用Python復(fù)現(xiàn)二戰(zhàn)德軍enigma密碼機(jī)
更新時(shí)間：2022年01月13日 08:54:23 作者：Burger叮當(dāng)
大家好，本篇文章主要講的是用Python復(fù)現(xiàn)二戰(zhàn)德軍enigma密碼機(jī)，感興趣的同學(xué)趕快來(lái)看一看吧，對(duì)你有幫助的話記得收藏一下，方便下次瀏覽
前言
我們知道，enigma機(jī)是德軍二戰(zhàn)中重要的情報(bào)加密機(jī)器，其有許多特點(diǎn)。
首先，它是一臺(tái)加解密一體機(jī)
其次，它有排己性，雖然多次輸入同一明文可能得到不同的密文，但明文a永遠(yuǎn)不可能加密為其本身。這樣完美掩蓋本身明文的性質(zhì)是由反射板造成的，但也最終在圖靈的利用下給了enigma機(jī)致命一擊。
enigma機(jī)先后有多種不同的型號(hào)，如3轉(zhuǎn)輪型，5轉(zhuǎn)輪型，5轉(zhuǎn)輪選3轉(zhuǎn)輪型等等。本人對(duì)三轉(zhuǎn)輪enigma機(jī)進(jìn)行的程序復(fù)現(xiàn)。需要說(shuō)明的是，由于enigma機(jī)的精華部分是轉(zhuǎn)子和反射板，所以代碼中也著重復(fù)現(xiàn)了這一過(guò)程，而對(duì)接線板進(jìn)行了省略。畢竟，enigma機(jī)的厲害之處在于其瘋狂到近乎變態(tài)的做到了幾乎“一字一換表”，而接線板只是做簡(jiǎn)單的字母替換，本身并無(wú)新意。
代碼
話不多說(shuō)，直接上代碼：（一些使用說(shuō)明見文末）
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Tue Jan 4 09:40:42 2022
@author: burger
"""
from numpy import random
import numpy as np
import time
arr = np.array(['a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z'])
#輸入一個(gè)批次號(hào)
num = input('請(qǐng)輸入您要使用的enigma機(jī)批次號(hào)XXX-XXX-XXX（示例：123-456-789）\n')
filename = 'enigma_code_book.txt'
with open(filename) as file_object:
context = file_object.read()
if num in context:
number = context.find(num)
arr_a=context[(number+12):(number+38)] #一號(hào)轉(zhuǎn)輪
arr_b=context[(number+39):(number+65)] #二號(hào)轉(zhuǎn)輪
arr_c=context[(number+66):(number+92)] #三號(hào)轉(zhuǎn)輪
arr_d=context[(number+93):(number+119)] #反射板
else:
arr_a=random.permutation(arr)
arr_b=random.permutation(arr)
arr_c=random.permutation(arr)
arr_d=random.permutation(arr)
with open(filename,'a') as file_object:
str_1='\n'
str_1=str_1+num
str_1+=' '
for i in range(len(arr_a)):
str_1+=arr_a[i]
str_1+=' '
for i in range(len(arr_b)):
str_1+=arr_b[i]
str_1+=' '
for i in range(len(arr_c)):
str_1+=arr_c[i]
str_1+=' '
for i in range(len(arr_d)):
str_1+=arr_d[i]
str_1+=' '
file_object.write(str_1)
zzwz=input('請(qǐng)輸入初始轉(zhuǎn)子位置(規(guī)范為三個(gè)英文字母中間加兩個(gè)英文逗號(hào))\n eg: a,b,c\n')#zzwz即轉(zhuǎn)子位置
zz_1=list(zzwz)[0]
zz_2=list(zzwz)[2]
zz_3=list(zzwz)[4]
num_zz_1=ord(zz_1)-97
num_zz_2=ord(zz_2)-97
num_zz_3=ord(zz_3)-97
def main():
global num_zz_1
global num_zz_2
global num_zz_3
text=input('請(qǐng)輸入加密內(nèi)容\n')
for n in range(len(text)):
string=list(text)[n]
print(zhuanhuan(string),end='')
num_zz_1+=1
if num_zz_1 == 26:
num_zz_1 = 0
num_zz_2+=1
if num_zz_2 == 26:
num_zz_2=0
num_zz_3+=1
if num_zz_3 == 26:
num_zz_3 = 0
def zhuanhuan(letter):
#a號(hào)轉(zhuǎn)輪
