Python字符映射實(shí)現(xiàn)凱撒加密

牟曉東

Python提供了比較豐富的字符串常用方法，其中的maketrance（）和translate（）是一對專門用來生成字符映射表和根據(jù)映射表進(jìn)行字符轉(zhuǎn)換的方法，可以同時(shí)處理多個(gè)不同的字符，經(jīng)常應(yīng)用于字符串的加密和解密。

1.字符映射加密的簡單應(yīng)用舉例

maketrance（）方法一般用于創(chuàng)建字符映射的轉(zhuǎn)換表，兩個(gè)參數(shù)為長度一致的字符串，作用是將前面字符串中的字符轉(zhuǎn)換成后面字符串中的對應(yīng)字符;而translate（）方法則是配合maketrance（）方法實(shí)現(xiàn)字符串內(nèi)容的替換。在此編寫一個(gè)簡單的英文加密小程序。

首先建立變量table并賦值為“‘.maketrans（‘a(chǎn)bcdefg，‘nmlkjih）”，作用是利用建立maketrance（）方法來建立字符映射表，把第一個(gè)參數(shù)“abcdefg”中的各個(gè)字符依次替換為“nmlkjih”中的各個(gè)字符，即a映射為n、b映射為m、c映射為l……接著建立變量s，其值為使用input獲取用戶從鍵盤輸入的一句英文;然后建立變量miwen，其值為“s.translate（table）”，根據(jù)之前使用maketrance（）方法創(chuàng)建的table映射表完成對應(yīng)字符的一一映射;最后，使用print語句輸出變量miwen，即“加密后的密文”。

運(yùn)行程序，按照提示輸入經(jīng)典測試句：“The quick brown fox jumps over a lazy dog.”（這句話包含全部字母），得到加密后的密文結(jié)果：“Thj quilk mrown iox jumps ovjr n lnzy koh.”（如圖1）。原句中的“abcdefg”七個(gè)字母都被分別替換為“nmlkjih”，實(shí)現(xiàn)了加密。

2.字符映射的“非完全”解密法

既然利用maketrance（）方法的加密是將兩個(gè)字符串進(jìn)行映射替換，那么理論上可以將兩個(gè)字符串位置互換來實(shí)現(xiàn)解密。即table變量的值變成“‘.maketrans（‘nmlkjih，‘a(chǎn)bcdefg）”，其他的內(nèi)容基本不變，只修改一下對應(yīng)的提示信息。在“請輸入待解密的一句英文：”提示后面輸入剛剛得到的加密句子：“Thj quilk mrown iox jumps ovjr n lnzy koh.”，回車后得到解密后的原文是：“Tge qufcd browa fox eubps over a cazy dog.”，并未還原最初的經(jīng)典測試句子（如圖2）。那么究竟錯(cuò)出在哪兒呢？

那是因?yàn)闊o論是加密還是解密時(shí)，使用maketrance（）方法建立的字符映射表并不全面，沒有將所有的大小寫英文字母都進(jìn)行映射，只是建立了7個(gè)字母之間的相互映射（即加密與解密）。解密時(shí)，程序會機(jī)械地將密文中的所有“nmlkjih”這七個(gè)字母還原為“abcdefg”，但密文中有些“nmlkjih”最初并不是由“abcdefg”加密而來的。想要實(shí)現(xiàn)真正的解密，必須在加密時(shí)對所有的大小寫英文字母進(jìn)行逐一不重復(fù)的映射替換，其實(shí)凱撒加密就是一種通過字母移位的方式來加密信息的方法。

3.字符映射實(shí)現(xiàn)凱撒加密

首先使用“import string”語句導(dǎo)入string庫，接著使用變量s來接收用戶從鍵盤輸入的待加密的英文。變量n是用來接收凱撒加密的移位要求，因?yàn)橛?6個(gè)英文字母，所以加密的有效移位數(shù)字共有25個(gè)（1-25）;特別注意input語句接收的是字符串型數(shù)據(jù)，必須通過int來轉(zhuǎn)換為整數(shù)。

然后建立lower和upper兩個(gè)變量，其值分別為26個(gè)英文小寫字母（string.ascii_lowercase）和大寫字母（string.ascii_uppercase），這是string庫所提供的常量;同樣，變量before的值為“string.ascii_letters”，也是string庫中已經(jīng)定義好的常量值，意思是所有的大小寫英文字母。變量after則是利用了Python的“切片”操作，其中的“l(fā)ower[n：] + lower[：n]”是完成英文小寫字母的循環(huán)移位，而“upper[n：] + upper[：n]”則是大寫字母的循環(huán)移位，移位的步長即用戶之前從鍵盤上輸入的數(shù)值n。

建立變量table，其值為“‘.maketrans（before，after）”，即包括所有大小寫在內(nèi)的英文字母完整映射表。最后，通過print語句輸出凱撒加密后的密文信息“s.translate（table）”。

運(yùn)行程序，按照提示仍然輸入那句經(jīng)典測試句子。回車后，提示輸入加密的移位數(shù)字，輸入“6”，得到了加密后的密文“Znk waoiq hxuct lud pasvy ubkx g rgfe jum.”（如圖3）。

4.凱撒加密的解密方法

由于程序中已經(jīng)包括了所有的英文大小寫字母，因此簡單地修改table變量的值即可實(shí)現(xiàn)凱撒密碼的解密，也就是將maketrance（）方法的before和after兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行位置互換即可。運(yùn)行解密程序，輸入剛剛加密后的結(jié)果，收到“解密的移位數(shù)字”，此時(shí)必須要輸入之前加密時(shí)的移位數(shù)字“6”，才能得到正確的原文信息。如果輸入其他的數(shù)字，比如“11”，就無法正確還原出之前未加密的原文，得到的是“Ocz lpdxf wmjri ajs ephkn jqzm v gvut yjb.”。