使用Python实现维吉尼亚密码加密
维吉尼亚密码是一种经典的加密算法，它使用字母表中的位移，结合一个密钥来加密消息。对于刚入行的小白来说，实现这一算法是一个很好的练手项目。本文将逐步教你如何实现维吉尼亚密码加密，通过清晰的步骤和代码注释，帮助你理解其中的每个部分。
流程概述
在我们开始编码之前，首先明白维吉尼亚密码的基本流程。下表展示了加密的主要步骤。
| 步骤 | 描述 |
|---|---|
| 1 | 输入明文和密钥 |
| 2 | 对明文和密钥进行预处理（例如，去掉空格和将字母转为大写） |
| 3 | 生成加密后的密文 |
| 4 | 输出加密结果 |
流程图
以下是维吉尼亚密码加密的流程图，使用mermaid语法进行展示：
flowchart TD
A[开始] --> B[输入明文和密钥]
B --> C[预处理明文和密钥]
C --> D[生成密文]
D --> E[输出结果]
E --> F[结束]
各步骤详解
我们将按照上述流程详细讲解每一步需要执行的操作，并给出相应的Python代码。
步骤 1: 输入明文和密钥
# 输入明文和密钥
plaintext = input("请输入明文: ")
key = input("请输入密钥: ")
解释：这里使用input()函数获取用户输入的明文和密钥。
步骤 2: 预处理明文和密钥
我们需要确保明文和密钥中的字母都是大写，并去掉所有非字母字符。
import string
# 预处理：去掉空格，转换成大写
def preprocess(text):
text = text.replace(" ", "").upper() # 去掉空格并转换为大写
return ''.join(filter(str.isalpha, text)) # 过滤非字母字符
# 处理明文和密钥
processed_plaintext = preprocess(plaintext)
processed_key = preprocess(key)
解释：
- 使用
replace方法去掉空格。 upper()方法将字符串中的所有字母转换为大写。filter结合str.isalpha用来过滤掉非字母字符。
步骤 3: 生成加密后的密文
接下来，我们需要实现加密逻辑。维吉尼亚密码的加密过程是将明文字符和密钥字符的位置对应后，进行位移运算。
def vigenere_encrypt(plaintext, key):
cipher_text = ""
key_length = len(key)
for i in range(len(plaintext)):
# 获取当前明文字符和对应密钥字符
p = ord(plaintext[i]) - ord('A') # 明文字符的位移
k = ord(key[i % key_length]) - ord('A') # 密钥字符的位移
# 加密字符
c = (p + k) % 26 # 计算加密后字符的索引
cipher_text += chr(c + ord('A')) # 转换为字符并添加到密文
return cipher_text
# 生成密文
ciphered_text = vigenere_encrypt(processed_plaintext, processed_key)
解释：
ord()函数获取字符的Unicode码值，减去ord('A')是为了将字符转换为数字（0-25区间）。- 使用
%运算符确保密钥字符循环使用。 - 将加密后的字符转换回字母并加入密文字符串。
步骤 4: 输出加密结果
最后，我们只需输出加密后的密文结果。
# 输出结果
print(f"加密后的密文是: {ciphered_text}")
解释：使用print()函数显示加密后的结果。
完整代码
将上述步骤整合后，我们的完整代码如下：
import string
# 输入明文和密钥
plaintext = input("请输入明文: ")
key = input("请输入密钥: ")
# 预处理：去掉空格，转换成大写
def preprocess(text):
text = text.replace(" ", "").upper() # 去掉空格并转换为大写
return ''.join(filter(str.isalpha, text)) # 过滤非字母字符
# 处理明文和密钥
processed_plaintext = preprocess(plaintext)
processed_key = preprocess(key)
def vigenere_encrypt(plaintext, key):
cipher_text = ""
key_length = len(key)
for i in range(len(plaintext)):
# 获取当前明文字符和对应密钥字符
p = ord(plaintext[i]) - ord('A') # 明文字符的位移
k = ord(key[i % key_length]) - ord('A') # 密钥字符的位移
# 加密字符
c = (p + k) % 26 # 计算加密后字符的索引
cipher_text += chr(c + ord('A')) # 转换为字符并添加到密文
return cipher_text
# 生成密文
ciphered_text = vigenere_encrypt(processed_plaintext, processed_key)
# 输出结果
print(f"加密后的密文是: {ciphered_text}")
结尾
通过以上步骤，你已经成功实现了一个简单的维吉尼亚密码加密算法。希望这篇文章能够帮助你理解如何使用Python进行基本的加密操作。你可以尝试扩展这个项目，比如增加解密功能或实现用户输入的更严格验证。如果你有任何问题，请随时提问，祝你编程愉快！
