C语言实现栅栏密码加密：原理、步骤及代码演示

 

引言

在密码学的历史长河中，古典加密算法虽不如现代加密算法复杂，但其中蕴含的加密思想依然值得深入研究。栅栏密码作为一种简单而有趣的古典加密方式，通过对明文进行特殊的分组与重组来实现加密，具有一定的趣味性和学习价值。C语言凭借其对字符和数组操作的灵活性，能够方便地实现栅栏密码加密。本文将详细介绍栅栏密码的原理、加密解密步骤，并通过C语言代码进行完整演示。

一、栅栏密码原理

栅栏密码的加密核心在于将明文按照一定的“栏数”进行分组，然后按特定顺序重新组合这些分组，从而得到密文。例如，当栏数为2时，将明文的字符依次交替排列到两栏中，再按顺序从每栏中取出字符，形成密文。解密过程则是加密的逆操作，根据已知的栏数将密文重新分组，再按顺序还原出明文。

以明文“WE ARE DISCOVERED FLEE AT ONCE”为例，若栏数为2，加密过程如下：
第一栏：W  R  D S O E E F E T O C
第二栏：E A E I C V R D L A O N E
按顺序组合两栏得到密文：WRDSOEEFETOC EAEICVRDLAONE

二、栅栏密码加密步骤

1. 确定栏数：根据加密需求确定将明文分为几栏，栏数是栅栏密码加密的关键参数。

2. 分组：将明文按顺序依次填入每一栏，直到明文的所有字符都被分配到相应栏中。

3. 重组：按照从上到下、从左到右的顺序，依次取出每栏中的字符，组合成密文。

三、C语言实现栅栏密码加密
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

// 栅栏密码加密函数
void railFenceEncrypt(char *plaintext, int rails, char *ciphertext) {
    int len = strlen(plaintext);
    char **matrix = (char **)malloc(rails * sizeof(char *));
    for (int i = 0; i < rails; i++) {
        matrix[i] = (char *)malloc((len + 1) * sizeof(char));
        memset(matrix[i], '\0', len + 1);
    }

    int direction = -1;
    int row = 0;

    for (int i = 0; i < len; i++) {
        if (row == 0 || row == rails - 1) {
            direction *= -1;
        }
        matrix[row][i] = plaintext[i];
        row += direction;
    }

    int index = 0;
    for (int i = 0; i < rails; i++) {
        for (int j = 0; j < len; j++) {
            if (matrix[i][j]!= '\0') {
                ciphertext[index++] = matrix[i][j];
            }
        }
    }
    ciphertext[index] = '\0';

    for (int i = 0; i < rails; i++) {
        free(matrix[i]);
    }
    free(matrix);
}

int main() {
    char plaintext[100] = "WE ARE DISCOVERED FLEE AT ONCE";
    int rails = 2;
    char ciphertext[100];

    railFenceEncrypt(plaintext, rails, ciphertext);
    printf("明文: %s\n", plaintext);
    printf("密文: %s\n", ciphertext);

    return 0;
}
代码解析

1. 动态内存分配：在railFenceEncrypt函数中，首先通过malloc函数动态分配一个二维字符数组matrix，用于存储分组后的明文。每一行对应栅栏密码中的一栏，其长度与明文长度相同，并使用memset函数将数组初始化为空字符。

2. 分组过程：通过循环遍历明文，根据当前所在的栏数和方向（direction）决定将字符填入哪一栏。当到达最上栏或最下栏时，改变方向，实现字符的交替排列。

3. 重组密文：再次通过两层循环遍历matrix数组，将非空字符依次复制到ciphertext数组中，形成最终的密文。

4. 内存释放：加密完成后，使用free函数释放动态分配的内存，避免内存泄漏。

四、栅栏密码解密实现
// 栅栏密码解密函数
void railFenceDecrypt(char *ciphertext, int rails, char *plaintext) {
    int len = strlen(ciphertext);
    char **matrix = (char **)malloc(rails * sizeof(char *));
    for (int i = 0; i < rails; i++) {
        matrix[i] = (char *)malloc((len + 1) * sizeof(char));
        memset(matrix[i], '\0', len + 1);
    }

    int index = 0;
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        int row = i % rails;
        matrix[row][i] = '*';
    }

    int direction = -1;
    int row = 0;
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        if (row == 0 || row == rails - 1) {
            direction *= -1;
        }
        if (matrix[row][i] == '*') {
            matrix[row][i] = ciphertext[index++];
            row += direction;
        }
    }

    index = 0;
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        for (int j = 0; j < rails; j++) {
            if (matrix[j][i]!= '\0' && matrix[j][i]!= '*') {
                plaintext[index++] = matrix[j][i];
            }
        }
    }
    plaintext[index] = '\0';

    for (int i = 0; i < rails; i++) {
        free(matrix[i]);
    }
    free(matrix);
}
在main函数中调用解密函数：
int main() {
    char ciphertext[100] = "WRDSOEEFETOC EAEICVRDLAONE";
    int rails = 2;
    char plaintext[100];

    railFenceDecrypt(ciphertext, rails, plaintext);
    printf("密文: %s\n", ciphertext);
    printf("明文: %s\n", plaintext);

    return 0;
}
解密代码解析

1. 构建解密矩阵：首先根据密文长度和栏数构建一个二维字符数组matrix，并在对应位置标记*，模拟加密时的分组结构。

2. 填充密文：按照加密时的分组规律，将密文依次填入matrix数组中。

3. 还原明文：通过遍历matrix数组，按顺序取出字符，还原出原始明文。

4. 内存释放：解密完成后，释放动态分配的内存。

五、总结

本文详细介绍了栅栏密码的原理、加密解密步骤，并通过C语言代码实现了完整的栅栏密码加密和解密过程。虽然栅栏密码的安全性相对较低，容易被破解，但它作为古典加密算法的代表，有助于我们理解密码学的基本概念和加密思想。在实际应用中，栅栏密码可以作为一种简单的数据混淆手段，或与其他加密方式结合使用，同时其实现过程也能帮助开发者提升C语言编程能力，尤其是在字符处理和数组操作方面。