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背景介绍

在信息安全日益重要的今天，密码学作为保护数据安全的重要手段，已经成为计算机科学中的核心内容之一。古典密码学是密码学的早期形式，如凯撒密码（Caesar Cipher）和替换密码（Substitution Cipher），它们虽然在现代加密技术中已经不再安全，但作为学习密码学原理的入门工具，仍然具有重要的教育意义。

本项目旨在开发一个简易的密码学学习工具，支持对文本进行凯撒密码和替换密码的加密与解密操作。用户可以选择加密或解密模式，输入文本和密钥（如偏移量），并查看加密/解密结果以及对应的算法说明。该工具可以运行在本地环境中，无需依赖复杂的外部服务，适合中级以下开发者学习和实践。

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思路分析

功能目标

• 支持凯撒密码和替换密码的加密与解密。
• 用户可以选择加密或解密模式。
• 输入文本和密钥（如偏移量）。
• 输出加密/解密结果和算法说明。

技术实现思路

1. 凯撒密码：通过将每个字母向后或向前移动指定的偏移量实现加密和解密。
2. 替换密码：使用一个自定义的字母替换表，对每个字符进行替换。
3. 输入输出：通过命令行或简单的图形界面（如Tkinter）实现用户输入和结果展示。
4. 算法说明：在输出结果中附带简要的算法解释。

技术选型

• 编程语言：Python（因其简洁易用，适合快速开发和教学）
• 模块：string（用于字母处理）、tkinter（用于图形界面）

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代码实现

以下是一个基于Python的命令行版本实现，支持凯撒密码和替换密码的加密与解密功能。

import string

# 凯撒密码加密函数
def caesar_encrypt(text, shift):
    result = ""
    for char in text:
        if char.isalpha():
            # 判断大小写
            base = ord('A') if char.isupper() else ord('a')
            # 计算加密后的字符
            encrypted_char = chr((ord(char) - base + shift) % 26 + base)
            result += encrypted_char
        else:
            # 非字母字符保持不变
            result += char
    return result

# 凯撒密码解密函数
def caesar_decrypt(text, shift):
    return caesar_encrypt(text, -shift)

# 替换密码加密函数
def substitution_encrypt(text, key_map):
    result = ""
    for char in text:
        if char in key_map:
            result += key_map[char]
        else:
            result += char
    return result

# 替换密码解密函数
def substitution_decrypt(text, key_map):
    # 构建反向映射
    reverse_map = {v: k for k, v in key_map.items()}
    result = ""
    for char in text:
        if char in reverse_map:
            result += reverse_map[char]
        else:
            result += char
    return result

# 获取用户输入
def get_user_input():
    print("请选择模式：1 - 加密，2 - 解密")
    mode = input("输入模式（1/2）：")
    print("请选择密码类型：1 - 凯撒密码，2 - 替换密码")
    cipher_type = input("输入密码类型（1/2）：")
    text = input("输入文本：")
    if cipher_type == "1":
        shift = int(input("输入偏移量（如3）："))
        return mode, cipher_type, text, shift
    else:
        # 替换密码需要用户提供替换表
        print("请输入替换表（格式：a->x, b->y, c->z）")
        key_input = input("替换表：")
        key_map = {}
        for pair in key_input.split(","):
            key, value = pair.strip().split("->")
            key_map[key.strip()] = value.strip()
        return mode, cipher_type, text, key_map

# 主函数
def main():
    mode, cipher_type, text, key = get_user_input()

    if cipher_type == "1":
        # 凯撒密码
        if mode == "1":
            encrypted = caesar_encrypt(text, key)
            print(f"加密结果：{encrypted}")
            print("算法说明：凯撒密码通过将每个字母向后移动密钥指定的位数进行加密。")
        else:
            decrypted = caesar_decrypt(text, key)
            print(f"解密结果：{decrypted}")
            print("算法说明：凯撒密码通过将每个字母向前移动密钥指定的位数进行解密。")
    else:
        # 替换密码
        if mode == "1":
            encrypted = substitution_encrypt(text, key)
            print(f"加密结果：{encrypted}")
            print("算法说明：替换密码通过将每个字符按照预定义的替换表进行替换。")
        else:
            decrypted = substitution_decrypt(text, key)
            print(f"解密结果：{decrypted}")
            print("算法说明：替换密码通过将每个字符按照预定义的反向替换表进行还原。")

if __name__ == "__main__":
    main()

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总结

本项目实现了一个基于本地文件的简易密码学学习工具，支持凯撒密码和替换密码的加密与解密功能。通过命令行交互，用户可以轻松选择模式和密码类型，并输入文本和密钥进行操作。代码结构清晰，注释详细，适合初学者学习和理解古典密码学的基本原理。

该工具不仅具备一定的学习价值，还能够作为教学演示或个人练习的辅助工具。未来可以进一步扩展功能，例如支持更多密码类型、图形界面、文件读写等，使其更加实用和强大。