#右側(cè)有26個(gè)觸點(diǎn)
#生成a輪的隨機(jī)連線方式
a_1_1=False
a_1_2=False
a_1_3=False
a_1_4=False
a_1_5=False
a_1_6=False
a_1_7=False
a_1_8=False
a_1_9=False
a_1_10=False
a_1_11=False
a_1_12=False
a_1_13=False
a_1_14=False
a_1_15=False
a_1_16=False
a_1_17=False
a_1_18=False
a_1_19=False
a_1_20=False
a_1_21=False
a_1_22=False
a_1_23=False
a_1_24=False
a_1_25=False
a_1_26=False
if letter == 'a':
a_1_1 = True
if letter == 'b':
a_1_2 = True
elif letter == 'c':
a_1_3 = True
elif letter == 'd':
a_1_4 = True
elif letter == 'e':
a_1_5 = True
elif letter == 'f':
a_1_6 = True
elif letter == 'g':
a_1_7 = True
elif letter == 'h':
a_1_8 = True
elif letter == 'i':
a_1_9 = True
elif letter == 'j':
a_1_10 = True
elif letter == 'k':
a_1_11 = True
elif letter == 'l':
a_1_12 = True
elif letter == 'm':
a_1_13 = True
elif letter == 'n':
a_1_14 = True
elif letter == 'o':
a_1_15 = True
elif letter == 'p':
a_1_16 = True
elif letter == 'q':
a_1_17 = True
elif letter == 'r':
a_1_18 = True
elif letter == 's':
a_1_19 = True
elif letter == 't':
a_1_20 = True
elif letter == 'u':
a_1_21 = True
elif letter == 'v':
a_1_22 = True
elif letter == 'w':
a_1_23 = True
elif letter == 'x':
a_1_24 = True
elif letter == 'y':
a_1_25 = True
elif letter == 'z':
a_1_26 = True
a_1_first=[a_1_1,a_1_2,a_1_3,a_1_4,a_1_5,a_1_6,a_1_7,a_1_8,a_1_9,a_1_10,a_1_11,a_1_12,a_1_13,a_1_14,a_1_15,a_1_16,a_1_17,a_1_18,a_1_19,a_1_20,a_1_21,a_1_22,a_1_23,a_1_24,a_1_25,a_1_26]
# print(a_1_first)
a_1=[False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False]
for i in range(26):
global num_zz_1
a_1[i]=a_1_first[(num_zz_1-26)+i]
# print(a_1)
#左側(cè)有26個(gè)觸點(diǎn)
a_2_1=False
a_2_2=False
a_2_3=False
a_2_4=False
a_2_5=False
a_2_6=False
a_2_7=False
a_2_8=False
a_2_9=False
a_2_10=False
a_2_11=False
a_2_12=False
a_2_13=False
a_2_14=False
a_2_15=False
a_2_16=False
a_2_17=False
a_2_18=False
a_2_19=False
a_2_20=False
a_2_21=False
a_2_22=False
a_2_23=False
a_2_24=False
a_2_25=False
a_2_26=False
a_2=[a_2_1,a_2_2,a_2_3,a_2_4,a_2_5,a_2_6,a_2_7,a_2_8,a_2_9,a_2_10,a_2_11,a_2_12,a_2_13,a_2_14,a_2_15,a_2_16,a_2_17,a_2_18,a_2_19,a_2_20,a_2_21,a_2_22,a_2_23,a_2_24,a_2_25,a_2_26]
#構(gòu)建a號(hào)轉(zhuǎn)輪左右對(duì)應(yīng)關(guān)系
for i in range(26):
a_2[i]=a_1[ord(arr_a[i])-97]
# print(a_2)
#此時(shí)，a號(hào)轉(zhuǎn)輪建模成功
#b號(hào)轉(zhuǎn)輪
#右側(cè)有26個(gè)觸點(diǎn)
b_1_1=False
b_1_2=False
b_1_3=False
b_1_4=False
b_1_5=False
b_1_6=False
b_1_7=False
b_1_8=False
b_1_9=False
b_1_10=False
b_1_11=False
