密碼學」（cryptology）在現代已經成為一個很專門的學門，應用相當廣泛。

很多密碼與解碼的設計，利用到很複雜的數學計算，以及電腦科技的演算。本實驗是一個很簡易的密碼設計，使用簡單的解碼器，就可以清楚得知密碼的訊息。如圖一的密碼，不容易看出是什麼訊息，放上解碼器之後，就可以清楚看出是英文字「science」（如圖二）而圖三似乎是亂碼的圖形，則是「科學」二個字（如圖四）。

觀看實驗影片

本實驗的靈感來自於英國Grand Illusions網站玩具，稱為「Copycoder（拷貝編碼器）」，售價六英鎊（參考資料1），加運費超過台幣300元（本實驗成本約50元）。該玩具包括數張看起來是亂碼的圖形（如圖五），將壓克力材質的解碼器放在圖形上面，就可清楚看出文字訊息「THANK YOY!」(如圖六)。

仔細觀察Copycoder解碼器表面構造（圖七），可以發現解碼器表面有規則排列的半圓凸狀，而且呈45度傾斜。

由圖七的表面圓凸狀物結構，可推知必然利用了圓柱體的折射原理。此折射現象如同本網站介紹過的「箭頭隨身變」與「杯弓蛇影」。

圓柱體的折射現象如圖八，圖八(1)是畫了三條線段的紙卡，此三條線段的開口朝向左邊，裝水的圓柱型玻璃杯（直徑為L），距離紙卡為d。圖八(2)至(4)是不同距離的折射結果。圖八(2)為玻璃杯緊貼在紙卡（d=0），三條線段折射為開口朝左的曲線。圖八(3)玻璃杯距離紙卡d=0.5L，結果三條線段折射為接近水平的曲線。圖八(4)玻璃杯與紙卡的距離等於或略大於玻璃杯的直徑（d≧L），結果三條線段與原來圖形成為「左右相反」接近直線的線段。

由圖八的觀察結果得知；如果要得到和原始圖形「左右相反，但是變形扭曲小」的成像，則「圓柱體與紙卡的距離d≧圓柱體的直徑L」。本實驗就是利用圓柱體形成左右相反的折射現象，將多根圓柱體排列在一起，然後再加一層厚度等於圓柱體直徑的壓克力板（參見圖十四的成品），成為密碼解碼器。

了解設計密碼的原則，接著是如何將訊息進行「編碼」？而且要注意編碼之後，是否能避免讓人看出訊息內容？首先，如圖九，將「科學」兩字分割為16等分的直列，每一直列以壓克力圓柱折射，製作出的密碼卡如圖十（每一個直列都是左右顛倒），結果圖十還是很容易猜出是科學兩字。

如果將「科學」兩字傾斜45度，再進行分割（如圖十一），並左右顛倒放置，結果如圖十二，就很難看得出是甚麼字了！這也是為什麼圖六、圖七的Copycoder玩具的圓柱體是傾斜排列的原因。

結論以上說明，密碼解碼器的製作原理如下：

1. 圓柱體與密碼紙卡的距離（d）≧圓柱體的直徑（L）。

2. 當為密碼的字，必須傾斜，再等分分割，將每一等分左右顛倒而成為密碼卡。但是左右顛倒，等於翻成背面，所以紙張背面必須將字體塗黑，手工製作頗為費時，因此在製作方法介紹了以電腦繪圖軟體製作的程序。

一、解碼器製作

1. 取直徑0.5公分的透明壓克力圓棒裁剪成10公分長度，共需22支。將其中20支圓棒的中央放在絕緣膠帶（電氣膠帶）上面，整齊的靠攏排好（參見圖十三），成為解碼器本體。

