第 1章 制作紙質密碼學工具 1

1.1 什么是密碼學 1

1.2 編碼與密碼 2

1.3 凱撒密碼 3

1.3.1 密碼輪 3

1.3.2 使用密碼輪進行加密 4

1.3.3 使用密碼輪進行解密 5

1.3.4 通過計算進行加密和解密 5

1.4 為什么加密兩次不起作用 6

1.5 小結 7

1.6 習題 7

第 2章 在交互式運行環境中編程 8

2.1 簡單的數學表達式 8

2.2 整型和浮點數的值 9

2.3 表達式 10

2.4 運算順序 10

2.5 計算表達式的值 10

2.6 用變量存儲數值 12

2.7 重寫變量 13

2.8 變量名 14

2.9 小結 14

2.10 習題 15

第3章 字符串及編寫程序 16

3.1 用字符串的值處理文本 16

3.1.1 “ ”運算符實現字符串拼接 17

3.1.2 “*”運算符實現字符串復制 18

3.1.3 通過索引獲得字符串中的字符 18

3.2 用print()函數打印值 21

3.3 打印轉義字符 22

3.4 引號和雙引號 23

3.5 在集成開發環境的文件編輯器中編寫程序 23

3.6 “Hello, World!”程序的源代碼 24

3.7 使用在線比較工具檢查源代碼 25

3.8 通過集成開發環境保存程序 26

3.8.1 保存程序 26

3.8.2 運行程序 26

3.8.3 打開保存的程序 27

3.9 “Hello, World! ”程序如何工作 27

3.9.1 注釋 28

3.9.2 打印指示信息 28

3.9.3 接收輸入 28

3.9.4 完成程序 29

3.10 小結 29

3.11 習題 30

第4章 反向密碼 31

4.1 反向密碼程序的源代碼 31

4.2 反向密碼程序的執行結果樣例 32

4.3 設置注釋及變量 32

4.4 確定字符串的長度 33

4.5 while循環 33

4.6 Boolean數據類型 34

4.7 比較操作符 34

4.8 代碼塊 36

4.9 while循環語句 37

4.10 “增長”字符串 38

4.11 用input()提示改進程序 40

4.12 小結 41

4.13 習題 41

第5章 凱撒密碼 42

5.1 凱撒密碼程序的源代碼 42

5.2 凱撒密碼程序樣例運行 43

5.3 導入模塊并創建變量 44

5.4 常量和變量 45

5.5 for循環語句 45

5.5.1 for循環的示例 46

5.5.2 等價于for循環的while循環 46

5.6 if語句 47

5.6.1 if語句的示例 47

5.6.2 else語句 48

5.6.3 elif語句 48

5.7 in和not in運算符 49

5.8 find()字符串方法 50

5.9 符號加密和解密 51

5.9.1 實現“回環” 51

5.9.2 處理符號集以外的符號 52

5.10 顯示和復制translated字符串 52

5.11 加密其他字符 53

5.12 小結 53

5.13 習題 54

第6章 用暴力算法破解凱撒密碼 56

6.1 破解凱撒密碼的源代碼 56

6.2 運行凱撒密碼破解程序的樣例 57

6.3 設置變量 58

6.4 在循環中使用range()方法 58

6.5 解密消息 59

6.6 使用字符串標準化輸出密鑰及

解密后的信息 60

6.7 小結 61

6.8 習題 62

第7章 通過置換密碼實現加密 63

7.1 置換密碼如何工作 63

7.1.1 手動加密消息 64

7.1.2 創建加密程序 65

7.2 置換密碼加密程序的源代碼 66

7.3 置換密碼加密程序的示例運行 67

7.4 用def語句創建自定義函數 67

7.4.1 定義用形參接收實參的函數 68

7.4.2 更改僅存在于函數中的形參 68

7.4.3 定義main()函數 69

7.5 以參數形式傳遞密鑰和消息 70

7.6 數據類型：列表 70

7.6.1 對列表中的項重新賦值 71

7.6.2 多級列表 72

7.6.3 對列表使用len()和in運算符 72

7.6.4 用 和*運算符連接和復制列表 73

7.7 置換加密算法 74

7.8 增量賦值運算符 75

7.9 隨消息移動currentIndex 75

7.10 join()字符串方法 77

7.11 返回值和返回語句 77

7.11.1 return語句示例 78

7.11.2 返回加密得到的密文 78

7.12 __name__變量 78

7.13 小結 79

7.14 習題 80

第8章 解密置換密碼 81

8.1 如何在紙上解密置換密碼 81

8.2 置換密碼解密程序的源代碼 82

8.3 運行置換密碼解密程序的樣例 84

8.4 導入模塊并創建主函數 84

8.5 使用密鑰解密消息 84

8.5.1 round()、math.ceil()和math.floor()方法 85

8.5.2 decryptMessage()函數 86

8.5.3 布爾操作符 87

