1. 原理介紹

柵欄密碼按照排列的順序將明文(去掉空格)寫入 m 行 n 列的數組,按照行的順序將字符重新組合得到密文,這種方法稱為 m 欄柵欄密碼。比較常見的是 2 欄柵欄密碼。一般來說,是給定 m,然后通過加密文本的長度確定 n。以文本 ILoveYou,YouLoveMe,行數 m=4 為例:

1.1 加密

(1) 首先將文本按如下方式排列,按列將文本排列成 m 行的柵欄

(2) 將文本按行取出,得到密文 Ie,LMLYYoeooovvuue

事實上,加密過程就是把明文按 m 個分組,先取每組第 1 個,再取每組第 2 個,空缺的部分跳過,直至全部取完為止

1.2 解密

(1) 首先通過密文的長度 len = 18 和柵欄的欄數 m = 4 確定柵欄的列數 n;
計算 len / m 得到商 q 和余數 r,如果余數 r = 0,那么 n = q;否則 n = q + 1;
此處 n = 5

(2) 將密文按行排列,重新生成 m 行 n 列的數組

(3) 將上述數組由上至下,由左至右讀取,恢復明文 ILoveYou,YouLoveMe

事實上,解密過程就是先計算出 n 和 r 后,將密文分成 m 組,前 m - r 組按 n 為單位分組,后 r 組按 n - 1 為單位分組,按照類似加密的方式執行,還原出明文

(1) 計算出 n = 5,r = 2,mid = (m - r) · n = 10, Len = 18

(2) 前 mid 個密文以 5 為單位分組,后 Len - mid = 8 個密文以 n - 1 = 4 為單位分組,得到

(3) 按照加密的方式讀取分組,得到明文

2. 具體實現(python)

2.1 加密

def encrypt(plaintext: str, m: int):    """    :param plaintext: 明文    :param m: 欄數    :return: 密文    """    ciphertext, length = [], len(plaintext)    for i in range(m):  # 取出每個分組第 i 個元素        for j in range(i, length, m):            ciphertext.append(plaintext[j])    return ''.join(ciphertext)

2.2 解密

def decrypt(ciphertext: str, m: int):    """    :param ciphertext: 密文    :param m: 欄數    :return: 明文    """    plaintext, length = [], len(ciphertext)    q, r = pmod(length, m)    n = (q + 1) if r else q  # 計算 n    mid = n * (m - r)    for i in range(n - 1):        # 前 m-r 個分組        for j in range(i, mid, n):            plaintext.append(ciphertext[j])        # 后 r 個分組        for j in range(mid + i, length, n - 1):            plaintext.append(ciphertext[j])    # 前 m-r 個分組最后一個元素    for j in range(n - 1, mid, n):        plaintext.append(ciphertext[j])    return ''.join(plaintext)

3. 其它

柵欄密碼除了上述的方式,還有一種為 W型柵欄,此處不作介紹

參考資料:《密碼學實驗教程》