b_1_12=False
b_1_13=False
b_1_14=False
b_1_15=False
b_1_16=False
b_1_17=False
b_1_18=False
b_1_19=False
b_1_20=False
b_1_21=False
b_1_22=False
b_1_23=False
b_1_24=False
b_1_25=False
b_1_26=False
b_1=[b_1_1,b_1_2,b_1_3,b_1_4,b_1_5,b_1_6,b_1_7,b_1_8,b_1_9,b_1_10,b_1_11,b_1_12,b_1_13,b_1_14,b_1_15,b_1_16,b_1_17,b_1_18,b_1_19,b_1_20,b_1_21,b_1_22,b_1_23,b_1_24,b_1_25,b_1_26]
#a輪傳給b輪
for i in range(26):
global num_zz_2
b_1[i]=a_2[((num_zz_2)-26)+i]
# print(b_1)
#左側(cè)有26個(gè)觸點(diǎn)
b_2_1=False
b_2_2=False
b_2_3=False
b_2_4=False
b_2_5=False
b_2_6=False
b_2_7=False
b_2_8=False
b_2_9=False
b_2_10=False
b_2_11=False
b_2_12=False
b_2_13=False
b_2_14=False
b_2_15=False
b_2_16=False
b_2_17=False
b_2_18=False
b_2_19=False
b_2_20=False
b_2_21=False
b_2_22=False
b_2_23=False
b_2_24=False
b_2_25=False
b_2_26=False
b_2=[b_2_1,b_2_2,b_2_3,b_2_4,b_2_5,b_2_6,b_2_7,b_2_8,b_2_9,b_2_10,b_2_11,b_2_12,b_2_13,b_2_14,b_2_15,b_2_16,b_2_17,b_2_18,b_2_19,b_2_20,b_2_21,b_2_22,b_2_23,b_2_24,b_2_25,b_2_26]
#構(gòu)建b號(hào)轉(zhuǎn)輪左右對(duì)應(yīng)關(guān)系
for i in range(26):
b_2[i]=b_1[ord(arr_b[i])-97]
# print(b_2)
#此時(shí)，b號(hào)轉(zhuǎn)輪建模成功
#c號(hào)轉(zhuǎn)輪
#右側(cè)有26個(gè)觸點(diǎn)
c_1_1=False
c_1_2=False
c_1_3=False
c_1_4=False
c_1_5=False
c_1_6=False
c_1_7=False
c_1_8=False
c_1_9=False
c_1_10=False
c_1_11=False
c_1_12=False
c_1_13=False
c_1_14=False
c_1_15=False
c_1_16=False
c_1_17=False
c_1_18=False
c_1_19=False
c_1_20=False
c_1_21=False
c_1_22=False
c_1_23=False
c_1_24=False
c_1_25=False
c_1_26=False
c_1=[c_1_1,c_1_2,c_1_3,c_1_4,c_1_5,c_1_6,c_1_7,c_1_8,c_1_9,c_1_10,c_1_11,c_1_12,c_1_13,c_1_14,c_1_15,c_1_16,c_1_17,c_1_18,c_1_19,c_1_20,c_1_21,c_1_22,c_1_23,c_1_24,c_1_25,c_1_26]
#b輪傳給c輪
for i in range(26):
global num_zz_3
c_1[i]=b_2[((num_zz_3)-26)+i]
# print(c_1)
#左側(cè)有26個(gè)觸點(diǎn)
c_2_1=False
c_2_2=False
c_2_3=False
c_2_4=False
c_2_5=False
c_2_6=False
c_2_7=False
c_2_8=False
c_2_9=False
c_2_10=False
c_2_11=False
c_2_12=False
c_2_13=False
c_2_14=False
c_2_15=False
c_2_16=False
c_2_17=False
c_2_18=False
c_2_19=False
c_2_20=False
c_2_21=False
c_2_22=False
c_2_23=False
c_2_24=False
c_2_25=False
c_2_26=False
c_2=[c_2_1,c_2_2,c_2_3,c_2_4,c_2_5,c_2_6,c_2_7,c_2_8,c_2_9,c_2_10,c_2_11,c_2_12,c_2_13,c_2_14,c_2_15,c_2_16,c_2_17,c_2_18,c_2_19,c_2_20,c_2_21,c_2_22,c_2_23,c_2_24,c_2_25,c_2_26]
#構(gòu)建c號(hào)轉(zhuǎn)輪左右對(duì)應(yīng)關(guān)系
for i in range(26):
c_2[i]=c_1[ord(arr_c[i])-97]
# print(c_2)
#此時(shí)，c號(hào)轉(zhuǎn)輪建模成功
