python 密碼學(xué)示例——凱撒密碼的實現(xiàn)

更新時間：2020年09月21日 09:06:17 作者：Starryland

這篇文章主要介紹了python 密碼學(xué)示例——凱撒密碼的實現(xiàn)，幫助大家更好的利用python處理密碼，感興趣的朋友可以了解下

凱撒密碼是密碼學(xué)中的一種簡單的替換加密技術(shù)。明文中的所有字符都會替換為其按照字母表順序向左（或向右）偏移一定量后得到的新字母，作為加密后密文。

如當(dāng)偏移量為 3 時，明文中所有的字母 A 將被替換成字母 D，B 替換成 E，以此類推。

若收到密文的同時已知加密時使用的偏移量，就可以快速地通過逆運算獲取到最初的明文。

下面兩張圖展示了當(dāng)偏移量為 8 時明文字母與密文字母的對應(yīng)關(guān)系（圖一即凱撒密碼輪盤，外層為明文，內(nèi)層為密文，可旋轉(zhuǎn)以改變偏移量）以及實際的加密過程（圖二）：

PS：對一段明文消息連續(xù)應(yīng)用多個不同的偏移量進行凱撒密碼規(guī)則的加密，并不會增強安全等級。即輪盤的多次旋轉(zhuǎn)，實際上等同于抵消后的一次旋轉(zhuǎn)。多次應(yīng)用的不同偏移量，最終等同于抵消后的一次偏移量，對于暴力破解來說并不會增加復(fù)雜度。

如第一次對明文實施偏移 3 位的凱撒加密，再對生成的密文實施偏移 10 位的加密，實際上相當(dāng)于對最初的明文實施了偏移 13 位的加密。

二、Python 實現(xiàn)凱撒密碼

源代碼：

while True:
 key = input("Please input a key number (like 13):\n") or 13
 mode = input("\nPlease input mode (encrypt or decrypt):\n") or "encrypt"

 symbols = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890 !?.'
 # 根據(jù)數(shù)字 key 對字母表 symbols 進行偏移操作，形成密文字母表 ciphers
 ciphers = symbols[int(key):] + symbols[:int(key)]
 # 根據(jù)加密與解密動作，生成明文字母到密文字母（或密文到明文）的對應(yīng)關(guān)系
 transtab = str.maketrans(symbols, ciphers) if mode == 'encrypt' else str.maketrans(ciphers, symbols)

 message = input("\nPlease input plaintext or ciphertext:\n")
 # 完成明文到密文（或密文到明文）的轉(zhuǎn)換
 result = message.translate(transtab)
 print(f"\nThe result is: {result}\n\n")

運行效果如下：

Please input a key number (like 13):
13

Please input mode (encrypt or decrypt):
encrypt

Please input plaintext or ciphertext:
This is my secret message.

The result is: guv6Jv6Jz!J6rp5r7Jzr66ntrM

Please input a key number (like 13):
13

Please input mode (encrypt or decrypt):
decrypt

Please input plaintext or ciphertext:
guv6Jv6Jz!J6rp5r7Jzr66ntrM

The result is: This is my secret message.

三、Python 對凱撒密碼的爆破

即在加密用的 key 值未知的情況下，嘗試所有可能的 key 值（0 到字母表長度減一）對密文進行解密，輸出以查看解密出的明文是否有意義。

源代碼：

symbols = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz1234567890 !?.'

ciphertext = input("Please input ciphertext:\n")


for key in range(len(symbols)):
 ciphers = symbols[key:] + symbols[:key]
 transtab = str.maketrans(ciphers, symbols)
 plaintext = ciphertext.translate(transtab)

 print(f'Key #{key}: {plaintext}')

運行效果如下：

Please input ciphertext:
guv6Jv6Jz!J6rp5r7Jzr66ntrM
Key #0: guv6Jv6Jz!J6rp5r7Jzr66ntrM
Key #1: ftu5Iu5Iy I5qo4q6Iyq55msqL
Key #2: est4Ht4Hx0H4pn3p5Hxp44lrpK
Key #3: drs3Gs3Gw9G3om2o4Gwo33kqoJ
Key #4: cqr2Fr2Fv8F2nl1n3Fvn22jpnI
Key #5: bpq1Eq1Eu7E1mkzm2Eum11iomH
Key #6: aopzDpzDt6Dzljyl1DtlzzhnlG
Key #7: ZnoyCoyCs5CykixkzCskyygmkF
Key #8: YmnxBnxBr4BxjhwjyBrjxxfljE
Key #9: XlmwAmwAq3AwigvixAqiwwekiD
Key #10: Wklv.lv.p2.vhfuhw.phvvdjhC
Key #11: Vjku?ku?o1?ugetgv?oguucigB
Key #12: Uijt!jt!nz!tfdsfu!nfttbhfA
Key #13: This is my secret message.
Key #14: Sghr0hr0lx0rdbqds0ldrrZfd?
Key #15: Rfgq9gq9kw9qcapcr9kcqqYec!
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