轉置加密法是一種透過重新排列明文順序來達到加密效果的技術。解密的關鍵在於還原字元的原始順序,這需要理解金鑰的運用方式以及網格的建構。本文提供的 Python 程式碼,透過計算列數、行數以及陰影格數,模擬了轉置解密的網格,並逐步將密鑰字元填充到正確的位置。其中,math.ceil() 函式的使用確保了列數的計算精確度,而列表操作和邏輯控制則精確地控制了字元的填充過程。最後,透過字串合併操作,將還原後的字元組合成完整的明文。理解這些技術細節,有助於深入掌握轉置加密法的解密原理,並能根據實際需求修改和最佳化程式碼。

深入理解轉置加密法:加密技術的解析

轉置加密法是一種常見的加密技術,透過重新排列明文中的字元來達到加密的目的。在本章中,我們將探討轉置加密法的實作細節,並分析其核心程式碼。

轉置加密法的運作原理

轉置加密法的核心思想是將明文按照一定的規則重新排列,形成密鑰。這個規則通常由一個金鑰(key)決定,金鑰的大小決定了排列的列數。

程式碼解析

以下是一段轉置加密法的 Python 程式碼範例:

def transposition_encrypt(message, key):
    # 初始化密鑰列表
    ciphertext = [''] * key
    
    # 遍歷每一列
    for col in range(key):
        pointer = col
        
        # 遍歷明文,將字元新增到密鑰列表中
        while pointer < len(message):
            ciphertext[col] += message[pointer]
            pointer += key
    
    # 將密鑰列表合併成一個字串
    return ''.join(ciphertext)

# 測試範例
message = "Common sense is not so common."
key = 8
encrypted_message = transposition_encrypt(message, key)
print(encrypted_message)

內容解密:

  1. ciphertext = [''] * key:初始化一個列表 ciphertext,其長度為金鑰 key,每個元素是一個空字串。這個列表將用來儲存每一列的密鑰。
  2. for col in range(key):遍歷每一列,col 代表目前的列索引。
  3. while pointer < len(message):遍歷明文,將字元新增到密鑰列表中。pointer 代表目前的字元索引,每次遞增 key,以跳到下一列的相同位置。
  4. ciphertext[col] += message[pointer]:將明文中的字元新增到目前列的密鑰字串中。
  5. return ''.join(ciphertext):將密鑰列表合併成一個字串,並傳回結果。

join() 方法的應用

在上述程式碼中,我們使用了 join() 方法將密鑰列表合併成一個字串。join() 方法是一個字串方法,它將一個列表中的字串連線起來,形成一個新的字串。

程式碼範例

eggs = ['dogs', 'cats', 'moose']
print(''.join(eggs))  # 輸出:dogscatsmoose
print(' '.join(eggs))  # 輸出:dogs cats moose
print('XYZ'.join(eggs))  # 輸出:dogsXYZcatsXYZmoose

內容解密:

  1. ''.join(eggs):將列表 eggs 中的字串連線起來,形成一個新的字串,中間沒有任何分隔符。
  2. ' '.join(eggs):將列表 eggs 中的字串連線起來,形成一個新的字串,中間以空格分隔。
  3. 'XYZ'.join(eggs):將列表 eggs 中的字串連線起來,形成一個新的字串,中間以 ‘XYZ’ 分隔。

傳回值與 return 陳述式

在 Python 中,函式可以使用 return 陳述式傳回一個值。這個值可以是一個變數、一個表示式或一個常數。

程式碼範例

def add_numbers(a, b):
    return a + b

spam = add_numbers(2, 40)
print(spam)  # 輸出:42

內容解密:

  1. return a + b:傳回 ab 的和。
  2. spam = add_numbers(2, 40):呼叫函式 add_numbers(),並將結果指定給變數 spam

解密移位密碼

本章節將探討如何使用移位密碼進行解密,並介紹相關的程式設計概念。

移位密碼解密原理

移位密碼的解密過程與加密過程相反,需要根據金鑰重新排列密鑰以還原原始訊息。為了實作這一點,我們需要計算出每列的字元數量,並據此重新組織密鑰。

程式碼實作

以下是一個簡單的 Python 程式碼範例,用於解密移位密碼:

import math

def decryptMessage(key, message):
    # 計算每列的字元數量
    numOfColumns = math.ceil(len(message) / key)
    numOfRows = key
    numOfShadedBoxes = (numOfColumns * numOfRows) - len(message)

    # 初始化明文列表
    plaintext = [''] * numOfColumns

    # 重新組織密鑰以還原原始訊息
    column = 0
    row = 0
    for symbol in message:
        plaintext[column] += symbol
        column += 1
        if (column == numOfColumns) or (column == numOfColumns - 1 and row >= numOfRows - numOfShadedBoxes):
            column = 0
            row += 1

