如何使用python实现维吉尼亚算法

小编给大家分享一下如何使用python实现维吉尼亚算法，希望大家阅读完这篇文章之后都有所收获，下面让我们一起去探讨吧！

1 Virginia加密算法、解密算法

Vigenenre密码是最著名的多表代换密码，是法国著名密码学家Vigenenre发明的。Vigenenre密码使用一个词组作为密钥，密钥中每一个字母用来确定一个代换表，每一个密钥字母被用来加密一个明文字母，第一个密钥字母加密第一个明文字母，第二个密钥字母加密第二个明文字母，等所有密钥字母使用完后，密钥再次循环使用，于是加解密前需先将明密文按照密钥长度进行分组。

密码算法可表示如下：。

设明文串为：

M=m1m2…mn，mi∈charset, n是明文长度

秘钥为：

K=k1k2…kd，ki∈charset, d是秘钥长度

密文为：

C=c1c2…cn，ci∈charset, n是密文长度

加密算法:

cj+td=(mj+td+kj ) mod 26

j=1…d,  t=0…ceiling(n/d)-1

其中ceiling(x)函数表示不小于x最小整数

解密算法：

mj+td=(cj+td -kj ) mod 26

j=1…d, t=0…ceiling(n/d)-1

其中ceiling(x)函数表示不小于x最小整数

加解密代码如下

def VigenereEncrypto(message, key):
 msLen = len(message)
 keyLen = len(key)
 message = message.upper()
 key = key.upper()
 raw = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"# 明文空间
 # 定义加密后的字符串
 ciphertext = ""
 # 开始加密
 for i in range(0, msLen):
  # 轮询key的字符
  j = i % keyLen
  # 判断字符是否为英文字符，不是则直接向后面追加且继续
  if message[i] not in raw:
   ciphertext += message[i]
   continue
  encodechr = chr((ord(message[i]) - ord("A") + ord(key[j]) - ord("A")) % 26 + ord("A"))
  # 追加字符
  ciphertext += encodechr
 # 返回加密后的字符串
 return ciphertext
if __name__ == "__main__":
 message = "Hello, World!"
 key = "key"
 text = VigenereEncrypto(message, key)
 print(text)
def VigenereDecrypto(ciphertext, key):
 msLen = len(ciphertext)
 keyLen = len(key)
 key = key.upper()
 raw = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"# 密文空间
 plaintext = ""
 for i in range(0, msLen):# 开始解密
  # 轮询key的字符
  j = i % keyLen
  # 判断字符是否为英文字符，不是则直接向后面追加且继续
  if ciphertext[i] not in raw:
   plaintext += ciphertext[i]
   continue
  decodechr = chr((ord(ciphertext[i]) - ord("A") - ord(key[j]) - ord("A")) % 26 + ord("A"))
  # 追加字符
  plaintext += decodechr
 # 返回加密后的字符串
 return plaintext
if __name__=="__main__":
 ciphertext = "RIJVS, AMBPB!"
 key = "key"
 text = VigenereDecrypto(ciphertext, key)
 print(text)
import VigenereDecrypto
import VigenereEncrypto
def main():
 info = '''==========********=========='''# 开始加密
 print(info, "\n------维吉尼亚加密算法------")
 print(info)
 # 读取测试文本文档
 message = open("test.txt","r+").read()
 print("读取测试文本文档:test.txt")
 print("开始加密！")
 # 输入key
 key = input("请输入密钥：")
 # 进入加密算法
 CipherText = VigenereEncrypto.VigenereEncrypto(message, key)
 # 写入密文文本文档
 C = open("CipherText.txt", "w+")
 C.write(CipherText)
 C.close()
 print("加密后得到的密文是: \n" + CipherText)
 # 开始解密
 print(info, "\n------维吉尼亚解密算法------")
 print(info)
 # 读取加密文本文档
 print("读取密文文本文档：CipherText.txt")
 Ciphertext = open("CipherText.txt", "r+").read()
 # 进入解密算法
 print("开始解密！")
 Plaintext = VigenereDecrypto.VigenereDecrypto(Ciphertext, key)
 P = open("PlainText.txt", "w+")
 # 写入解密文本文档
 P.write(Plaintext)
 P.close()
 print("解密后得到的明文是 : \n" + Plaintext)
if __name__=="__main__":
 main()

2重合指数法

2.1重合指数

设x=X1X2...Xn是一个含有n个字符的字符串，x的重合指数记为Ic(x),定义为x中两个随机元素相同的概率。

设y是一个长度为n密文，即y=y1y2...ym,其中y是密文字母,同样来求从中抽到两个相同字母的概率是多少。为此,设NA为字母A在这份密文中的频数,设Nb为字母B在这份密文中的频数,依此类推

从n个密文字母中抽取两个字母的方式有?_?^2=n(n-1)/2,而其中NA个A组成一对A的方式有CNA2= NA(NA-1)/2，于是从y中抽到两个字母都为A的概率为[NA(NA -1)]/[n(n-1)]，..因此,从y中抽到两个相同字母的概率为  (∑▒〖??(??−1)〗)/(?(?−1))

这个数据称为这份密文的重合指数，记为IC(Y)

2.2重合指数法原理

26个英文字母出现频率表                                                                 重合指数公式

（1）根据频率表，我们可以计算出英语文本的重合指数为0.065。

（2）利用重合指数推测密钥长度的原理在于，对于一个由凯撒密码加密的序列，由于所有字母的位移程度相同，所以密文的重合指数应等于原文语言的重合指数。

（3）假设y=y1 y2...yn是由  Vigenere 密码得到的长度为n的密文。将y按列排成一个m*(n/ m)的矩形阵列，各行分别记为y1，y2...ym.如果m确实是密钥字的长度，则yi中的各个密文字母都是由同一个密钥的移位加密方式得到的。矩阵的每一行对应于子串yi，1≤i≤m。

