使用Python语言实现凯撒密码的加密和解密

我就是我 2024-04-07 12:21 138阅读 0赞

## 使用Python语言实现凯撒密码的加密和解密 ##

#### 介绍 ####

在密码学中，恺撒密码（英语：Caesar cipher），或称恺撒加密、恺撒变换、变换加密，是一种最简单且最广为人知的加密技术。它是一种替换加密的技术，明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目进行偏移后被替换成密文。例如，当偏移量是3的时候，所有的字母A将被替换成D，B变成E，以此类推。这个加密方法是以罗马共和时期恺撒的名字命名的，当年恺撒曾用此方法与其将军们进行联系。

扫盲：大写字母A至Z对应的十进制ASCII编码为65至90，小写字母a至z对应的十进制ASCII编码为97至122。

#### 方法一 ####

chr()函数用一个范围在range(256)内的（就是0~255）整数作参数，返回一个对应的字符。返回值是当前整数对应的ASCII字符。该函数的返回值为字符串形式，例如输入chr(90)，输出为 ‘Z’ 。  
ord()函数与chr()函数对应，输入ASCII字符表中字符的字符串形式，返回为其在字符表中的排序位次。例如输入ord(‘a’)，输出为97。

##### 加密 #####

str=input("请输入明文：")
    n=int(input("请输入密钥："))
    str_encrypt=""
    for letter in str:
        if letter==" ":  #遇到空格选择不加密
            letter_encrypt=" "
        else:
            letter_encrypt=chr((ord(letter)-ord("a") +n) %26 +ord("a"))
        str_encrypt += letter_encrypt
    print("密文为：",str_encrypt)

![在这里插入图片描述][540eb6d671b8416f85f5bf2788c10446.png]

##### 解密 #####

str=input("请输入密文：")
    n=int(input("请输入密钥："))
    str_decrypt=""
    for word in str:
        if word==" ":  #遇到空格选择不解密
            word_decrypt=" "
        else:
            word_decrypt=chr((ord(word)-ord("A") -n) %26 +ord("A"))
        str_decrypt = str_decrypt+word_decrypt
    print("明文为：",str_decrypt)

![在这里插入图片描述][0a8af6819e6040e884dda7f02018d33a.png]

##### 高阶 #####

我们嵌入一个多分支结构，使得程序能够同时判定大小写字母，这里只列出加密代码，解密只需将“+n”替换为“-n”即可。

str=input("请输入明文：")
    n=int(input("请输入密钥："))
    str_encrypt=""
    for letter in str:
        if "a"<=letter<="z":
            str_encrypt +=chr((ord(letter)-ord("a") +n) %26 +ord("a"))
        elif "A"<=letter<="Z":
            str_encrypt +=chr((ord(letter)-ord("A") +n) %26 +ord("A"))
        else:
            str_encrypt += letter
    print("密文为：",str_encrypt)

![在这里插入图片描述][da6b067b011846f2bf66014f40b4e722.png]

#### 方法二 ####

利用多分支结构在同一程序里执行大小写字母判定、加密、解密等命令。

str = input("请输入一段英文：")
    key = int(input("请输入密钥："))
    enc = int(input("0 - 解密\n1 - 加密\n请选择 0 或者 1: "))
    str_enc = ""
    str_dec = ""
    
    if enc == 1:  #加密
        for i in str:  #用i进行遍历
            if i.isupper():  #isupper函数判断i是否为大写字母
                i_unicode = ord(i)  #找到“i”对应的Unicode码
                i_index = ord(i) - ord("A")  #计算字母“i”到A（起始）的间距
                new_index = (i_index + key) % 26
                new_unicode = new_index + ord("A")
                new_character = chr(new_unicode)  #将Unicode码转换为字符
                str_enc += new_character
            elif i.islower():  #如果“i”为小写字母
                i_unicode = ord(i)
                i_index = ord(i) - ord("a")
                new_index = (i_index + key) % 26
                new_unicode = new_index + ord("a")
                new_character = chr(new_unicode)
                str_enc = str_enc + new_character
            else:  #数字或符号
                str_enc += i  #直接返回“i”
        print("密文为：",str_enc)
    
    else:  #解密
        for k in str:
            if k.isupper():
                k_unicode = ord(k)
                k_index = ord(k) - ord("A")
                new_index = (k_index - key) % 26
                new_unicode = new_index + ord("A")
                new_character = chr(new_unicode)
                str_dec = str_dec + new_character
            elif k.islower():
                k_unicode = ord(k)
                k_index = ord(k) - ord("a")
                new_index = (k_index - key) % 26
                new_unicode = new_index + ord("a")
                new_character = chr(new_unicode)
                str_dec += new_character 
            else:
                str_dec += k
        print("明文为：",str_dec)

![在这里插入图片描述][c8811056f7e3466393bd7cf48bc6fa27.png]  
![在这里插入图片描述][6c6bafbf887a43a5a53cc8cff40410ae.png]  
![在这里插入图片描述][84172ffdf5db4e99a2429b88f8bb799b.png]