    # 將明文列表組合成一個字串
    return ''.join(plaintext)

#### 內容解密:
1. **計算每列的字元數量**使用 `math.ceil` 函式計算每列的字元數量確保能夠容納整個訊息
2. **初始化明文列表**根據每列的字元數量初始化一個明文列表用於儲存解密後的訊息
3. **重新組織密鑰**遍歷密鑰中的每個字元根據金鑰重新組織這些字元以還原原始訊息
4. **處理陰影格**根據金鑰和訊息長度計算陰影格的數量並在重新組織密鑰時考慮這些陰影格
5. **組合明文字串**將明文列表中的字串組合成一個完整的明文字串

### 布林運算元與真值表
在程式設計中布林運算元`and``or`)用於控制程式的流程真值表是一種用於描述布林運算元行為的表格工具

#### 真值表範例
| A | B | A and B | A or B |
| --- | --- | --- | --- |
| T | T | T | T |
| T | F | F | T |
| F | T | F | T |
| F | F | F | F |

#### 內容解密:
1. **`and` 運算元**只有當兩個運算元都為真時結果才為真
2. **`or` 運算元**只要有一個運算元為真結果就為真
3. **真值表的作用**幫助程式設計師理解布林運算元的行為並正確地使用它們

## 轉置密碼解密技術深度解析

### 解密原理與手動實作

轉置密碼Transposition Cipher是一種常見的古典加密技術其解密過程與加密過程有著本質上的不同與凱撒密碼Caesar Cipher不同轉置密碼的解密需要透過重新排列密鑰來還原明文

#### 手動解密步驟

1. **計算列數**將密鑰長度除以金鑰key),並向上取整得到所需的列數
2. **繪製網格**根據計算出的列數和金鑰作為行數繪製一個網格
3. **計算陰影格數**將總格數列數 × 行數減去密鑰長度得到需要遮蔽的格數並將其標記在最右列的底部
4. **填充密鑰**從左到右從上到下將密鑰填充到網格中跳過被遮蔽的格子
5. **讀取明文**按列從上到下讀取網格中的字元即可還原出原始明文