8.5.4 使用and和or操作符往往是一條捷徑 89

8.5.5 布爾操作符的運算順序 90

8.5.6 調整變量column和row的值 90

8.6 調用main()函數 92

8.7 小結 92

8.8 習題 92

第9章 編寫測試程序 94

9.1 置換密碼測試程序的源代碼 94

9.2 運行置換密碼測試程序的示例 95

9.3 導入模塊 96

9.4 生成偽隨機數 96

9.5 創建隨機字符串 97

9.5.1 將字符串復制隨機次 98

9.5.2 列表變量使用引用 98

9.5.3 傳遞引用 101

9.5.4 使用copy.deepcopy()復制列表 101

9.5.5 random.shuffle()函數 101

9.5.6 隨機打亂字符串 102

9.6 測試消息 102

9.7 檢查密碼程序是否正常工作并

結束程序 103

9.8 調用main()函數 104

9.9 檢驗測試程序 104

9.10 小結 104

9.11 習題 105

第 10章 文件的加密與解密 106

10.1 純文本文件 106

10.2 使用置換密碼加密文件的

源代碼 107

10.3 運行置換密碼加密文件程序的

樣例 108

10.4 文件操作 109

10.4.1 打開文件 109

10.4.2 數據寫入及文件關閉 109

10.4.3 讀取文件 110

10.5 創建main()函數 111

10.6 檢查文件是否存在 111

10.6.1 os.path.exists() 方法 111

10.6.2 使用os.path.exists()方法檢查

輸入的文件是否存在 112

10.7 使用字符串方法令用戶的輸入

更靈活 112

10.7.1 upper()、lower()和title()字符串

方法 112

10.7.2 startswith()和endswith()方法 113

10.7.3 在程序中使用上述字符串方法 113

10.8 讀取作為輸入的文件 114

10.9 計算加/解密所需的時間 114

10.9.1 time模塊和time.time()方法 114

10.9.2 在程序中使用time.time()方法 115

10.10 將輸出寫入文件 115

10.11 調用main()函數 116

10.12 小結 116

10.13 習題 117

第 11章 編程檢測英語文本 118

11.1 計算機如何理解英語 118

11.2 英語檢測模塊的源代碼 120

11.3 英語檢測模塊的運行示例 121

11.4 指令和設置常量 121

11.5 字典數據類型 122

11.5.1 字典和列表之間的區別 123

11.5.2 在字典中添加或更改項 123

11.5.3 對字典使用len()函數 124

11.5.4 對字典使用in運算符 124

11.5.5 用字典檢索項比用列表更快 125

11.5.6 在字典上使用循環 125

11.6 運行字典文件 125

11.6.1 split()方法 126

11.6.2 將字典文件分割成單個單詞 126

11.6.3 返回字典數據 127

11.7 對消息中出現的英文單詞進行

計數 127

11.7.1 除數為零錯誤 128

11.7.2 對匹配上的英語單詞進行計數 128

11.7.3 float()、int()和str()函數及整數

除法 129

11.7.4 獲得message中英語單詞的

比例 129

11.8 刪除非字母字符 130

11.8.1 append()列表方法 130

11.8.2 創建字母組成的字符串 131

11.9 檢測英語單詞 131

11.9.1 使用默認參數 132

11.9.2 計算百分比 132

11.10 小結 134

11.11 習題 134

第 12章 破解置換密碼 136

12.1 破解置換密碼程序的源代碼 136

12.2 運行破解置換密碼程序的樣例 137

12.3 導入模塊 138

12.4 使用三引號的多行字符串 138

12.5 展示破解密文的結果 139

12.6 得到破解后的消息 140

12.6.1 strip()字符串方法 141

12.6.2 應用strip()字符串方法 142

12.6.3 破解失敗 142

12.7 調用main()函數 143

12.8 小結 143

12.9 習題 143

第 13章 仿射密碼的模運算模塊 144

13.1 模運算 144

13.2 模運算符 145

13.3 尋找因子并計算*大公約數 146

13.4 多重賦值 147

13.5 歐幾里得算法求*大公約數 148

13.6 理解乘法和仿射密碼的工作

原理 149

13.6.1 為乘法密碼選擇有效的密鑰 150

13.6.2 仿射密碼加密 150

13.6.3 仿射密碼解密 151

13.6.4 計算模逆 152

13.6.5 整數除法運算符 152

13.7 Cryptomath模塊的源代碼 153

13.8 小結 154

13.9 習題 154

第 14章 編寫仿射密碼 155

