C语言实现简单文件加密与解密：守护数据安全的底层实践

 

引言

在数字化信息时代，数据安全至关重要。文件作为数据的重要载体，其保密性和完整性关乎个人隐私与企业核心利益。C语言作为一门高效且能直接操作底层资源的编程语言，为文件加密与解密提供了可靠的实现途径。通过C语言编程，我们可以深入理解加密解密的基本原理，开发出满足特定需求的加密程序。本文将详细介绍一种基于简单替换算法的文件加密与解密方案，并通过C语言代码实现，帮助读者掌握文件加密解密的基础编程方法。

一、文件加密解密基础概念

1.1 加密解密原理

加密是将原始的明文数据通过特定的算法和密钥转换为密文的过程，使得未授权者无法直接理解数据内容；解密则是加密的逆过程，使用相同或相关的密钥将密文还原为明文。加密算法是加密解密的核心，常见的加密算法包括对称加密算法（如AES、DES）和非对称加密算法（如RSA） 。对称加密算法使用同一密钥进行加密和解密，运算速度快，但密钥管理较为复杂；非对称加密算法使用公钥加密、私钥解密，安全性高，但运算效率相对较低。

1.2 简单替换加密算法

本文采用的简单替换加密算法，是一种基础的对称加密方式。其原理是将明文中的每个字符按照预先设定的替换规则映射为另一个字符，生成密文。例如，将字母A替换为X，B替换为Y，以此类推。解密时，再根据反向的替换规则将密文还原为明文。这种算法虽然安全性较低，容易被破解，但实现简单，适合作为入门级的加密解密学习示例。

二、C语言实现文件加密
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define KEY_SIZE 26  // 假设使用26个英文字母的替换密钥
#define MAX_BUFFER_SIZE 1024

// 定义替换密钥
char encryption_key[KEY_SIZE] = "QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM";

// 加密单个字符
char encrypt_char(char c) {
    if (c >= 'a' && c <= 'z') {
        return encryption_key[c - 'a'];
    } else if (c >= 'A' && c <= 'Z') {
        return encryption_key[c - 'A'] - 'a' + 'A';
    }
    return c;
}

// 加密文件
void encrypt_file(const char *input_file, const char *output_file) {
    FILE *in = fopen(input_file, "r");
    if (in == NULL) {
        perror("无法打开输入文件");
        return;
    }

    FILE *out = fopen(output_file, "w");
    if (out == NULL) {
        perror("无法创建输出文件");
        fclose(in);
        return;
    }

    char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];
    while (fgets(buffer, MAX_BUFFER_SIZE, in)!= NULL) {
        for (int i = 0; i < strlen(buffer); i++) {
            buffer[i] = encrypt_char(buffer[i]);
        }
        fputs(buffer, out);
    }

    fclose(in);
    fclose(out);
    printf("文件加密成功\n");
}
代码解析

1. 定义替换密钥：数组encryption_key存储了英文字母的替换规则，将每个字母映射到另一个字母。

2. 加密单个字符函数：encrypt_char函数接收一个字符作为参数，判断字符是否为英文字母。如果是小写字母，通过计算将其替换为密钥中对应的字符；如果是大写字母，同样进行替换并保持字母大小写状态；如果不是英文字母，则直接返回原字符。

3. 加密文件函数：encrypt_file函数负责打开输入文件和创建输出文件。通过循环读取输入文件中的每一行数据到缓冲区buffer，对缓冲区中的每个字符调用encrypt_char函数进行加密，然后将加密后的内容写入输出文件。最后关闭输入输出文件，并提示文件加密成功。

三、C语言实现文件解密
// 定义解密密钥，与加密密钥反向
char decryption_key[KEY_SIZE];

// 生成解密密钥
void generate_decryption_key() {
    for (int i = 0; i < KEY_SIZE; i++) {
        if (encryption_key[i] >= 'a' && encryption_key[i] <= 'z') {
            decryption_key[encryption_key[i] - 'a'] = 'a' + i;
        } else if (encryption_key[i] >= 'A' && encryption_key[i] <= 'Z') {
            decryption_key[encryption_key[i] - 'A'] = 'A' + i;
        }
    }
}

// 解密单个字符
char decrypt_char(char c) {
    if (c >= 'a' && c <= 'z') {
        return decryption_key[c - 'a'];
    } else if (c >= 'A' && c <= 'Z') {
        return decryption_key[c - 'A'] - 'a' + 'A';
    }
    return c;
}

// 解密文件
void decrypt_file(const char *input_file, const char *output_file) {
    generate_decryption_key();

    FILE *in = fopen(input_file, "r");
    if (in == NULL) {
        perror("无法打开输入文件");
        return;
    }

    FILE *out = fopen(output_file, "w");
    if (out == NULL) {
        perror("无法创建输出文件");
        fclose(in);
        return;
    }

    char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];
    while (fgets(buffer, MAX_BUFFER_SIZE, in)!= NULL) {
        for (int i = 0; i < strlen(buffer); i++) {
            buffer[i] = decrypt_char(buffer[i]);
        }
        fputs(buffer, out);
    }

    fclose(in);
    fclose(out);
    printf("文件解密成功\n");
}
代码解析

1. 生成解密密钥函数：generate_decryption_key函数根据加密密钥生成对应的解密密钥，即建立加密映射的反向关系，使得加密后的字符能够正确还原。

2. 解密单个字符函数：decrypt_char函数与encrypt_char函数功能相反，接收加密后的字符，根据解密密钥将其还原为原始字符。

3. 解密文件函数：decrypt_file函数首先调用generate_decryption_key生成解密密钥，然后打开加密文件和创建输出文件。通过循环读取加密文件的内容到缓冲区，对缓冲区中的每个字符进行解密，最后将解密后的内容写入输出文件，并关闭文件，提示文件解密成功。

四、主函数调用
int main() {
    const char *input_file = "test.txt";
    const char *encrypted_file = "encrypted.txt";
    const char *decrypted_file = "decrypted.txt";

    encrypt_file(input_file, encrypted_file);
    decrypt_file(encrypted_file, decrypted_file);

    return 0;
}
在主函数中，定义了输入文件、加密后文件和解密后文件的名称，依次调用encrypt_file函数对输入文件进行加密，调用decrypt_file函数对加密文件进行解密。

五、总结

本文通过C语言实现了一种基于简单替换算法的文件加密与解密程序，展示了C语言在数据安全处理方面的能力。虽然这种简单替换算法在实际应用中安全性有限，但通过这个示例，读者可以了解文件加密解密的基本流程和C语言操作文件、字符处理的方法。在实际应用中，可以采用更复杂、安全的加密算法（如AES、RSA），结合密钥管理、数字签名等技术，进一步提升文件加密解密系统的安全性 。同时，C语言的高效性和对底层的直接操作能力，为开发高性能、高安全性的数据安全程序提供了有力支持。