Python密码学编程

目录

第 1章　制作纸质加密工具　1

1.1　密码学是什么　1

1.2　代码与加密法　2

1.3　制作纸质加密轮盘　2

1.4　虚拟加密轮盘　4

1.5　如何使用加密轮盘加密　4

1.6　如何使用加密轮盘解密　5

1.7　另一个加密法工具：St. Cyr滑条　6

1.8　A组练习　6

1.9　不用纸质工具做加密　7

1.10　B组练习　9

1.11　双重强度加密　9

1.12　通过计算机编程进行加密　9

第 2章　Pygame基础知识　11

2.1　下载和安装Python　11

2.1.1　Windows安装步骤　11

2.1.2　OS X安装步骤　12

2.1.3　Ubuntu和Linux安装步骤　12

2.2　下载pyperclip.py　12

2.3　启动IDLE　12

2.4　特色程序　13

2.5　行号和空格　14

2.6　本书的文本换行　14

2.7　在线跟踪程序　15

2.8　使用在线比较工具检查输入的

代码　15

2.9　复制粘贴文本　15

2.10　更多信息链接　15

2.11　编程和密码学　16

第3章　Interactive Shell　20

3.1　一些简单的数学知识　20

3.2　整数和浮点数　21

3.3　表达式　21

3.4　运算符顺序　22

3.5　计算表达式　22

3.6　错误是可以接受的　22

3.7　A组练习　23

3.8　每个值都有一个数据类型　23

3.9　通过赋值语句把值存到变量里　23

3.10　重写变量　24

3.11　使用多个变量　25

3.12　变量名　26

3.13　驼峰式大小写　26

3.14　B组练习　26

3.15　总结——那我们什么时候开始

破译　26

第4章　字符串和写程序　28

4.1　字符串　28

4.2　使用+运算符的字符串连接　29

4.3　使用*运算符的字符串复制　30

4.4　使用print()函数输出值　30

4.5　转义字符　31

4.6　引号和双引号　32

4.7　A组练习　32

4.8　索引操作　33

4.9　负索引　33

4.10　分片操作　34

4.11　空分片索引　35

4.12　B组练习　35

4.13　在IDLE的文件编辑器里写程序　35

4.14　Hello World!　36

4.15　Hello World的源代码　36

4.16　保存你的程序　37

4.17　运行你的程序　37

4.18　打开你保存的程序　38

4.19　“Hello World”程序如何工作　38

4.20　注释　38

4.21　函数　39

4.22　print()函数　39

4.23　input()函数　39

4.24　结束程序　40

4.25　C组练习　40

4.26　总结　40

第5章　反转加密　41

5.1　反转加密　41

5.2　反转加密程序的源代码　41

5.3　运行反转加密程序　42

5.4　用在线比较工具检查你的源代码　42

5.5　这个程序如何工作　43

5.6　len()函数　43

5.7　while循环简介　44

5.8　布尔数据类型　44

5.9　比较运算符　45

5.10　条件　46

5.11　代码块　47

5.12　while循环语句　47

5.13　“增长”一个字符串　48

5.14　一步一步跟踪程序　50

5.15　在我们的程序里使用input()　52

5.16　A组练习　52

5.17　总结　52

第6章　凯撒加密法　53

6.1　实现程序　53

6.2　凯撒加密程序的源代码　53

6.3　运行凯撒加密程序　54

6.4　使用在线比较工具检查你的

源代码　55

6.5　A组练习　55

6.6　这个程序如何工作　55

6.7　使用import语句导入模块　55

6.8　常量　56

6.9　upper()和lower()字符串方法　57

6.10　for循环语句　58

6.11　相当于for循环的while循环　59

6.12　B组练习　59

6.13　if语句　59

6.14　else语句　60

6.15　elif语句　60

6.16　in和not in运算符　61

6.17　find()字符串方法　62

6.18　C组练习　62

6.19　回到代码　62

6.20　显示和复制加密/解密之后的

字符串　64

6.21　加密非字母字符　65

6.22　总结　66

第7章　暴力破译凯撒加密法　67

7.1　破译加密　67

7.2　暴力破译　67

7.3　凯撒加密法破译程序的源代码　68

7.4　运行凯撒加密法破译程序　68

7.5　这个程序如何工作　69

7.6　range()函数　69

7.7　回到代码　70

7.8　字符串格式化　72

7.9　A组练习　72

7.10　总结　72

第8章　使用换位加密法加密　73

8.1　换位加密法　73

8.2　A组练习　74

8.3　换位加密法加密程序　74

8.4　换位加密法加密程序的源代码　75

8.5　运行换位加密法加密程序　76

8.6　这个程序如何工作　76

8.7　使用def语句创建你自己的函数　76

8.8　程序的main()函数　77

8.9　形参　78

8.10　对形参的修改只存在于函数

之内　79

8.11　全局作用域和本地作用域里的

变量　79

8.12　global语句　79

8.13　B组练习　81

8.14　列表数据类型　81

8.15　使用list()函数把区间对象转换

成列表　82

8.16　重新赋值列表里的项　83

8.17　重新赋值字符串里的字符　83

8.18　列表的列表　83

8.19　C组练习　84

8.20　在列表上使用len()和in运算符　84

8.21　使用+和*运算符的列表连接和

复制　85

8.22　D组练习　85

8.23　换位加密算法　85

8.24　增强赋值运算符　88

8.25　回到代码　88

8.26　join()字符串方法　90

8.27　返回值和return语句　91

8.28　E组练习　91

8.29　回到代码　91

8.30　特殊的__name__变量　92

8.31　密钥的大小和消息的长度　93

8.32　总结　93

第9章　使用换位加密法解密　94

9.1　在纸上使用换位加密法解密　94

9.2　练习A组　96

9.3　换位加密法解密程序　96

9.4　换位加密法解密程序的源代码　96

9.5　这个程序如何工作　97

9.6　math.ceil()、math.floor()和round()函数　98

9.7　and和or布尔运算符　101

9.8　B组练习　102

9.9　真值表　102

9.10　and和or运算符可以简化代码　103

9.11　布尔运算符的运算顺序　103

9.12　回到代码　103

9.13　C组练习　105

9.14　总结　105

第 10章　写一个程序测试我们的程序　106

10.1　换位加密法测试程序的源代码　106

10.2　运行换位加密法测试程序　107

10.3　这个程序如何工作　108

10.4　伪随机数和random.seed()