14.1 仿射密碼程序的源代碼 155

14.2 運行仿射密碼程序的樣例 157

14.3 引入模塊、設置常量并創建

main()函數 157

14.4 計算并驗證密鑰 158

14.4.1 元組數據類型 159

14.4.2 檢驗弱密鑰 159

14.4.3 仿射密碼共有多少種密鑰組合 160

14.5 編寫加密函數 162

14.6 編寫解密函數 163

14.7 生成隨機密鑰對 164

14.8 調用main()函數 164

14.9 小結 165

14.10 習題 165

第 15章 破解仿射密碼 166

15.1 仿射密碼破解程序的源代碼 166

15.2 仿射密碼破解程序的運行示例 167

15.3 創建模塊、常量和main()函數 168

15.4 仿射密碼破解函數 169

15.4.1 乘方運算符 169

15.4.2 計算可能密鑰的總數 169

15.4.3 continue語句 170

15.4.4 使用continue跳過代碼 171

15.5 調用main()函數 172

15.6 小結 172

15.7 習題 173

第 16章 編寫簡單代換密碼 174

16.1 簡單代換密碼的工作原理 174

16.2 簡單代換密碼程序的源代碼 175

16.3 運行簡單代換密碼程序的樣例 177

16.4 引入模塊、設置常量、創建

main()函數 177

16.5 sort()列表方法 179

16.6 包裹函數 179

16.7 translateMessage()函數 181

16.7.1 isupper()和islower()字符串

方法 182

16.7.2 用isupper()保留字符原大小寫

形式 183

16.8 生成隨機密鑰 184

16.9 調用main()函數 184

16.10 小結 185

16.11 習題 185

第 17章 破解簡單代換密碼 186

17.1 使用單詞模式進行解密 186

17.1.1 尋找單詞模式 187

17.1.2 尋找可能解密字母 187

17.2 破解程序總覽 188

17.3 單詞模式模塊 189

17.4 簡單代換破解程序的源代碼 190

17.5 簡單代換破解程序的運行示例 193

17.6 創建模塊和常量 193

17.7 用正則表達式查找字符 194

17.8 創建main()函數 194

17.9 向用戶顯示破解結果 195

17.10 創建密文映射 195

17.10.1 創建空映射 196

17.10.2 向映射添加字母 196

17.10.3 取兩個映射的交集 197

17.10.4 字母映射輔助函數的工作

原理 198

17.10.5 識別映射中已確定的明文

字母 201

17.10.6 測試removeSolvedLetterFrom-

Mapping()函數 203

17.11 hackSimpleSub()函數 203

17.11.1 replace()字符串方法 205

17.11.2 解密消息 205

17.11.3 在交互式運行環境中進行

解密 206

17.12 調用main()函數 207

17.13 小結 208

17.14 習題 208

第 18章 編寫維吉尼亞密碼 209

18.1 在維吉尼亞密碼中使用多字母

密鑰 209

18.1.1 密鑰越長，維吉尼亞密碼越

安全 211

18.1.2 選擇一把抗字典攻擊的密鑰 212

18.2 維吉尼亞密碼實現程序的源

代碼 212

18.3 運行維吉尼亞密碼實現程序的

樣例 214

18.4 引入模塊、設置常量和創建

main()函數 214

18.5 使用List-Append-Join模式

生成字符串 215

18.6 消息的加密與解密 216

18.7 調用main()函數 218

18.8 小結 218

18.9 習題 219

第 19章 頻率分析 220

19.1 分析文本中的字母頻率 220

19.2 匹配字母頻率 222

19.2.1 計算簡單代換密碼的頻率匹配

分數 222

19.2.2 計算置換密碼的頻率匹配分數 223

19.2.3 對維吉尼亞密碼進行頻率分析 224

19.3 計算字母頻率的源碼 224

19.4 以“ETAOIN”順序保存字母 226

19.5 對消息中的字母進行計數 227

19.6 獲取元組的第 一個成員 228

19.7 將消息中的字母按頻率大小

排序 228

19.7.1 getLetterCount()完成字母

計數 229

19.7.2 創建字典存儲頻率和字母列表 229

19.7.3 按ETAOIN順序排序字母列表 230

19.7.4 字典列表按頻率大小排序 233

19.7.5 創建列表存儲排序后的字母 235

19.8 計算消息的頻率匹配分數 235

19.9 小結 236

19.10 習題 237

第 20章 破解維吉尼亞密碼 238

20.1 運用字典式攻擊暴力破解維吉尼亞密碼 238

20.2 維吉尼亞密碼字典式破解程序的

源代碼 238

