第三章编程习题之广义Caesar密码实现-优快云博客

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3.23 编写一个加密解密程序实现广义 Caesar 密码，该密码也称为加法密码。

正确答案：

一、信息

明文文本：用户输入的需要加密的文本。
密钥（位移值）：用户输入的整数，表示每个字母在字母表中移动的位置数。
需要实现的功能：加密和解密。

二、分析

明文文本需要通过每个字母根据密钥的位移值在字母表中移动后得到密文。
对于英文字母，需要区分大小写，大写字母和小写字母需要分别处理。
密钥可以为正数或负数，正数表示向字母表的后方移动，负数表示向前方移动。
位移时超出字母表的部分需要回绕到字母表的另一端。
解密实际上是加密的逆过程，可以通过对26减去密钥的值得到解密的位移值。

三、算法设计

加密算法遍历明文中的每一个字符。
如果字符是字母，则根据密钥进行位移。
如果密钥为正数，则位移后的索引可能超过字母表的长度，需要模26处理。
如果密钥为负数，则位移后的索引可能为负数，需要加上26。
非字母字符保持不变。
解密算法使用加密算法的逆过程。

四、代码实现（用C++）

#include <iostream>
#include <string>

// Function to encrypt the plaintext
std::string caesarEncrypt(std::string text, int shift) {
    std::string result = "";

    // Traverse the text
    for (int i = 0; i < text.length(); i++) {
        // Apply transformation to each character
        // Encrypt uppercase letters
        if (isupper(text[i])) {
            result += char(int(text[i] + shift - 'A') % 26 + 'A');
        }
        // Encrypt lowercase letters
        else if (islower(text[i])) {
            result += char(int(text[i] + shift - 'a') % 26 + 'a');
        }
        // Other characters remain unchanged
        else {
            result += text[i];
        }
    }

    return result;
}

// Function to decrypt the ciphertext
std::string caesarDecrypt(std::string text, int shift) {
    return caesarEncrypt(text, 26 - (shift % 26));
}

int main() {
    std::string text;
    int shift;

    // Get the plaintext and the shift value from the user
    std::cout << "Enter the text: ";
    getline(std::cin, text);
    std::cout << "Enter the shift value: ";
    std::cin >> shift;

    // Encrypt and display the encrypted text
    std::string encrypted = caesarEncrypt(text, shift);
    std::cout << "Encrypted text: " << encrypted << std::endl;

    // Decrypt and display the decrypted text
    std::string decrypted = caesarDecrypt(encrypted, shift);
    std::cout << "Decrypted text: " << decrypted << std::endl;

    return 0;
}

五、实现代码过程中可能遇到的问题

输入非标准ASCII字符可能导致未定义行为，因为isupper和isalpha可能不支持非ASCII字符。
如果位移值非常大，那么(c - base + shift)可能会产生溢出。这可以通过在求模之前将位移值shift对26求模解决。
用户输入非整数作为位移值会导致未定义行为或程序崩溃。应该增加错误处理来避免这个问题。
在一些编译环境中，没有正确配置C++的标准库，可能会导致编译错误。应该确保开发环境配置正确。

六、学到了什么

编程基础：
- 回忆了C++基本语法和结构。
算法思维：
- 理解Caesar密码的加密和解密原理。
- 学会如何将加密和解密过程抽象成算法。
- 认识到算法可以通过对输入参数的不同处理实现不同的功能（在本例中，通过改变位移值的符号来实现加密和解密）。
数学知识：
- 掌握模运算的概念和如何在编程中实现。
- 学习如何处理正数和负数的位移，以及如何处理位移超出字母表范围的情况。
密码学基础：
- 了解古典密码学中的一个基本密码——Caesar密码。
- 了解到加密算法的安全性取决于密钥的保密性，而不是算法本身的保密性（Kerckhoffs's principle）。
- 认识到尽管Caesar密码在历史上有其重要性，但由于其简单性，在现代是不安全的。
软件工程实践：
- 学会如何将一个大问题分解为可管理的子问题。
- 学习如何设计模块化的代码，这样可以独立地修改和复用加密和解密功能。
- 了解错误处理和输入验证的重要性。
调试和问题解决：
- 学会如何预测和处理程序运行中可能遇到的问题，比如输入验证和边界条件处理。
- 理解在软件开发过程中，对程序进行测试以保证其按预期工作的重要性。