函数　108

10.5　random.randint()函数　109

10.6　引用　110

10.7　copy.deepcopy()函数　112

10.8　A组练习　112

10.9　random.shuffle()函数　112

10.10　随机打乱一个字符串　113

10.11　回到代码　114

10.12　sys.exit()函数　114

10.13　测试我们的测试程序　115

10.14　总结　116

第 11章　加密和解密文件　117

11.1　纯文本文件　117

11.2　换位加密法文件加密程序的

源代码　118

11.3　运行换位加密法文件加密程序　120

11.4　读取文件　120

11.4.1　open()函数和文件对象　120

11.4.2　read()文件对象方法　120

11.4.3　close()文件对象方法　121

11.5　写入文件　121

11.5.1　write()文件对象方法　122

11.6　这个程序如何工作　122

11.7　os.path.exists()函数　123

11.8　startswith()和endswith()字符串方法　123

11.9　title()字符串方法　124

11.10　time模块和time.time()函数　125

11.11　回到代码　126

11.12　A组练习　126

11.13　总结　127

第 12章　通过编程检测英文　128

12.1　计算机如何理解英文　128

12.2　A组练习　130

12.3　检测英文模块　130

12.4　检测英文模块的源代码　130

12.5　这个程序如何工作　131

12.6　词典和词典数据类型　132

12.7　添加或修改词典里的项　132

12.8　B组练习　133

12.9　在词典上使用len()函数　133

12.10　在词典上使用in运算符　133

12.11　在词典上使用for循环　134

12.12　C组练习　134

12.13　词典与列表之间的区别　134

12.14　在词典上查找项比在列表上

更快　135

12.15　split()方法　135

12.16　None值　136

12.17　回到代码　136

12.18　“除以零”错误　138

12.19　float()、int()和str()函数以及

整数除法　138

12.20　D组练习　139

12.21　回到代码　139

12.22　append()列表方法　139

12.23　默认参数值　140

12.24　计算比例　141

12.25　E组练习　142

12.26　总结　143

第 13章　破译换位加密法　144

13.1　换位加密法破译程序的源代码　144

13.2　运行换位加密法破译程序　145

13.3　这个程序如何工作　146

13.4　使用三引号的多行字符串　146

13.5　回到代码　147

13.6　strip()字符串方法　148

13.7　A组练习　150

13.8　总结　150

第 14章　取模运算与乘数加密法和

仿射加密法　151

14.1　噢，不，数学！　151

14.2　数学，噢耶！　151

14.3　取模运算（又名时钟运算）　151

14.4　取模运算符%　152

14.5　A组练习　153

14.6　GCD：**大公约数（又名**大

公因数）　153

14.7　使用古氏积木（Cuisenaire rods）可视化因数和GCD　154

14.8　B组练习　155

14.9　多重赋值　155

14.10　通过多重赋值交换值　156

14.11　找出两个数字的GCD的

欧几里得算法　156

14.12　“互质”　157

14.13　C组练习　157

14.14　乘数加密法　157

14.15　D组练习　159

14.16　乘数加密法 + 凯撒加密法 =

仿射加密法　159

14.17　仿射密钥的第 一个问题　159

14.18　使用仿射加密法解密　160

14.19　找出模逆　161

14.20　//整数除法运算符　161

14.21　cryptomath模块的源代码　162

