C++ 中的 Polybius 方形密码

2025年5月10日 | 阅读 4 分钟

一个可以将字母转换为数字的表格称为波利比亚方阵。这个表格可以与接收方共享并随机生成，以增加加密的难度。字母“i”和“j”通常合并到一个单元格中，以适应表格创建的 25 个单元格中的 26 个字母。由于古希腊字母有 24 个字母，因此从未出现过困难。

波利比亚方阵密码是一种简单的替换密码，它通常用于通过将每个字母或符号转换为一对数字坐标来编码消息。

它是如何运作的？

制作一个5 × 5的网格，并用字母表中的字母填充它（除了“J”）。字母 A 到 I，然后是 K 到 Z，可以逐行填充网格。

A B C D E
F G H I K
L M N O P
Q R S T U
V W X Y Z

要加密消息，请将网格中的每个字母替换为相应的行号和列号。例如，字符“C”将由代码“11”（第 1 行，第 1 列）表示。
您所要做的就是将每组数字转换回匹配的字母来解密消息。

伪代码

function encryptionx(plaintxt):
    grids = createGrids()
    ciphertxt = ""
    for each character in plaintxt:
        if the character is in the grids:
            find the coordinates of the character in the grids
            append the coordinates to ciphertxt
    return ciphertxt

function decryptionx(ciphertxt):
    grids = createGrids()
    plaintxt = ""
    for each pair of characters in ciphertxt:
        find the character at the coordinates in the grids
        append the character to plaintxt
    return plaintxt

function createGrids():
    grids = 5x5 array of characters
    fill the grids with the letters A - Z(excluding J)
    return grids

程序 1

让我们举一个例子来说明 C++ 中的波利比亚方阵密码。

#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
class Polybius {
private:
    std::map<char, std::string> encryptMap;
    std::map<std::string, char> decryptMap;
public:
    Polybius() {
        // Initialize the encryption and decryption maps
        char row = 'A';
        char col = 'A';
        for (int x= 0; x < 28; ++x) {
            std::string coords = std::string(1, row) + std::string(1, col);
            encryptMap['A' + x] = coords;
            decryptMap[coords] = 'A' + x;
            ++col;
            if (col > 'Z') {
                col = 'A';
                ++row;
            }
        }
        // Add the last character ('Z') at the end of the grid
        encryptMap['Z'] = "63";
        decryptMap["63"] = 'Z';
    }
    std::string encrypt(const std::string& plaintext) {
        std::string ciphertext;
        for (char c: plaintext) {
            if (std::isalpha(c)) {
                ciphertext += encryptMap[std::toupper(c)];
            }
        }
        return ciphertext;
    }
    std::string decrypt(const std::string& ciphertext) {
        std::string plaintext;
        for (size_t i = 0; i < ciphertext.length(); i += 2) {
            std::string coords = ciphertext.substr(i, 2);
            plaintext += decryptMap[coords];
        }
        return plaintext;
    }
};
int main() {
    Polybius ciphers;
    std::string plaintext = "HELLO";
    std::string ciphertext = ciphers.encrypt(plaintext);
    std::cout << "Encrypted: " << ciphertext << std::endl;
    std::string decrypted = ciphers.decrypt(ciphertext);
    std::cout << "Decrypted: " << decrypted << std::endl;
    return 0;
}

输出

程序 2

让我们再举一个例子来说明 C++ 中的波利比亚方阵密码。

#include <iostream>
#include <string>
#include <cctype>
class Polybius {
public:
    std::string encrypt(const std::string& plaintext) {
        std::string ciphertext;
        for (char c: plaintext) {
            if (std::isalpha(c)) {
                int rows, cols;
                getCoordinates(c, rows, cols);
                ciphertext += std::to_string(rows) + std::to_string(cols);
            }
        }
        return ciphertext;
    }

    std::string decrypt(const std::string& ciphertext) {
        std::string plaintext;
        for (size_t x = 0; x < ciphertext.length(); x += 2) {
            int rows = ciphertext[x] - '0';
            int cols = ciphertext[x + 1] - '0';
            plaintext += getCharacter(rows, cols);
        }
        return plaintext;
    }

private:
    void getCoordinates(char c, int& rows, int& cols) {
        c = std::toupper(c);
        if (c == 'J')
            c = 'I'; // Treat 'J' as 'I'
        rows = (c - 'A') / 5 + 1;
        cols = (c - 'A') % 5 + 1;
    }

    char getCharacter(int row, int col) {
        char c = (row - 1) * 5 + col - 1 + 'A';
        if (c >= 'J')
            c++; // Skip 'J'
        return c;
    }
};

int main() {
    Polybius cipher;
    std::string plaintext = "HELLO";
    std::string ciphertext = cipher.encrypt(plaintext);
    std::cout << "Encrypted: " << ciphertext << std::endl;
    std::string decrypted = cipher.decrypt(ciphertext);
    std::cout << "Decrypted: " << decrypted << std::endl;
    return 0;
}

输出

波利比亚方阵密码的优点是直截了当，易于使用和理解。它容易受到频率分析和其他传统密码分析技术的影响，这使其不如更现代的加密方案安全。

总而言之，波利比亚方阵密码不适用于需要强加密的场景，即使在不需要高安全性时，它也可以是编码通信或出于教学目的的有用工具。

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