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python 实现enigma machine密码机算法

news 2025/5/14 6:43:29

enigma machine密码机算法介绍

Enigma Machine（恩尼格玛密码机）是二战时期纳粹德国及其盟国使用的一种高级机械加密系统，其核心算法基于转子的复杂置换机制。以下是Enigma Machine算法的主要组成部分和工作原理：

主要组成部分

键盘：包含26个英文字母，作为输入端，用于输入明文信息。
转子（Rotors）：Enigma Machine通常包含三个或更多转子，这些转子内部有复杂的线路，用于对输入的字母进行多次置换。每个转子都有26个触点，对应26个英文字母。
反射器（Reflector）：也称为反射板或回文板，它将最后一个转子的输出信号反向送回转子系统，从而完成整个加密过程。反射器确保加密过程是自反的，即加密后的字母与输入字母一定不相同。
接线板（Plugboard）：一个可选的部件，用于在加密前对部分字母进行预置换，增加了加密的复杂性。
显示灯：包含26个英文字母，用于显示加密后的密文字母。

工作原理

设置Enigma Machine：发送者首先需要查阅国防军事密码本，找到当天的“每日密码”，并按照该密码来设置Enigma Machine。这包括选择转子的类型、安装顺序、初始位置，以及接线板的接线方式。
生成通信密码：发送者会想出三个字母作为“通信密码”，并将其加密。这三个字母的加密结果代表了三个转子的初始位置。
重置Enigma Machine：发送者根据通信密码重新设置Enigma Machine，将转子的初始位置调整到对应的位置。
加密消息：发送者将消息逐字从键盘键入，Enigma Machine通过转子的复杂置换和反射器的反向作用，将明文转换为密文。每个字母的输入都会导致转子转动，从而改变后续的加密过程。
拼接密文：将加密后的通信密码与加密后的消息进行拼接，作为最终通信传输的密文信息。

算法特点

多表置换：通过转子的多次置换，Enigma Machine实现了从单表置换到多表置换的转变，大大增加了加密的复杂性。
自反性：反射器的使用确保了加密过程是自反的，即加密后的字母与输入字母一定不相同。
高保密性：由于转子的配置、初始位置、接线板的接线方式等都可以灵活调整，Enigma Machine在二战期间提供了相对较高的保密性。

enigma machine密码机算法python实现样例

以下是一个简单的Python实现Enigma密码机算法的示例代码：

class EnigmaMachine:def __init__(self, rotor_positions, reflector):self.rotors = rotor_positionsself.reflector = reflectordef encode(self, message):encoded_message = ""for char in message:if char.isalpha():encoded_char = self.process_character(char)encoded_message += encoded_charelse:encoded_message += charreturn encoded_messagedef process_character(self, char):char = char.upper()rotor_chars = self.rotors[0]rotor_chars = self.rotate_rotor(rotor_chars)for i in range(1, len(self.rotors)):rotor_chars = self.rotate_rotor(rotor_chars)rotor_chars = self.substitute_character(rotor_chars)reflected_char = self.reflector[char]rotor_chars = self.substitute_character(rotor_chars, reflected_char)encoded_char = self.rotors[0][ord(rotor_chars) - ord('A')]return encoded_chardef rotate_rotor(self, rotor_chars):rotor_chars = rotor_chars[1:] + rotor_chars[0]return rotor_charsdef substitute_character(self, rotor_chars, char=None):substituted_chars = ""for c in rotor_chars:if c == char:substituted_chars += rotor_chars[0]else:substituted_chars += creturn substituted_chars# 设置轮子初始位置
rotor_positions = ['EKMFLGDQVZNTOWYHXUSPAIBRCJ',  # Rotor I'AJDKSIRUXBLHWTMCQGZNPYFVOE',  # Rotor II'BDFHJLCPRTXVZNYEIWGAKMUSQO']  # Rotor III# 设置反射器
reflector = {'A': 'Y', 'B': 'R', 'C': 'U', 'D': 'H', 'E': 'Q', 'F': 'S', 'G': 'L', 'H': 'D','I': 'P', 'J': 'X', 'K': 'N', 'L': 'G', 'M': 'O', 'N': 'K', 'O': 'M', 'P': 'I','Q': 'E', 'R': 'B', 'S': 'F', 'T': 'Z', 'U': 'C', 'V': 'W', 'W': 'V', 'X': 'J','Y': 'A', 'Z': 'T'}# 创建EnigmaMachine实例
enigma = EnigmaMachine(rotor_positions, reflector)# 输入明文
plaintext = "HELLO WORLD"# 加密
ciphertext = enigma.encode(plaintext)print("Ciphertext:", ciphertext)