14.22　E组练习　163

14.23　总结　163

第 15章　仿射加密法　164

15.1　仿射加密法程序的源代码　164

15.2　运行仿射加密法程序　166

15.3　A组练习　166

15.4　这个程序如何工作　166

15.5　把一个密钥分成两个密钥　167

15.6　元祖数据类型　168

15.7　密钥的输入验证　168

15.8　仿射加密法加密函数　169

15.9　仿射加密法解密函数　170

15.10　生成随机密钥　171

15.11　仿射密钥的第 二个问题：仿射加密法可以有多少个密钥　172

15.12　总结　173

第 16章　破译仿射加密法　174

16.1　仿射加密法破译程序的

源代码　174

16.2　运行仿射加密法破译程序　175

16.3　这个程序如何工作　176

16.4　仿射加密法破译函数　177

16.5　**指数运算符　177

16.6　continue语句　178

16.7　A组练习　180

16.8　总结　180

第 17章　简单替代加密法　181

17.1　使用纸笔实现简单替代加密法　181

17.2　A组练习　182

17.3　简单替代加密法的源代码　182

17.4　运行简单替代加密法程序　183

17.5　这个程序如何工作　184

17.6　程序的main()函数　184

17.7　sort()列表方法　185

17.8　包装器函数　186

17.9　程序的translateMessage()

函数　187

17.10　isupper()和islower()字符串

方法　189

17.11　B组练习　190

17.12　生成随机密钥　190

17.13　加密空格和标点符号　191

17.14　C组练习　191

17.15　总结　192

第 18章　破译简单替代加密法　193

18.1　计算单词模式　193

18.2　获取密词的候选单词列表　194

18.3　A组练习　195

18.4　单词模式模块的源代码　195

18.5　运行单词模式模块　196

18.6　这个程序如何工作　197

18.7　pprint.pprint()和pprint.

pformat()函数　197

18.8　在Python里使用列表创建

字符串　198

18.9　计算单词模式　199

18.10　单词模式程序的main()函数　200

18.11　破译简单替代加密法　202

18.12　简单替代破译程序的源代码　202

18.13　破译简单替代加密法（理论）　205

18.14　使用Interactive Shell探索

破译函数　205

18.15　这个程序如何工作　209

18.16　导入所有东西　209

18.17　正则表达式和sub()正则方法

简介　210

18.18　破译程序的main()函数　211

18.19　部分破译加密法　211

18.20　空密字映射　212

18.21　把字母添加到密字映射　213

18.22　计算两个字母映射的交集　214

18.23　从密字映射移除已经破译的

字母　215

18.24　破译简单替代加密法　217

18.25　从密字映射创建密钥　219

18.26　我们不能把空格也加密吗　220

18.27　总结　220

第 19章　维吉尼亚加密法　221

19.1　不可破译的加密法　221

19.2　维吉尼亚密钥里的多个“密钥”　221

19.3　维吉尼亚加密法程序的源代码　224

19.4　运行维吉尼亚加密法程序　226

19.5　这个程序如何工作　227

19.6　总结　230

第 20章　频率分析　231

20.1　字母频率和ETAOIN　231

20.1.1　匹配字母频率　232

20.1.2　计算频率匹配分值的例子　233

20.1.3　另一个计算频率匹配分值的例子　233

20.1.4　破译每个子密钥　234

20.2　匹配字母频率的代码　234

20.3　这个程序如何工作　236

20.4　**常见的字母“ETAOIN”　237

20.5　这个程序的getLettersCount()