#c號(hào)轉(zhuǎn)輪反射板
for i in range(0,26,2):
c_2[ord(arr_d[i])-97],c_2[ord(arr_d[i+1])-97]=c_2[ord(arr_d[i+1])-97],c_2[ord(arr_d[i])-97]
#反向傳播
arr_c_2=[]
arr_b_2=[]
arr_a_2=[]
arr_c_1=[]
arr_b_1=[]
arr_a_1=[]
for i in range(26):
arr_c_2.append(ord(arr_c[i])-97)
arr_b_2.append(ord(arr_b[i])-97)
arr_a_2.append(ord(arr_a[i])-97)
arr_c_0=sorted(arr_c_2)
arr_b_0=sorted(arr_b_2)
arr_a_0=sorted(arr_a_2)
for i in range(26):
arr_c_1.append(arr_c_2.index(arr_c_0[i]))
arr_b_1.append(arr_b_2.index(arr_c_0[i]))
arr_a_1.append(arr_a_2.index(arr_c_0[i]))
#c號(hào)轉(zhuǎn)輪反向傳播
c_3_1=False
c_3_2=False
c_3_3=False
c_3_4=False
c_3_5=False
c_3_6=False
c_3_7=False
c_3_8=False
c_3_9=False
c_3_10=False
c_3_11=False
c_3_12=False
c_3_13=False
c_3_14=False
c_3_15=False
c_3_16=False
c_3_17=False
c_3_18=False
c_3_19=False
c_3_20=False
c_3_21=False
c_3_22=False
c_3_23=False
c_3_24=False
c_3_25=False
c_3_26=False
c_3=[c_3_1,c_3_2,c_3_3,c_3_4,c_3_5,c_3_6,c_3_7,c_3_8,c_3_9,c_3_10,c_3_11,c_3_12,c_3_13,c_3_14,c_3_15,c_3_16,c_3_17,c_3_18,c_3_19,c_3_20,c_3_21,c_3_22,c_3_23,c_3_24,c_3_25,c_3_26]
for i in range(26):
c_3[i]=c_2[arr_c_1[i]]
# print(c_3)
#c輪傳給b輪
b_3_1=False
b_3_2=False
b_3_3=False
b_3_4=False
b_3_5=False
b_3_6=False
b_3_7=False
b_3_8=False
b_3_9=False
b_3_10=False
b_3_11=False
b_3_12=False
b_3_13=False
b_3_14=False
b_3_15=False
b_3_16=False
b_3_17=False
b_3_18=False
b_3_19=False
b_3_20=False
b_3_21=False
b_3_22=False
b_3_23=False
b_3_24=False
b_3_25=False
b_3_26=False
b_3=[b_3_1,b_3_2,b_3_3,b_3_4,b_3_5,b_3_6,b_3_7,b_3_8,b_3_9,b_3_10,b_3_11,b_3_12,b_3_13,b_3_14,b_3_15,b_3_16,b_3_17,b_3_18,b_3_19,b_3_20,b_3_21,b_3_22,b_3_23,b_3_24,b_3_25,b_3_26]
for i in range(26):
# global num_zz_3
b_3[i]=c_3[-(num_zz_3)+i]#左側(cè)有26個(gè)觸點(diǎn)
# print(b_3)
#b號(hào)轉(zhuǎn)輪反向傳播
b_4_1=False
b_4_2=False
b_4_3=False
b_4_4=False
b_4_5=False
b_4_6=False
b_4_7=False
b_4_8=False
b_4_9=False
b_4_10=False
b_4_11=False
b_4_12=False
b_4_13=False
b_4_14=False
b_4_15=False
b_4_16=False
b_4_17=False
b_4_18=False
b_4_19=False
b_4_20=False
b_4_21=False
b_4_22=False
b_4_23=False
b_4_24=False
b_4_25=False
b_4_26=False
b_4=[b_4_1,b_4_2,b_4_3,b_4_4,b_4_5,b_4_6,b_4_7,b_4_8,b_4_9,b_4_10,b_4_11,b_4_12,b_4_13,b_4_14,b_4_15,b_4_16,b_4_17,b_4_18,b_4_19,b_4_20,b_4_21,b_4_22,b_4_23,b_4_24,b_4_25,b_4_26]
for i in range(26):
b_4[i]=b_3[arr_b_1[i]]
# print(b_4)
#b輪傳給a輪
a_3_1=False
a_3_2=False
a_3_3=False
a_3_4=False
a_3_5=False
a_3_6=False
a_3_7=False
a_3_8=False
a_3_9=False
