《Python密码学编程》笔记

最新推荐文章于 2025-01-23 20:15:30 发布

繁星点点-

最新推荐文章于 2025-01-23 20:15:30 发布

阅读量1.3k

点赞数 3

CC 4.0 BY-SA版权

分类专栏： Web安全文章标签： Python密码学编程

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/u012861467/article/details/79607190

Web安全专栏收录该内容

2 篇文章

订阅专栏

本文介绍了多种加密技术，包括凯撒加密、换位加密、仿射加密等，并探讨了其加密原理、应用及破解方法。此外，还涉及了公钥密码学、RSA加密法等高级加密技术。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

源码地址：https://github.com/StarsAaron/cryptology_python

源码我重新整理和添加注释，方便理解。

这本书很基础，就算不会Python的语法也没关系，每一章都很详细的介绍算法每一步的意思。

第一章：加密纸质工具

做凯撒加密解密用到的工具：

（1）加密轮盘

密钥范围0~25

（2）St.Cyr滑条

第五章：反转加密（Reverse Cipher）

好像把明文水平翻转180度的效果。例如将“Hello World” 加密成 “dlroW olleH”

这是一种非常弱的加密方式。

message = "Three can keep a secret,if two of them are dead."
translated = ''

i = len(message) - 1
while i >= 0:
    translated = translated + message[i]
    i = i - 1
print translated

第六章：凯撒加密法(Caesar cipher)

它根据字母表将消息中的每个字母移动常量位k。

举个例子如果k等于3，则在编码后的消息中，每个字母都会向前移动3位：a会被替换为d；b会被替换成e；依此类推。字母表末尾将回卷到字母表开头。于是，w会被替换为z，x会被替换为a。

message = "this is my secret message"
key = 13

mode = "encrypt"
LETTERS = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'
translated = ''
message = message.upper()

for symbol in message:
    if symbol in LETTERS:
        num = LETTERS.find(symbol)
        if mode == "encrypt":
            num = num + key
        elif mode == "decrypt":
            num = num - key
        
        if num >= len(LETTERS):
            num = num - len(LETTERS)
        elif num < 0:
            num = num + len(LETTERS)
        
        translated = translated + LETTERS[num]
    
    else:
        translated = translated + symbol

print translated

第七章：暴力破解凯撒加密法

对于我们上面那种情况的凯撒加密法，我们可以发现可能的秘钥最多只有26个。于是我们可以尝试暴力破解，即尝试每一个可能的秘钥。

message = "GUVF VF ZL FRPERG ZRFFNTR"
LETTERS = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ'

for key in range(len(LETTERS)):
    translated = ''
    for symbol in message:
        if symbol in LETTERS:
            num = LETTERS.find(symbol)
            num = num - key
            if num < 0:
                num += len(LETTERS)
            translated += LETTERS[num]
        else:
            translated += symbol
    print "Key %s : %s"%(key , translated)

message 存储了密文。其余代码对应了上面的 decrypt 模式。

我们打印出了26中可能的解密。

第八章：换位加密法加密

换位加密法不是替换字符，而是搞乱消息符号的顺序。

例如消息 Common sense is not so common.

假设使用数字 8 作为秘钥。也就是我们将在每一行放最多8个字符。（包含空格和标点）

对于上面这条消息，我们可以画出这样一个方格图

C	o	m	m	o	n		s
e	n	s	e		i	s
n	o	t		s	o		c
o	m	m	o	n	.

最后一行的两个格子涂黑忽略它们。

正常的阅读方式应该是横向去读。如果我们把消息用列向表示出来，它的混乱程度足以让别人看不清原来的消息

密文是：Cenoonommstmme oo snnio. s s c(表中的空格需要表示，黑色方格直接忽略)

def main():
    myMessage = "Common sense is not so common."
    myKey = 8
    
    ciphertext = encryptMessage(myKey , myMessage)
    
    print ciphertext + "|"
    
def encryptMessage(key , message):
    ciphertext = ['']*key
    
    for col in range(key):
        pointer = col
        
        while pointer < len(message):
            ciphertext[col] += message[pointer]
            pointer += key
    return ''.join(ciphertext)
        
if __name__ == "__main__":
    main()

具体到 encryptMessage 函数。我们首先创建了一个 list ,其中包含了 8（key）个空元素。这对应了上面表格中的8 (key) 列。

我们遍历这 8 列。

在第一列，我们依次拼接原 message 中的第 0,8，16,24......个字符。直到超出了 message 的长度。

在第二列，我们依次拼接原 message 中的第 1,9，17,25......个字符。直到超出了 message 的长度。

以此类推。

.join 方法将 list 转换为字符串然后 return。

第九章：换位加密法的解密

当我们收到密文和秘钥之后。我们需要画一个表格。表格行数等于秘钥，列数等于密文长度除以秘钥然后向上取整。

例如密文 “Cenoonommstmme oo snnio. s s c”长度30，秘钥key = 8,我们需要画8行4列的表格

从左上角开始向右填。那么从上往下阅读时我们会看到明文（其实这两个表格的关系就类似于矩阵的倒置）

C	e	n	o
o	n	o	m
m	s	t	m
m	e		o
o		s	n
n	i	o	.
	s
s		c

import math

def main():
    myMessage = "Cenoonommstmme oo snnio. s s c"
    myKey = 8
    
    ciphertext = decryptMessage(myKey , myMessage)
    
    print ciphertext + "|"
    
def decryptMessage(key , message):
    numOfColumns = int(math.ceil(len(message) / float(key)))
    numOfRows = key
    numOfShadeBoxes = (numOfColumns * numOfRows) - len(message)
    plaintext = [''] * numOfColumns
    
    col = 0
    row = 0
    for symbol in message:
        plaintext[col] += symbol
        col += 1
        
        if col == numOfColumns or col == numOfColumns - 1 and row >= numOfRows - numOfShadeBoxes:
            col = 0
            row += 1
    return ''.join(plaintext)
    
if __name__ == "__main__":
    main()

这个程序完全按照和前面填表格的方式进行。

先从第0行开始，依次填第零列，第一列，第二列，第三列

然后跳到下一行，依次进行

其中。numOfShadedboxes 表示的是黑方格数，也就是默认不填字符的位置。程序会跳过这些地方填字符。

好的。现在让我们来写一个测试程序证明前面的加密和解密程序在对应不同的 message 和 key 时确实能正常工作。

import random,sys,transpositionEncrypt,transpositionDecrypt

def main():
    random.seed(42)
    for i in xrange(20):
        message = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ" * random.randint(4,40)
        message = list(message)
        random.shuffle(message)
        message = ''.join(message)
        print "Test #%s : %s..."%(i+1,message[:50])
        
        for key in xrange(1,len(message)):
            if message != transpositionDecrypt.decryptMessage(key , transpositionEncrypt.encryptMessage(key, message)):
                print "Mismatch with key %s and message %s"%(key , message)
                sys.exit()
    print "Transposition cipher test passed."
    
if __name__ == "__main__":
    main()