函数　237

20.6　这个程序的getItemAtIndex

Zero()函数　238

20.7　这个程序的getFrequencyOrder()函数　238

20.8　sort()方法的key和reverse关键字参数　239

20.9　把函数作为值传递　240

20.10　通过keys()、values()和items()词典方法把词典转换成列表　241

20.11　对词典的项进行排序　242

20.12　这个程序的englishFreqMatch

Score()函数　243

20.13　总结　244

第 21章　破译维吉尼亚加密法　245

21.1　词典攻击　245

21.2　维吉尼亚词典攻击程序的源代码　245

21.3　运行维吉尼亚词典破译程序　246

21.4　readlines()文件对象方法　247

21.5　巴贝奇攻击和卡西斯基试验　247

21.6　卡西斯基试验的第 1步——

找出重复序列的间距　247

21.7　卡西斯基试验的第 2步——

获取间距的因数　248

21.8　从字符串获取每隔N个字母　249

21.9　频率分析　249

21.10　暴力破译可能密钥　251

21.11　维吉尼亚破译程序的源代码　251

21.12　运行维吉尼亚破译程序　256

21.13　这个程序如何工作　258

21.14　找出重复序列　259

21.15　计算因数　260

21.16　通过set()函数来移除重复值　261

21.17　卡西斯基测试算法　263

21.18　extend()列表方法　264

21.19　print()的end关键字参数　268

21.20　itertools.product()函数　269

21.21　break语句　272

21.22　A组练习　273

21.23　修改破译程序的常量　273

21.24　总结　274

第 22章　一次密码本加密法　275

22.1　牢不可破的一次密码本加密法　275

22.2　为什么一次密码本加密法是

牢不可破的　275

22.3　小心伪随机　276

22.4　小心二次密码本加密法　277

22.5　二次密码本加密法就是维吉尼亚加密法　277

22.6　A组练习　278

22.7　总结　278

第 23章　寻找质数　279

23.1　质数　279

23.2　合数　280

23.3　质数筛选模块的源代码　280

23.4　这个程序如何工作　281

23.5　如何判断一个数字是不是质数　282

23.6　埃拉托色尼筛选法　283

23.7　primeSieve()函数　284

23.8　检测质数　285

23.9　拉宾米勒模块的源代码　285

23.10　运行拉宾米勒模块　287

23.11　这个程序如何工作　287

23.12　拉宾米勒算法　287

23.13　新的经过改进的isPrime()函数　288

23.14　总结　289

第 24章　公钥密码学和RSA加密法　291

24.1　公钥密码学　291

24.2　“课本”RSA的危险　292

24.3　身份验证的问题　292

24.4　中间人攻击　293

24.5　生成公钥和私钥　293

24.6　RSA密钥生成程序的源代码　294

24.7　运行RSA密钥生成程序　295

24.8　这个密钥生成程序如何工作　296

24.9　这个程序的generateKey()函数　297

24.10　RSA密钥文件格式　299

24.11　混合加密机制　300

24.12　RSA加密法程序的源代码　300

24.13　运行RSA加密法程序　303

24.14　A组练习　304

24.15　数字签名　304

24.16　RSA加密法程序如何工作　306

24.17　ASCII：使用数字来表示字符　307

24.18　chr()和ord()函数　308

24.19　B组练习　308

24.20　区块　308

24.21　使用getBlocksFromText()把

字符串转成区块　311

24.22　encode()字符串方法和字节数

据类型　311

24.23　bytes()函数和decode()bytes

方法　312

24.24　C组练习　312

24.25　回到代码　313

24.26　min()和max()函数　313

24.27　insert()列表方法　315

24.28　RSA加密和解密的数学运算　316

24.29　pow()函数　317

24.30　从密钥文件读取公钥和私钥　318

24.31　完整的RSA加密流程　318

24.32　完整的RSA解密流程　320

24.33　D组练习　321

24.34　我们为什么不能破译RSA

加密法　321

24.35　总结　323