註：壓克力圓棒可於美術用品店購買，一支長度為一公尺，單價約20元。以剪刀或美工刀劃出刻痕，即可折斷，再用砂紙磨平邊緣。

2. 再取二支將相同的壓克力圓棒，以熱熔膠分別黏貼在解碼器本體的兩端（如圖十四），完成後如圖十五。

3. 最後將絕緣膠帶剪一半寬度，將解碼器兩端上下確實黏緊（如圖十六）。

解碼器製作影片 

二、密碼卡製作

以手工繪製密碼卡，過程頗為瑣碎，相當費時，因此建議以電腦繪圖軟體製作。以下的操作過程，版主使用PhotoImpact X3軟體，其他版本軟體的操作可能有所差異。另一方面，如果孰悉操作過程，大約二分鐘就可以完成一張密碼卡的製作喔！ （註：如果不想自己製作，請點選這裡下載密碼的圖形卡集，有24張密碼卡可直接使用。）

1.開「新影像」，影像大小「自訂」500*500像素的影像。

2.選擇「文字」工具，在繪圖區輸入想製作之文字（例如”科學”）。文字的字型建議選擇較粗的（例如中黑體），並且再加粗體，成品效果會較佳。（如圖十七）

3.滑鼠選取字體後，再按「編輯」，然後選擇「旋轉與翻轉」中的「水平翻轉」（”科學”變成”學科” ，如圖十八）。

4.從工具箱選擇「變形」工具，設定旋轉45度，按順時針旋轉。然後點選「挑選」工具，選擇「水平垂直皆置中」，使文字保持在正中央。（如圖十九）

5.按滑鼠右鍵，選擇「全部合併」，再點選功能表的「網路」，選擇「格線與分割區」。將「列」設定為「1」，「欄」設定為「20」，將「格線」設定成「0」像素，最後把「將方格轉換成物件」的設定打勾，按下確定。（如圖二十）

6.游標移至圖片上，再按滑鼠右鍵，點選「內容」。在「位置與大小」的欄位中，將「鎖定」取消（此時可以看到右邊「圖層管理員」中的物件已取消鎖定）。

7.滑鼠點選第一個物件，可以看到此物件的「X」座標為「0」。手動將數字改為「475」，第一個物件的位置便會從畫面的左邊移至畫面最右邊。（如圖二十一）

8.依序將每個物件的X座標手動更改為「475」、「450」、「425」、「400」、「375」、「350」、「325」、「300」、「275」、「250」、「225」、「200」、「175」、「150」、「125」、「100」、「75」、「50」、「25」、「0」。完成後，如圖二十二。然後另存新檔，密碼紙的製作便完成了。

9.最後把圖片貼至Word，將圖片高度及寬度設定為10公分*10公分，便可列印下來使用。

密碼卡製作影片 

1.本實驗解碼器的壓克力圓棒的直徑為0.5公分，讀者也可以使用直徑更小的圓棒（不建議更大的圓棒）。

2.製作解碼器時，使用絕緣膠帶是因為一般的膠帶撕下來時，很容易有黏膠殘留在壓克力上面，而且一般膠帶在黏貼時，比較容易有皺摺造成凹凸不平。

3.在教學上可以指導學生思考與探究以下問題：(1)為什麼密碼卡的文字必須傾斜？(2)密碼卡的文字如果粗細不同，解讀效果有何差異？(3)除了文字訊息，是否也可以製作圖形訊息的密碼呢？

1. Mindsets Online-Copycoder：http://www.mindsetsonline.co.uk/Catalogue/ProductDetail/copycoder?productID=8fafbba6-c76e-4c8c-bb1d-ebce265e837e&catalogueLevelItemID=71ac471a-9292-405e-b82f-974df48d830c

2. Grand Illusions Ltd.：https://www.youtube.com/watch?v=2tluELENbWQ&list=UUnmgSO_4g6QcRzy0yFeglyA

3. Copycoder：http://www.copycoder.com/

4. 國立臺灣師範大學--物理教學示範實驗教室：http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/html.php?html=rainbow/docs/rainbow