（4）另一方面，如果m不是密钥字的长度，则 yi中的各个密文字母将是由不同密钥以移位加密方式得到的， yi 中的各个密文字母看起来更随机一些。对于一个随机的英文字母串，其重合指数为0.038。

（5）因为0.065和0.038相差较远，所以我们一般能够确定密钥字的长度，或者说我们能够确定由 Kasiski 测试法得到的密钥字的长度的正确性。

3拟重合指数测试法

拟重合指数测试法：首先子密文段重各个字母的频率进行统计（记为fi, i∈a – z），查看字母频率分布统计概率(记pi)，计算子密文段长度为n，使用公式：

计算出M0，然后对子密文段移位25次，同样按照上述方法求出M1 — M25的值

根据重合指数的定义知：一个有意义的英文文本，M ≈0.065，所以利用这个规律，就可以确定秘钥中的每一个字母

代码实现

def main():
 fo=open("cipher.txt","r")
 s=fo.read()
 s=str(s)
 fo.close()
 ic=0
 max_num=len(s)//26
 # while ic<0.06:
 #def fenzu():
 #分组
 aves=[0]*max_num
 for i in range(1,max_num):
  count = 0
  zicuan=[]
  for t in range (i):
   fz=s[t:len(s):i]
   zicuan+=[fz]
   count+=1
   #print(count,'韩庚韩庚韩庚',zicuan)
  for js in range (i):
   zicuan[js]=zicuan[js].upper()
  ics=[0]*count
  #统计每个分组的IC值
  for r in range(count):
   ics[r]=tongjicisu(zicuan[r])
  ave =sum(ics)/count
  print('第{}次分片的IC值是{}'.format(i,ave))
  aves[i-1]=ave
 #找到最可能的密钥分组
 key_index=1
 max = 1
 for i in range(max_num):
  max1=abs(aves[i]-0.065)
  if max1<max:
   max=max1
   key_index=i+1
 print('key_length',key_index)
 key = [None]*key_index
 #得到密钥长度后从新按密钥长度分片计算
 zicuan2 = []
 for t in range(key_index):
  fz = s[t:len(s):key_index]
  zicuan2 += [fz]
 for i in range(key_index):
  key[i]=decode(zicuan2[i])
 print(key)
 di = {}.fromkeys(key)
 key=di.keys()
 keys=""
 for i in key:
  keys+=i
 
 print(keys,"密钥")
 mc = VigenereDecrypto(s,keys)
 print(mc,'ecewew')
 
# 统计次数IC值
def tongjicisu(s):
 tongjicisu = [0] * 26
 zff = ""
 ic=-0
 for t in s:
  if 65 <= ord(t) <= 90:
   zff += t
 for cisu in zff:
  tongjicisu[ord(cisu) - 65] += 1
 for i in range (len(tongjicisu)):
  xic=tongjicisu[i]*(tongjicisu[i]-1)/len(zff)/(len(zff)-1)
  ic+=xic
 return ic
 
def decode(s):
 nicos=[0]*26
 for i in range(26):
  nicos[i]=tongjinichonghe(i,s)
 list1=sorted(nicos)
 num = nicos.index(list1[-1])
 ch = chr(num+65)
 #print(ch)
 return ch
#计算拟重合指数
def tongjinichonghe(key,s):
 sniic=0
 p = [0.08167, 0.01492, 0.02782, 0.04253, 0.12702, 0.02228, 0.02015, 0.06094, 0.06966, 0.00153, 0.00772, 0.04025,
   0.02406, 0.06749, 0.07507, 0.01929, 0.00095, 0.05987, 0.06327, 0.09056, 0.02758, 0.00978, 0.02360, 0.00150,
   0.01974, 0.00074]
 tongjinichonghe = [0] * 26
 zff = ""
 #ic=-0
 #转换为只有大写字母的字符串
 for t in s:
  if 65 <= ord(t) <= 90:
   zff += t
 #统计每个字母出现的次数
 for cisu in zff:
  tongjinichonghe[ord(cisu) - 65] += 1
 #求出每个凯撒加密的解密，根据拟重合指数找到正确的密钥
 list0=tongjinichonghe
 list1=[0]*26
 for i in range (26):
  list1[i]=list0[(i+key)%26]
 tongjinichonghe=list1
 for i in range (len(tongjinichonghe)):
  niic=tongjinichonghe[i]/len(tongjinichonghe)*p[i]
  sniic+=niic
 return sniic
 
def VigenereDecrypto(ciphertext, key):
 msLen = len(ciphertext)
 keyLen = len(key)
 key = key.upper()
 raw = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"# 密文空间
 plaintext = ""
 for i in range(0, msLen):# 开始解密
  # 轮询key的字符
  j = i % keyLen
  # 判断字符是否为英文字符，不是则直接向后面追加且继续
  if ciphertext[i] not in raw:
   plaintext += ciphertext[i]
   continue
  decodechr = chr((ord(ciphertext[i]) - ord("A") - ord(key[j]) - ord("A")) % 26 + ord("A"))
  # 追加字符
  plaintext += decodechr
 # 返回加密后的字符串
 return plaintext
 
if __name__ == '__main__':
 main()

看完了这篇文章，相信你对“如何使用python实现维吉尼亚算法”有了一定的了解，如果想了解更多相关知识，欢迎关注亿速云行业资讯频道，感谢各位的阅读！