Python 实现凯撒加解密

实现凯撒加密

• 凯撒加密（Ceaser Cipher）
• 第一种实现（加减法运算）
• • • 1. 加密
    • • • 库
        • 自定义加密规则
        • 获取明文
        • 程序主体
    • 代码总汇
    • 2. 解密
• 第二种实现（取模运算及零下索引）
• • • 1. 加密
    • 2. 解密

凯撒加密（Ceaser Cipher）

在密码学中，恺撒密码或称恺撒加密、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。

上述内容引用自百度百科

1. 对于凯撒密码来说，多次加密的效果与一次加密的效果类似，并没有提高加密的效果。
2. 在一个凯撒密码的密码体系中，往往存在一个特别的偏移量，使用这个偏移量对明文加密两次将得到明文。

第一种实现（加减法运算）

1. 加密

库

在两种实现方式中，都需要使用到 Python 第三方库 pyperclip。
在命令行中通过 PIP 工具使用如下命令进行安装：

pip install pyperclip

pyperclip 第三方库允许你获取剪贴板中的内容以及向剪贴板中添加内容，这两个功能分别可以通过 pyperclip 库中的函数 paste() 以及 copy() 函数实现。
由于在解密过程中，密文往往是通过文本文件或是通过复制粘贴的方式来输入程序中的，所以在本程序中，我们将导入 pyperclip 第三方库。

import pyperclip

自定义加密规则

# 定义凯撒加密的偏移量
OFFSET = 13 
# 定义加解密过程中的所使用的字符集，密文中的字符
# 必须包含其中，否则无法正常加密
CHAR_SET = ''.join([chr(i) for i in range(32, 127)])

注：
传递给 join() 方法中的序列参数中不能包含数值型元素，例如包含数字的列表。否则 Python 解释器将抛出如下错误：

TypeError: sequence item 0: expected str instance, int found

上述图片引用自 菜鸟教程

我们构建了列表 CHAR_SET ，通过对列表元素的索引进行加法运算来实现字符在 ASCII 码表的子集 CHAR_SET 中的偏移。
打印 CHAR_SET 变量中的内容，我们将得到如下结果：

获取明文

plain_text = cipher_text = pyperclip.paste()

程序主体

length = len(CHAR_SET)
right = length - 1
cipher_text = ''

for char in plain_text:
    idx = CHAR_SET.find(char)
    if idx != -1:
        tmp = idx + OFFSET
        # 如果索引偏移后的值比列表 CHAR_SET 的
        # 最后一位元素的索引还要大，
        # 那么 Python 解释器将执行循环体中的内容
        while tmp > right:  
            tmp -= length
        cipher_text += CHAR_SET[tmp]
    else:
        print('【程序获取到的明文不符合加密规则，\
              明文如下，请仔细检查后重新运行程序】')
        print(plain_text) 
        break 

        
pyperclip.copy(cipher)
print('【程序已将加密结果复制到了您的剪贴板，请注意查收】')
print(cipher_text)

注：

1. str.find(substring, beg=0, end=len(string))
   find() 方法可以返回子字符串 substring 的第一个元素在 字符串 str 中第一次出现的索引位置，若 substring 不存在于 str 中，该方法将返回 -1。
2. str.index(substring, beg=0, end=len(string))
   该方法的作用效果及使用方法与 str.find() 方法类似，唯一不同的是，在 substring 不存在与 str 中时，该方法将抛出如下错误：

ValueError: substring not found

为保证程序的稳定执行，在使用该方法前，理应先判断 substring 是否存在于 str 中，若存在则使用该方法。
也可以通过 try…except 语句捕获错误，避免程序崩溃。

代码总汇

import pyperclip


# 获取明文
plain_text = pyperclip.paste()


# 定义凯撒加密的偏移量
OFFSET = 13 
# 定义加解密过程中的所使用的字符集，密文中的字符
# 必须包含其中，否则无法正常加密
CHAR_SET = ''.join([chr(i) for i in range(32, 127)])


# 自定义解密规则
length = len(CHAR_SET)
right = length - 1
cipher_text = ''

for char in plain_text:
    idx = CHAR_SET.find(char)
    if idx != -1:
        tmp = idx + OFFSET
        # 如果索引偏移后的值比列表 CHAR_SET 的
        # 最后一位元素的索引还要大，
        # 那么 Python 解释器将执行循环体中的内容
        while tmp > right:  
            tmp -= length
        cipher_text += CHAR_SET[tmp]
    else:
        print('【程序获取到的明文不符合加密规则，\
              明文如下，请仔细检查后重新运行程序】')
        print(plain_text) 
        break 

        
pyperclip.copy(cipher_text)
print('【程序已将加密结果复制到了您的剪贴板，请注意查收】')
print(cipher_text)

2. 解密

凯撒密码相对较为简单，解密运算即加密运算的逆运算，与前文讲解的加密算法无太大区别，故将直接给出源代码：

import pyperclip


# 获取密文
cipher_text = pyperclip.paste()


# 定义凯撒加密的偏移量
OFFSET = 13 
# 定义加解密过程中的所使用的字符集，密文中的字符
# 必须包含其中，否则无法正常解密
CHAR_SET = ''.join([chr(i) for i in range(32, 127)])


# 自定义解密规则
length = len(CHAR_SET)
left = 0
plain_text = ''

for char in cipher_text:
    idx = CHAR_SET.find(char)
    if idx != -1:
        tmp = idx - OFFSET
        # 如果索引偏移后的值比列表 CHAR_SET 的
        # 最后一位元素的索引还要大，
        # 那么 Python 解释器将执行循环体中的内容
        while tmp < left:  
            tmp += length
        plain_text += CHAR_SET[tmp]
    else:
        print('【程序获取到的密文不符合解密规则，\
              密文下，请仔细检查后重新运行程序】')
        print(cipher_text) 
        break 

        
pyperclip.copy(plain_text)
print('【程序已将解密结果复制到了您的剪贴板，请注意查收】')
print(plain_text)

第二种实现（取模运算及零下索引）

第二种实现仅仅改变了部分细节，但功能相同。

1. 加密

在加密实现中我们可以对如下代码进行改造：

while tmp > right:  
    tmp -= length

类似的操作我们往往可以使用求模运算来替代：

tmp %= length

虽然两者的底层实现都是类似的，但使用求模运算将提升程序的可读性，所以还是推荐各位尽量使用第二种。

2. 解密

解密的 “零下索引” 实现，其实就是将绝对值不超过一定范围（CHAR_SET 的列表长度）的负数直接作为索引求得偏移后的字符，但这可能需要对超出范围的绝对值做减法运算，所以这种实现并不比第一种要好，无论是可读性还是性能上来讲。