【密码学】维吉尼亚密码之Python实现

简述

维吉尼亚密码是在代换密码（即单表代换）基础上，衍生出来的多表代换密码。

与单表代换相同，维吉尼亚密码也采用明文字母与密钥字母（即26字母表）间建立一一对应关系。

但是不同的是，单表代换密码中一旦密钥字母确定，相同的明文就只能产生唯一的密文；

而维吉尼亚密码则是在单表的基础上，加入了密钥字，使用密钥字对明文进行分组加密，因此即使密钥（打乱的字母表）确定了，密钥字不同，也会产生不同的密文，即非固定式对应。

加解密

在之后的表述中：
以<密钥>表示26字母顺序表
以<密钥字>表示输入的一串辅助加密的消息序列

现假定输入的密钥字为k1到km，总长为m个字母；明文为x1到xm；表字母以初始26字母顺序表为例，进行加解密说明：

加密

维吉尼亚密码的加密定义如下：
在这里插入图片描述
即：

将明文分成若干个分组，每个分组为m个字母长度（即密钥字的长度）；
再找出分组中的字母和密钥字的字母在代换表中的对应数字；
将其对应位两两相加得出的数字，再代入代换表中，查出对应的密文字母；
将所有明文分组都如此操作，即得到密文。

加密示例：

字母表为原始A-Z
因此00对应A，……，25对应Z；
输入密钥字为Computer
因此 m = 8，key =（02，14，12，15，20，19，04，17）；
输入明文为Block cipher design principles。

将明文分为8个字母一组，再进行找序号求和取余的运算，得出序号对应的密文字母：

比如 B（序号为01），对应的密钥字为C（序号为02），相加为03，再模26得03（即D），因此明文的B对应的密文字母为 D 。

所有加密步骤图如下：
在这里插入图片描述
可得出密文为：Dzarevmgjsdylmxpddxhvmgnse

解密

由于维吉尼亚密码也是映射型密码，因此只需要进行加密的逆过程即可解密。即：
在这里插入图片描述

代码实现

import re

letterList = []     # 字母列表
# 初始化字母列表（此处以顺序表为例）
for i in range(ord("a"), ord("z") + 1):
    letterList.append(chr(i))

# 加密
def encrypt():
    ciphertext = ""
    # 接收键入函数返回的列表
    massageAndKeyList = inputMassage()
    plaintextList = massageAndKeyList[0]
    keyList = massageAndKeyList[1]
    for i in range(len(plaintextList)):
        # 明文和密钥在表中的对应数值
        plaIndex = letterList.index(plaintextList[i])
        keyIndex = letterList.index(keyList[i % len(keyList)])
        # 做加法后区取余运算
        ciphertext += letterList[(plaIndex + keyIndex) % 26]
    return ciphertext

# 解密（加密的逆过程）
def decrypt():
    plaintext = ""
    # 接收键入函数返回的列表
    massageAndKeyList = inputMassage()
    ciphertextList = massageAndKeyList[0]
    keyList = massageAndKeyList[1]
    for i in range(len(ciphertextList)):
        # 密文和密钥在表中的对应数值
        cipIndex = letterList.index(ciphertextList[i])
        keyIndex = letterList.index(keyList[i % len(keyList)])
        # 取余运算
        plaintext += letterList[(cipIndex - keyIndex) % 26]
    return plaintext

# 键入
def inputMassage():
    massageList = []  # 消息序列
    keyList = []    # 密钥序列
    # 输入消息并创建消息序列
    massage = (re.sub("[^a-zA-Z]", "", input("Input text："))).lower()
    for i in massage:
        massageList.append(i)
    # 输入密钥并创建密钥序列
    key = (re.sub("[^a-zA-Z]", "", input("Input key："))).lower()
    for i in key:
        keyList.append(i)
    # 以列表形式返回输入的消息序列和密钥序列
    return [massageList, keyList]

if __name__ == "__main__":
    while True:
        print("1、Encrypt    2、Decrypt   3、Show Form")
        choice = int(input("Please choose（Input number）："))
        if choice == 1:
            ciphertext = encrypt()
            print("ciphertext：", ciphertext)
        elif choice == 2:
            plaintext = decrypt()
            print("plaintext：", plaintext)
        elif choice == 3:
            print("The Form Of This Operation：\n", letterList)
        else:
            print("Input error！")