如何使用C语言实现Vigenère密码加解密

如何使用C语言实现Vigenère密码加解密

在洛谷看到这题，觉得有意思，遂写。

参考文章：C语言实现Vigenere加解密算法（附带源码）

1. Vigenère密码简介与原理

Vigenère密码是一种多表密码，使用一系列凯撒密码（Caesar cipher）来实现加密。在Vigenère密码中，明文中的每个字符都被替换为密文中的对应字符，而密钥用于确定使用哪个凯撒密码表。具体来说，明文中的每个字符都会根据密钥中的字符进行位移，从而生成密文。如图：
加密例子：明文：HELLO，密钥：KEY，加密后：RIJVS

对照表中，先将密钥填充至与明文长度相同：KEYKE。然后在对照表中找到明文字符对应的密文字符，如第一个字符在对照表中的K行找到H列，对应的字符是R，于是第一个字符就被加密成R。以此类推，直到明文全部加密完成。

实际操作中，其实就是一系列的不同的凯撒密码加密，而密钥决定了使用哪个凯撒密码表，这里不赘述。我们把字母转换成数字（A = 0，B = 1，……），写成公式可以表达成：

加密：C = （P + K）% 26

其中C为密文字符数，P为明文字符数，K为密钥字符。同样可以得到解密公式：

解密：P = （C - K + 26）% 26

2.具体实现

这里仅给出函数实现，以及省略了引入string.h和ctype.h头文件。

我们可以考虑先忽略字母的大小写，解密后再对照原文判断是否转换大小写。先实现字母转数字、数字转字母的函数：

int Char_to_Number(char c)
{
    return c - 'A';
}

char Number_to_Char(int num, char origin)
{
    char c = 'A' + num;
    //* 对照原文
    if (islower(origin))
    {
        return tolower(c);
    }
    return c;
}

解码：

char *Decode(char *key, char *C, char *M)
{
    for (int i = 0, j = 0; i < strlen(C); i++)
    {
        if (isalpha(C[i]))
        {
            int keyNum = Char_to_Number(key[j % strlen(key)]); // 填充密钥
            int CNum = Char_to_Number(C[i]);
            int MNum = (CNum - keyNum + 26) % 26;
            M[i] = Number_to_Char(MNum, C[i]);
            // 不能在循环体里面写j++😡，否则遇到非字母字符j也会增加
            j++; 
        }
        else
        {
            M[i] = C[i];
        }
    }
    return M;
}

加密：

char *Encode(char *key, char *M, char *C)
{
    for (int i = 0, j = 0; i < strlen(M); i++)
    {
        if (isalpha(M[i]))
        {
            int keyNum = Char_to_Number(key[j % strlen(key)]);
            int MNum = Char_to_Number(M[i]);
            int CNum = (MNum + keyNum) % 26;
            C[i] = Number_to_Char(CNum, M[i]);
            j++;
        }
        else
        {
            C[i] = M[i];
        }
    }
}

完整测试用例代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>

int Char_to_Number(char c);
char Number_to_Char(int num, char origin);
char *Decode(char *key, char *C, char *M);
char *Encode(char *key, char *M, char *C);

int main()
{
    char key[101];
    char C[1001];
    char M[1001];

    fgets(key, sizeof(key), stdin);
    fgets(C, sizeof(C), stdin);
    key[strcspn(key, "\n")] = '\0';
    C[strcspn(C, "\n")] = '\0';
    Decode(key, C, M);

    printf("%s\n", M);
    // Encode(key, M, C);
    // printf("%s\n", C);

    return 0;
}

int Char_to_Number(char c)
{
    return toupper(c) - 'A';
}

char Number_to_Char(int num, char origin)
{
    char c = 'A' + num;
    //* 对照原文
    if (islower(origin))
    {
        return tolower(c);
    }
    return c;
}

char *Decode(char *key, char *C, char *M)
{
    for (int i = 0, j = 0; i < strlen(C); i++)
    {
        if (isalpha(C[i]))
        {
            int keyNum = Char_to_Number(key[j % strlen(key)]); // 填充密钥
            int CNum = Char_to_Number(C[i]);
            int MNum = (CNum - keyNum + 26) % 26;
            M[i] = Number_to_Char(MNum, C[i]);
            j++; // 不能在循环体里面写j++😡，否则遇到非字母字符j也会增加
        }
        else
        {
            M[i] = C[i];
        }
    }
    return M;
}

char *Encode(char *key, char *M, char *C)
{
    for (int i = 0, j = 0; i < strlen(M); i++)
    {
        if (isalpha(M[i]))
        {
            int keyNum = Char_to_Number(key[j % strlen(key)]);
            int MNum = Char_to_Number(M[i]);
            int CNum = (MNum + keyNum) % 26;
            C[i] = Number_to_Char(CNum, M[i]);
            j++;
        }
        else
        {
            C[i] = M[i];
        }
    }
}

3. 总结

知道了加解密公式，实现起来就很简单，以及注意需要对照原文判断转换字母的大小写。

介绍和图片来源于网络，侵删。