Playfair 密码在 Python 中的实现

Playfair 密码是一种多字母替换密码，由查尔斯·惠斯通爵士于1854年发明。它使用一个5x5的字母网格（通常称为密钥方格）进行加密和解密。密钥方格由一个关键词构建，关键词的字母首先按顺序排列在密钥方格中，然后填充字母表中剩余的字母，排除“j”（通常与“i”视为相同）。

逐步解释如下：

• 密钥生成： 第一步，从给定的密钥生成一个5x5的矩阵，称为“密钥方格”。密钥首先转换为大写并删除所有空格。之后，将密钥的字母添加到密钥方格中，并确保消除任何重复。字母表中剩余的字母按顺序排列，然后添加到密钥方格中以填充矩阵的其余部分。
• 加密： 目标消息首先转换为大写并删除所有空格。如果消息长度为奇数，则在末尾添加一个“X”使其变为偶数。之后，消息被分成字母对，每对使用密钥方格进行加密。加密如下：如果两个字母在同一行，则使用密钥方格中它们右侧的字母。同一列中的字母用于密钥方格中下方的字母。如果字母位于不同行和列，则使用与第一个字母位于同一行且与第二个字母位于同一列的密钥方格中的字母，反之亦然。
• 解密： 解密只是加密的反向操作。使用相同的密钥方格，解密密文并将其转换回原始明文。

例如

Playfair 密码加密和解密的完整 Python 代码实现

输出

ripnldcnnppqdmkkqpuudmnppqfrnm
shesellsseashellsattheseashore

• 时间复杂度： Playfair 密码的时间复杂度为O(n^2)，其中n是消息的长度。这是因为消息中的每个二字母组都必须通过在密钥方格中查找其行和列索引来加密或解密，这需要为每个二字母组迭代密钥方格。对于大型消息，这可能会使密码变慢。
• 密钥大小： Playfair 密码的密钥大小相对较小，因为它使用一个5x5 的密钥方格，可以填充25 个不同的字母。但是，由于“j”通常与“i”视为相同，并且填充字母表中剩余字母的规则，密钥空间进一步减小。这意味着有效密钥大小更接近 23 或 24 个字母。此外，密码的安全性取决于关键词的保密性，这可能容易受到已知明文和选择明文攻击。
• 安全性： 根据现代标准，Playfair 密码被认为相对较弱，因为它很容易被已知明文和选择明文攻击破解。此外，该密码容易受到频率分析攻击，因为密文中二字母组的频率会暴露有关明文的信息。但是，通过使用更长的关键词、更安全的填充方案以及额外的加密层，可以提高密码的安全性。
• 实现细节： Playfair 密码的具体实现会影响其安全性和鲁棒性。例如，可以为处理重复的明文字母或处理奇数长度的消息使用不同的规则。此外，一些实现使用额外的加密层，例如置换密码或密钥方格的排列。仔细的测试和验证对于确保实现安全且对已知攻击具有鲁棒性至关重要。

由于其相对较弱和有限的密钥空间，不建议在现代应用程序中使用。