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信息安全-1:python之playfair密码算法详解

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信息安全-1:python之playfair密码算法详解

6小时前来源:cnblogs

一、基本概念 古典密码是基于字符替换的密码。加密技术有:Caesar(恺撒)密码、Vigenere(维吉尼尔)密码、Playfair密码、Hill密码…… 明文:未经过加密的信息;密文:加密后的信息 加密解密的过程:如下图
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二、Caesar密码

这里我先简单讲下恺撒密码,咸觉挺简单的,后面再主要讲Playfair算法原理与编程。

基本原理:

在开拓罗马帝国的时候,恺撒担心信使会阅读他送给士兵的命令,因此发明了对命令进行加密的算法--恺撒密码器

恺撒密码器挺简单的:把字母表中的每个字母向前循环移动3位


信息安全-1:python之playfair密码算法详解
加密信息将字母向前移动三位 解密信息将字母向后移动三位 移动的位数是关键,称之为密钥 加密和解密的密钥是相同的,我们称之为对称密码器

数学表达

恺撒密码的加密算法表示为:C=E(p)=(p+3) mod 26

恺撒密码的解密算法表示为:p=D(C)=(C-3) mod 26

改进的恺撒密码

明文的发送方和接收方事先协商好一个密钥K(1<=K<=25),则:

恺撒密码的加密算法表示为:C=E(p)=(p+K) mod 26

恺撒密码的解密算法表示为:p=D(C)=(C-K) mod 26

三、Playfair密码

基本原理

Playfair算法基于一个5*5的字母矩阵,该矩阵使用一个关键词构造,方法是按从左到右、从上到下顺序,填入关键词的字母(去除重复字母)后,将字母表其作余字母填入。

例如: 关键词取:monarchy时,字母矩阵为下图如示(矩阵只能放25个字母,I与J同)


信息安全-1:python之playfair密码算法详解

加密规则(重要)

Playfair加密算法是先将明文按两个字母一组进行分组,然后在矩阵中找对应的密文。

取密文的规则如下:

若明文出现相同字母在一组,则在重复的明文字母中插入一个填充字母(eg:z)进行分隔后重新分组(eg: balloon被重新分组为ba lz lo on) 若分组到最后一组时只有一个字母,则补充字母z 若明文字母在矩阵中同行,则循环取其右边下一个字母为密文(矩阵最右边的下一个是最左边的第一个)(eg: ar被加密为RM) 若明文字母在矩阵中同列,则循环取其下边下一个字母为密文(矩阵最下边的下一个是最上边的第一个)(eg: mu被加密为CM) 若明文字母在矩阵中不同行不同列,则取其同行且与同组另一字母同列的字母为密文(eg: hs被加密为BP,ea被加密为IM或JM)

PS:上述规则第一次看时挺烦的,但照着例子看就一定可以看懂的!

举例(这个例子后面测试会用到的):

明文为we are discovered save yourself,分组成为we ar ed is co ve re ds av ey ou rs el fz;

用上述矩阵加密后的密文为:UG RM KC SX HM UF MK BT OX GC MV AT LU KV

四、Playfair算法编程

这里我不想直接贴代码。想仔细说下编程的思路以及中间遇到的一些问题。因为刚开始百度参考别人的博客都是直接贴代码,没说思路,看代码又不大懂。搞得我都是自己编的代码。

流程图(重要)

我画的流程图网址https://www.processon.com/diagraming/5839ae8de4b086d1e7cba620


信息安全-1:python之playfair密码算法详解

妈呀!流程图已经把我想说的大都说了~~尴尬~

如果加密做了,解密真的很简单的。接下来说下我遇到的几个问题,卡住挺久的~

问题及分析

问题1. 一组字母是重复明文字母,则插入字母Z(我设的,你也可以设别的),如何实现??

我刚开始的做法是循环明文列表,依次找出第奇数(为什么不先找偶数?先找偶数之后就得去找下一个元素(奇数),怕下标越界)个元素,然后比较奇数前面一个元素(偶数)是否相同,相同则插入字母Z。然而问题来了?每次我插入一个Z,列表及下标就会变化,这样就得重新循环插入才行!

然后我们用个while循环调用上面代码就可以了。接下来的问题是:如何退出while循环,即如何判断列表没有一组字母是重复的明文字母。这里我想了想,决定用一个count来计数,每一组明文字母不相同时,则count+1,当 count == int(len(list_clear_text) / 2)时便可退出循环!

啪啪啪!问题解决!接下来说个解密时遇到的问题。

问题2:解密时先判断列表最后一个是否Z,是的话删除,接着问题来了,如何删除加密时在一组重复的明文中填充的字母Z???

我刚开始的做法是先判断(decryption_list[i]为第偶数个,若与decryption_list[i+2]相同,并且中间decryption_list[i+1] == "Z"等于Z,则删除中间的Z)

为了方便看上面的判断,我贴下测试:

问题来了,和问题1一样,每删除一个Z,列表与下标也随之变化了啊!怎么办??像问题1那样循环删除?这样搞,我有几条命都不够用来打代码。有没有简单的?啪啪啪。灵光一现,我可以从后往前删除,这样就不怕列表下标变化了,用一个空列表来装我要删除元素的下标。

问题3:我设定的是插入Z,当时我想的是如果一组重复的明文刚好是zz,那还能插入Z(我设定的)?以及如果明文列表最后一个刚好是z,那我还能在最后补充Z??

于是,测试如下:

通过测试,也没问题,因为解密时会把多余的Z删除。(看来我想多了~)

五、总结 有半个月没用python了,列表操作有些竟然忘了。尴尬~ list.pop删除指定下标的元素,默认删除最后一个元素 列表的list.reverse返回值是None 方法return 1,2 其实是返回一个元组(1, 2) print(int(7/2)) 输出3

源代码

测试用例


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