python密碼學列置換密碼學習

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列置換密碼

參考教材：《現代密碼學教程》P46 3.1.1

過程

加密過程

  • 將明文p以設定的固定分組寬度m按行寫出，即每行有m個字符;若明文長度不是m的整數倍,則不足部分用雙方約定的方式填充，如雙方約定用空格代替空缺處字符,不妨設最後得字符矩陣[Mp]n×m
  • 按1，2…，m的某一置換σ交換列的位置次序得字符矩陣[Mp]n×m
  • 把矩陣按[Mp]n×m列的順序依次讀出得密文序列c。

解密過程

  • 將密文c以分組寬度n按列寫出得到字符矩陣[Mp]n×m
  • 按加密過程用的置換σ的逆置換σ-1交換列的位置次序得字符矩陣[Mp]n×m
  • 把矩陣[Mp]n×m按1，2…，n行的順序依次讀出得明文p

說明

以例3.2為例

σ=(143)(56)即每個括號裡部分輪著相對應

1→4→3→1

5→6→5

這裡我是用字典表示

        for i in range(len(s)): 
            for j in range(len(s[i])-1):
                Key[int(s[i][j])]=int(s[i][j+1]) #密鑰字典
                antiKey[int(s[i][j+1])]=int(s[i][j]) #反密鑰字典
            Key[int(s[i][-1])]=int(s[i][0]) #解決最後一個的問題
            antiKey[int(s[i][0])]=int(s[i][-1])
            temp.append(int(s[i][-1]))

當然,這兒σ=(143)(56)中沒有2，因為2對應他自己即

2→2

所以要再單獨表示

sameKey=lenKey-set(temp) #找到沒有變化的密鑰
    for i in sameKey:
        Key[i]=i
        antiKey[i]=i

而加密的時候，便是把明文先變為矩陣，載根據密鑰進行轉換

比如本題便將矩陣第一列轉換為第四列，第四列轉換為第三列，第三列轉換為第一列，以此類推

這裡可以用生成式完成

M=[M[i][Key[j+1]-1] for i in range(n) for j in range(m)] #矩陣轉換

完整代碼

'''列置換密碼
Auher：Jarrycow
time:2020-04-17
'''
import re
class colCode:
    __m=0
    __n=0
    __key=[] # 密鑰
    __apaMsg="" # 明文
    __secMsg="" #密文
    def __init__(self,m): # 初始化，定義矩陣寬
        self.__m=m
        __n=0
        __key=[] 
        __apaMsg="" 
        __secMsg="" 
    def getKey(self,s): # 密鑰形成函數
        m=self.__m
        Key={}
        antiKey={}
        s=re.split(r'[()]',s) #以()分界
        while '' in s: # 消除''
            s.remove('')
        temp=[]
        lenKey={i+1 for i in range(m)} #密鑰長度
        for i in range(len(s)): 
            for j in range(len(s[i])-1):
                Key[int(s[i][j])]=int(s[i][j+1]) #密鑰字典
                antiKey[int(s[i][j+1])]=int(s[i][j]) #反密鑰字典
                temp.append(int(s[i][j])) #鑰匙收錄
            Key[int(s[i][-1])]=int(s[i][0]) #解決最後一個的問題
            antiKey[int(s[i][0])]=int(s[i][-1])
            temp.append(int(s[i][-1]))
        sameKey=lenKey-set(temp) #找到沒有變化的密鑰
        for i in sameKey:
            Key[i]=i
            antiKey[i]=i
        self.__key.append(Key)
        self.__key.append(antiKey)
    def enCode(self,p): #加密函數
        self.__apaMsg=p
        m=self.__m
        n=self.__n
        Key=self.__key[0]
        p=p.replace(' ','') #去除空格
        p+=' '*(m-len(p)%m) #末尾補齊
        n=len(p)//m #矩陣列數
        self.__n=n
        M=[p[i*m:(i+1)*m] for i in range(n)] #矩陣生成
        M=[M[i][Key[j+1]-1] for i in range(n) for j in range(m)] #矩陣轉換
        M=''.join(M) #列表轉換為字符串
        self.__secMsg=M
        return M
    def deCode(self,q):
        self.__apaMsg=p
        m=self.__m
        n=self.__n
        Key=self.__key[1]
        M=[q[i*m:(i+1)*m] for i in range(n)]
        M=[M[i][Key[j+1]-1] for i in range(n) for j in range(m)]
        M=''.join(M)
        self.__secMsg=M
        return M
    def Print(self):
        print(self.__m,self.__n,self.__key,self.__apaMsg,self.__secMsg)
if __name__=='__main__':
    m=6
    p="Beijing 2008 Olympic Games"
    s='(143)(56)'
    a=colCode(m)
    a.getKey(s)
    q=a.enCode(p)
    e=a.deCode(q)
    a.Print()
def main():
    pass

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