#### 方法三 ####

利用函数实现凯撒密码的加密与解密。

def encrypt(str, key):
        ciphertext=""
        for word in str: 
            if word.isupper():
                ciphertext += chr((ord(word) - 65 + key) % 26 + 65)
            elif word.islower():
                ciphertext += chr((ord(word) - 97 + key) % 26 + 97)
            else:
                ciphertext = ciphertext + word
        return ciphertext
    
    def decrypt(str, key):
        plaintext=""
        for word in str: 
            if word.isupper():
                plaintext += chr((ord(word) - 65 - key) % 26 + 65)
            elif word.islower():
                plaintext += chr((ord(word) - 97 - key) % 26 + 97)
            else:
                plaintext = plaintext + word
        return plaintext
    
    option = int(input("请选择0（解密）或1（加密）: "))
    if option == 1:
        text1=input("请输入明文：")
        s1=int(input("请输入密钥："))
        print("密文为：", encrypt(text1, s1))
    else:
        text2=input("请输入密文：")
        s2=int(input("请输入密钥："))
        print("明文为：", decrypt(text2, s2))

![在这里插入图片描述][31729930cd8c47a8afb256be40a59851.png]  
![在这里插入图片描述][4a8266d29cdc4270becd1942112d34ee.png]

#### 方法四 ####

通过函数使用其他算法进行加密，并且将空格与符号也进行加密。

def option():
        while True:
            print("请输入enc（加密）或dec（解密），退出请输入q")
            mode=input("选择：").lower()
            if mode in "enc dec q".split():
                return mode
            else:
                print("请输入正确选项！")
    
    def getKey(mode):
        key=0
        while key<=0 or key>=26:
            try:
                key=int(input("请输入密钥（1-26）："))
            except:
                print("请输入正确密钥！")
        if mode=="dec":
            key=-key  #对密钥进行变换
        return key
    
    def getMessage(key):
        text=input("请输入一段英文：")  
        message=""
        for i in text:
            num=ord(i)
            num=num+key
            if i.isupper():
                if num>ord("Z"):
                    num=num-26
                elif num<ord("A"):
                    num=num+26
            elif i.islower():
                if num>ord("z"):
                    num=num-26
                elif num<ord("a"):
                    num=num+26
            message += chr(num)
        return message
    
    mode = option()
    if mode == "q":
        print("欢迎下次使用！")
    elif mode == "enc":
        key=getKey(mode)
        str1=getMessage(key)
        print("密文为：",str1)
    elif mode == "dec":
        key=getKey(mode)
        str2=getMessage(key)
        print("明文为：",str2)

![在这里插入图片描述][22051fbb4f3f4101ad67273b31263c47.png]  
![在这里插入图片描述][d6e3c453690a475bbd8205adc19c96e5.png]  
![在这里插入图片描述][6d25347e34cb4cfd83f5224bc56c7234.png]

#### 暴力破解凯撒密码方式一 ####

LETTERS="ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
    LETTERS1="ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
    LETTERS2="abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
    
    text=input("请输入密文：")
    for key in range(len(LETTERS)):
        str=""
        for i in text:
            if i in LETTERS:
                if i.isupper():  #密文字母为大写
                    num = LETTERS1.find(i)  #在字母里搜索到密文字符的位置
                    num = num - key
                    if num<0:
                        num = num + len(LETTERS1)
                    str = str + LETTERS1[num]  #将解密后字符追加到字符串末尾
                elif i.islower():  #密文字母为小写
                    num = LETTERS2.find(i)  #在字母里搜索到密文字符的位置
                    num = num - key
                    if num<0:
                        num = num + len(LETTERS2)
                    str = str + LETTERS2[num]  #将解密后字符追加到字符串末尾
            else:
                str = str + i  #如果密文中内容不在字母里则不解密，直接追加
        print('第%d把钥匙的结果是%s' %(key, str))  #显示每一个可能的值

![在这里插入图片描述][f499a6cccd394491b3674fd54f1796f0.png]

#### 暴力破解凯撒密码方式二 ####

def unlock(text):
        for i in text:
            if 65+key<=ord(text)<92 or 97+key<=ord(text)<123:
                text=chr(ord(text)-key)
            elif 65<=ord(text)<65+key or 97<=ord(text)<97+key:
                text=chr(ord(text)-key+26)
            else:
                text=text
        return text
    
    text=input("请输入密文：")
    plaintext=""
    for key in range(1,27):
        for k in list(map(unlock,text)):
            plaintext=plaintext+k
        print("第%d把钥匙的结果是%s"%(key,plaintext))
        plaintext=""

![在这里插入图片描述][07c22e1dceff4cc0b9dd50cfc98d47e2.png]  
以上。

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[6c6bafbf887a43a5a53cc8cff40410ae.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/ee914a4798434ef583916e20e73d34f7.png
[84172ffdf5db4e99a2429b88f8bb799b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/f8badc6c6dab45f0b519604f59a7a6c6.png
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[6d25347e34cb4cfd83f5224bc56c7234.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/8c62730a561d43adb0528ea3699a46ca.png
[f499a6cccd394491b3674fd54f1796f0.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/fb79f7f7345f475e9b5aadcb195244a2.png
[07c22e1dceff4cc0b9dd50cfc98d47e2.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/07/6850de11a1d84fe5a66130760a307ace.png