### 程式實作:轉置密碼解密

#### 原始碼解析

```python
# 轉置密碼解密
import math, pyperclip

def main():
    myMessage = 'Cenoonommstmme oo snnio. s s c'
    myKey = 8
    plaintext = decryptMessage(myKey, myMessage)
    print(plaintext + '|')  # 使用 '|' 標記結尾,以顯示可能的尾部空格
    pyperclip.copy(plaintext)

def decryptMessage(key, message):
    # 計算網格的列數和行數
    numOfColumns = math.ceil(len(message) / key)
    numOfRows = key
    numOfShadedBoxes = (numOfColumns * numOfRows) - len(message)
    
    # 初始化用於儲存明文的列表,每個元素代表一列
    plaintext = [''] * numOfColumns
    
    col = 0
    row = 0
    
    for symbol in message:
        plaintext[col] += symbol
        col += 1
        
        # 若已到達列尾或陰影格,換到下一行
        if (col == numOfColumns) or (col == numOfColumns - 1 and row >= numOfRows - numOfShadedBoxes):
            col = 0
            row += 1
    
    return ''.join(plaintext)

if __name__ == '__main__':
    main()

內容解密:

  1. decryptMessage 函式:該函式模擬了轉置密碼的解密網格,使用列表來表示網格的各列。
  2. numOfColumnsnumOfRowsnumOfShadedBoxes 的計算:這些變數分別代表了網格的列數、行數和需要遮蔽的格子數量,是正確解密的關鍵引數。
  3. 字元填充邏輯:遍歷密鑰字元,將其填充到對應的列中,當到達列尾或遇到陰影格時,切換到下一行繼續填充。
  4. plaintext 的構建:最終將各列字元拼接起來,形成完整的明文。

重點解析與最佳實踐

  • 技術選型分析:轉置密碼相較於凱撒密碼,在某些場景下提供了更高的安全性,因為其改變了字元的排列順序,而非僅僅替換字元。
  • 實務應用評估:儘管轉置密碼在現代密碼學中已不再被視為安全加密手段,但其原理對於理解更複雜的加密演算法仍具有重要價值。
  • 未來趨勢預測:隨著量子計算和新型加密技術的發展,古典加密技術將逐漸被淘汰,但研究其原理有助於推動現代密碼學的發展。

解密轉置密碼的實作與技術深度解析

在密碼學的領域中,轉置密碼是一種常見的加密技術,其原理是透過重新排列明文中的字元來達到加密的目的。在本章中,我們將探討如何使用Python實作轉置密碼的解密過程,並對相關的技術細節進行深度解析。

解密函式的實作

解密函式decryptMessage(key, message)是轉置密碼解密的核心,其主要任務是根據提供的金鑰(key)和加密訊息(message)還原出原始的明文。以下為該函式的實作細節:

def decryptMessage(key, message):
    # 計算網格的列數、行數和陰影框數量
    numOfColumns = math.ceil(len(message) / key)
    numOfRows = key
    numOfShadedBoxes = (numOfColumns * numOfRows) - len(message)

    # 初始化代表網格列的plaintext列表
    plaintext = [''] * numOfColumns

    # 變數col和row追蹤下一個字元在網格中的位置
    col = 0
    row = 0

    # 遍歷加密訊息中的每個字元
    for symbol in message:
        # 將symbol新增到plaintext列表中正確的字串
        plaintext[col] += symbol
        col += 1
        
        # 如果到達列的末尾或陰影框,移動到下一行
        if (col == numOfColumns) or (col == numOfColumns - 1 and row >= numOfRows - numOfShadedBoxes):
            col = 0
            row += 1
    
    # 將plaintext列表中的字串合併成最終的明文
    return ''.join(plaintext)

內容解密:

  1. 網格引數計算:首先,函式計算出解密所需的網格引數,包括列數(numOfColumns)、行數(numOfRows)和陰影框數量(numOfShadedBoxes)。這些引數對於正確還原明文至關重要。
  2. 初始化plaintext列表:使用列數初始化一個包含空白字串的列表(plaintext),每個字串代表網格中的一列。
  3. 遍歷加密訊息:透過遍歷加密訊息中的每個字元,並根據計算出的網格引數,將字元正確地分配到plaintext列表中的相應字串。
  4. 合併字串:最後,將plaintext列表中的所有字串合併,得到最終的明文。

技術深度解析

  1. 數學函式的應用:在解密過程中,使用了math.ceil()math.floor()round()等數學函式來處理除法運算和四捨五入的需求。其中,math.ceil()用於計算網格的列數,確保結果向上取整。

  2. 列表操作:使用列表複製(list replication)來初始化plaintext列表,這是一種高效建立包含多個相同元素列表的方法。

  3. 邏輯控制:在遍歷加密訊息時,透過控制colrow變數來正確地將字元分配到網格中的相應位置。邏輯判斷陳述式用於處理到達列末尾或遇到陰影框的情況。

  4. 字串合併:最終,使用''.join(plaintext)將列表中的字串合併成一個完整的明文字串,這是一種高效的字串拼接方法。

布林運算元與置換解密法

在探討置換解密法的實作細節之前,我們需要先了解布林運算元的基本概念及其在程式碼中的應用。布林運算元包括 andornot,它們在控制程式流程和條件判斷中扮演著重要的角色。

布林運算元的基本原理

布林運算元用於連線條件表示式,並根據這些表示式的真假值進行邏輯運算。

and 運算元

and 運算元連線兩個表示式,只有當兩個表示式都為 True 時,整個表示式才會被評估為 True。否則,只要其中一個表示式為 False,整個表示式就會被評估為 False

>>> 10 > 5 and 2 < 4
True
>>> 10 > 5 and 4 != 4
False

or 運算元

or 運算元也連線兩個表示式,但只要其中一個表示式為 True,整個表示式就會被評估為 True。只有當兩個表示式都為 False 時,整個表示式才會被評估為 False

>>> 10 > 5 or 4 != 4
True
>>> 10 < 5 or 4 != 4
False

not 運算元

not 運算元對單一表達式的真假值進行反轉。如果原始表示式為 True,則 not 後的結果為 False;反之,如果原始表示式為 False,則 not 後的結果為 True

>>> not 10 > 5
False
>>> not 10 < 5
True

真值表

為了更好地理解布林運算元的行為,我們可以使用真值表來總結它們的邏輯結果。

and 運算元的真值表

ABA and B
TrueTrueTrue
TrueFalseFalse
FalseTrueFalse
FalseFalseFalse

or 運算元的真值表

ABA or B
TrueTrueTrue
TrueFalseTrue
FalseTrueTrue
FalseFalseFalse

not 運算元的真值表

Anot A
TrueFalse
FalseTrue

置換解密法的實作

瞭解了布林運算元的基本原理後,我們現在來分析置換解密法的實作程式碼。以下程式碼片段展示瞭如何使用布林運算元來控制解密流程。

解密迴圈的控制

在解密過程中,我們需要根據目前的列索引和行索引來決定是否重置列索引或移動到下一行。

if (col == numOfColumns) or (col == numOfColumns - 1 and row >= numOfRows - numOfShadedBoxes):
    col = 0
    row += 1

這段程式碼檢查兩個條件:

  1. 是否已經到達最後一列(col == numOfColumns)。
  2. 是否已經到達包含陰影方格的列和行(col == numOfColumns - 1 and row >= numOfRows - numOfShadedBoxes)。

如果滿足任一條件,則重置 col 為 0,並將 row 增加 1,以移動到下一行。

結合布林運算元與解密邏輯

透過結合布林運算元和解密邏輯,我們可以有效地控制解密流程,確保正確地重建原始明文。

解密結果的輸出

最終,解密後的明文透過將 plaintext 列表中的字串連線起來獲得。

return ''.join(plaintext)

這行程式碼將所有解密後的字元合併成一個完整的字串,並作為函式的傳回值傳回。