20.3 維吉尼亞密碼字典式破解程序的

運行樣例 239

20.4 關于維吉尼亞密碼破解程序 240

20.5 運用Kasiski檢測確定密鑰

長度 240

20.5.1 找到重復序列 240

20.5.2 求得間隔的因子 241

20.5.3 提取字符串的每個第N位

字母 242

20.5.4 使用頻率分析法逐個破解

子密鑰 243

20.5.5 暴力破解可能密鑰 245

20.6 維吉尼亞密碼破解程序的源

代碼 246

20.7 維吉尼亞密碼破解程序的運行

樣例 251

20.8 引入模塊、設置常量和創建

main()函數 251

20.9 尋找重復序列 252

20.10 求得間隔數的因子 254

20.10.1 通過set()函數去除重復元素 255

20.10.2 移除重復因子并對列表進行

排序 256

20.10.3 找到出現次數*多的因子 256

20.11 找到*可能的密鑰長度 258

20.11.1 extend()列表方法 258

20.11.2 擴展repeatedSeqSpacings

字典 259

20.11.3 從factorByCount中獲取因子 259

20.12 找到由相同子密鑰加密的

字母 260

20.13 嘗試用可能的密鑰長度進行

解密 261

20.13.1 print()的end關鍵字參數 263

20.13.2 以沉默模式執行程序或打印

信息 263

20.13.3 確定子密鑰的可能組合 264

20.13.4 以正確的大小寫形式打印解密

后的文本 267

20.14 返回破解后的消息 268

20.14.1 找到可能密鑰后跳出循環 268

20.14.2 用其他所有可能密鑰長度進行

暴力破解 269

20.15 調用main()函數 269

20.16 改變破解程序中的常量 269

20.17 小結 270

20.18 習題 271

第 21章 一次一密 272

21.1 不可破解的一次一密 272

21.1.1 密鑰長度等于消息長度 272

21.1.2 使密鑰真正隨機 274

21.1.3 避免兩次一密 274

21.2 為什么兩次一密是維吉尼亞

密碼 275

21.3 小結 276

21.4 習題 276

第 22章 素數的查找與生成 277

22.1 什么是素數 277

22.2 素數模塊的源代碼 279

22.3 素數模塊的調用樣例 281

22.4 試除法的原理 281

22.5 實現試除法檢測 283

22.6 埃拉托斯特尼篩法 283

22.7 使用埃拉托斯特尼篩法生成

素數 285

22.8 Rabin-Miller素性檢測算法 286

22.9 尋找大素數 287

22.10 生成大素數 288

22.11 小結 289

22.12 習題 289

第 23章 為公鑰密碼生成密鑰 290

23.1 公鑰密碼體制 290

23.2 認證的問題 291

23.2.1 數字簽名 292

23.2.2 謹防MITM攻擊 293

23.3 生成公鑰和私鑰的步驟 293

23.4 公鑰生成程序的源代碼 294

23.5 公鑰生成程序的示例運行 295

23.6 創建main()函數 296

23.7 通過generateKey()函數生成

密鑰 297

23.7.1 計算e的值 297

23.7.2 計算d的值 298

23.7.3 返回公私鑰對 298

23.8 通過makeKeyFiles()函數創建

密鑰文件 299

23.9 調用main()函數 300

23.10 混合密碼體制 301

23.11 小結 301

23.12 習題 301

第 24章 編寫公鑰密碼算法 302

24.1 公鑰密碼算法的實現原理 302

24.1.1 分組的創建 302

24.1.2 字符串轉換為分組 303

24.1.3 公鑰密碼算法進行加解密的

數學原理 305

24.1.4 分組轉換為字符串 306

24.1.5 為什么不能破解公鑰密碼 307

24.2 實現公鑰密碼算法的源代碼 309

24.3 公鑰密碼算法實現程序的運行

樣例 312

24.4 程序的設置 313

24.5 程序如何判斷加解密 314

24.6 通過getBlockFromText()函數

將字符串轉換為分組 315

24.6.1 min()函數及max()函數 315

24.6.2 將分組存儲在blockInt中 316

24.7 使用getTextFromBlocks()進行

解密 317

24.7.1 使用insert()列表方法 318



24.7.2 將消息列表合并為一個字符串 318

24.8 編寫encryptMessage()函數 319

24.9 編寫decryptMessage()函數 319

24.10 從密鑰文件中讀取公鑰和

私鑰 320

24.11 將加密的內容寫入文件 321

24.12 解密文件中的信息 323

24.13 調用main()函數 324

24.14 小結 324

附錄 調試Python代碼 326