Python字符映射实现凯撒加密

牟晓东

Python提供了比较丰富的字符串常用方法，其中的maketrance（）和translate（）是一对专门用来生成字符映射表和根据映射表进行字符转换的方法，可以同时处理多个不同的字符，经常应用于字符串的加密和解密。

1.字符映射加密的简单应用举例

maketrance（）方法一般用于创建字符映射的转换表，两个参数为长度一致的字符串，作用是将前面字符串中的字符转换成后面字符串中的对应字符;而translate（）方法则是配合maketrance（）方法实现字符串内容的替换。在此编写一个简单的英文加密小程序。

首先建立变量table并赋值为“‘.maketrans（‘abcdefg，‘nmlkjih）”，作用是利用建立maketrance（）方法来建立字符映射表，把第一个参数“abcdefg”中的各个字符依次替换为“nmlkjih”中的各个字符，即a映射为n、b映射为m、c映射为l……接着建立变量s，其值为使用input获取用户从键盘输入的一句英文;然后建立变量miwen，其值为“s.translate（table）”，根据之前使用maketrance（）方法创建的table映射表完成对应字符的一一映射;最后，使用print语句输出变量miwen，即“加密后的密文”。

运行程序，按照提示输入经典测试句：“The quick brown fox jumps over a lazy dog.”（这句话包含全部字母），得到加密后的密文结果：“Thj quilk mrown iox jumps ovjr n lnzy koh.”（如图1）。原句中的“abcdefg”七个字母都被分别替换为“nmlkjih”，实现了加密。

2.字符映射的“非完全”解密法

既然利用maketrance（）方法的加密是将两个字符串进行映射替换，那么理论上可以将两个字符串位置互换来实现解密。即table变量的值变成“‘.maketrans（‘nmlkjih，‘abcdefg）”，其他的内容基本不变，只修改一下对应的提示信息。在“请输入待解密的一句英文：”提示后面输入刚刚得到的加密句子：“Thj quilk mrown iox jumps ovjr n lnzy koh.”，回车后得到解密后的原文是：“Tge qufcd browa fox eubps over a cazy dog.”，并未还原最初的经典测试句子（如图2）。那么究竟错出在哪儿呢？

那是因为无论是加密还是解密时，使用maketrance（）方法建立的字符映射表并不全面，没有将所有的大小写英文字母都进行映射，只是建立了7个字母之间的相互映射（即加密与解密）。解密时，程序会机械地将密文中的所有“nmlkjih”这七个字母还原为“abcdefg”，但密文中有些“nmlkjih”最初并不是由“abcdefg”加密而来的。想要实现真正的解密，必须在加密时对所有的大小写英文字母进行逐一不重复的映射替换，其实凯撒加密就是一种通过字母移位的方式来加密信息的方法。

3.字符映射实现凯撒加密

首先使用“import string”语句导入string库，接着使用变量s来接收用户从键盘输入的待加密的英文。变量n是用来接收凯撒加密的移位要求，因为有26个英文字母，所以加密的有效移位数字共有25个（1-25）;特别注意input语句接收的是字符串型数据，必须通过int来转换为整数。

然后建立lower和upper两个变量，其值分别为26个英文小写字母（string.ascii_lowercase）和大写字母（string.ascii_uppercase），这是string库所提供的常量;同样，变量before的值为“string.ascii_letters”，也是string库中已经定义好的常量值，意思是所有的大小写英文字母。变量after则是利用了Python的“切片”操作，其中的“lower[n：] + lower[：n]”是完成英文小写字母的循环移位，而“upper[n：] + upper[：n]”则是大写字母的循环移位，移位的步长即用户之前从键盘上输入的数值n。

建立变量table，其值为“‘.maketrans（before，after）”，即包括所有大小写在内的英文字母完整映射表。最后，通过print语句输出凯撒加密后的密文信息“s.translate（table）”。

运行程序，按照提示仍然输入那句经典测试句子。回车后，提示输入加密的移位数字，输入“6”，得到了加密后的密文“Znk waoiq hxuct lud pasvy ubkx g rgfe jum.”（如图3）。

4.凱撒加密的解密方法

由于程序中已经包括了所有的英文大小写字母，因此简单地修改table变量的值即可实现凯撒密码的解密，也就是将maketrance（）方法的before和after两个参数进行位置互换即可。运行解密程序，输入刚刚加密后的结果，收到“解密的移位数字”，此时必须要输入之前加密时的移位数字“6”，才能得到正确的原文信息。如果输入其他的数字，比如“11”，就无法正确还原出之前未加密的原文，得到的是“Ocz lpdxf wmjri ajs ephkn jqzm v gvut yjb.”。