a_3_10=False
a_3_11=False
a_3_12=False
a_3_13=False
a_3_14=False
a_3_15=False
a_3_16=False
a_3_17=False
a_3_18=False
a_3_19=False
a_3_20=False
a_3_21=False
a_3_22=False
a_3_23=False
a_3_24=False
a_3_25=False
a_3_26=False
a_3=[a_3_1,a_3_2,a_3_3,a_3_4,a_3_5,a_3_6,a_3_7,a_3_8,a_3_9,a_3_10,a_3_11,a_3_12,a_3_13,a_3_14,a_3_15,a_3_16,a_3_17,a_3_18,a_3_19,a_3_20,a_3_21,a_3_22,a_3_23,a_3_24,a_3_25,a_3_26]
for i in range(26):
# global num_zz_2
a_3[i]=b_4[-(num_zz_2)+i]#左側(cè)有26個(gè)觸點(diǎn)
# print(a_3)
#a號(hào)轉(zhuǎn)輪反向傳播
a_4_1=False
a_4_2=False
a_4_3=False
a_4_4=False
a_4_5=False
a_4_6=False
a_4_7=False
a_4_8=False
a_4_9=False
a_4_10=False
a_4_11=False
a_4_12=False
a_4_13=False
a_4_14=False
a_4_15=False
a_4_16=False
a_4_17=False
a_4_18=False
a_4_19=False
a_4_20=False
a_4_21=False
a_4_22=False
a_4_23=False
a_4_24=False
a_4_25=False
a_4_26=False
a_4=[a_4_1,a_4_2,a_4_3,a_4_4,a_4_5,a_4_6,a_4_7,a_4_8,a_4_9,a_4_10,a_4_11,a_4_12,a_4_13,a_4_14,a_4_15,a_4_16,a_4_17,a_4_18,a_4_19,a_4_20,a_4_21,a_4_22,a_4_23,a_4_24,a_4_25,a_4_26]
for i in range(26):
a_4[i]=a_3[arr_a_1[i]]
# print(a_4)
#a輪傳回
z_3_1=False
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z_3=[z_3_1,z_3_2,z_3_3,z_3_4,z_3_5,z_3_6,z_3_7,z_3_8,z_3_9,z_3_10,z_3_11,z_3_12,z_3_13,z_3_14,z_3_15,z_3_16,z_3_17,z_3_18,z_3_19,z_3_20,z_3_21,z_3_22,z_3_23,z_3_24,z_3_25,z_3_26]
for i in range(26):
# global num_zz_1
z_3[i]=a_4[-(num_zz_1)+i]
# print(z_3)
for i in range(26):
if z_3[i]==True:
return(chr(i+97))
if __name__ == '__main__':
main()簡(jiǎn)單解釋一下代碼，大體思路是用boolean類型的列表來(lái)表示每組26個(gè)觸頭的有電無(wú)電情況，在復(fù)現(xiàn)過(guò)程中用到了后來(lái)圖靈在破解enigma機(jī)的時(shí)候用到的一種思想：將兩個(gè)接線情況完全對(duì)稱的enigma機(jī)并排放置。其中對(duì)True傳遞的處理方法和反射板的模擬方法是本人較為滿意的地方。
反射過(guò)程中，有一個(gè)較有意思的東西。上圖：
以四個(gè)觸點(diǎn)為例，在正向傳播時(shí)，我們以左面觸點(diǎn)為基準(zhǔn)，讀取右面觸點(diǎn)的序號(hào)為3 4 1 2，在反向傳播時(shí)，我們以右面觸點(diǎn)為基準(zhǔn)，讀取左面觸點(diǎn)序號(hào)為2 4 1 3。如何根據(jù)3412來(lái)構(gòu)建出2413是一個(gè)關(guān)鍵。筆者的一個(gè)朋友提供了一個(gè)很好的思路。假設(shè)3412儲(chǔ)存在列表A中，對(duì)列表A進(jìn)行從小到大的排序，儲(chǔ)存在列表B中。將列表B中每一個(gè)元素在列表A中的下標(biāo)記錄到列表C中，列表C即為我們所求。
之后仿照正向傳播，進(jìn)行反向傳播即可。
說(shuō)一下代碼的使用方法吧，在源碼同一目錄下建立一個(gè)名為enigma_code_book.txt文件，用于粗存enigma機(jī)型號(hào)，三個(gè)轉(zhuǎn)輪和一個(gè)反射板的接線方式。
點(diǎn)擊運(yùn)行代碼，隨便輸入由3組分別3個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字組成的enigma機(jī)批次號(hào)，如:123-456-789，點(diǎn)回車。此時(shí)程序會(huì)自動(dòng)生成該批次號(hào)enigma機(jī)的接線方法。如果曾經(jīng)使用過(guò)該批次enigma機(jī)，則在enigma_code_book中自動(dòng)找到所需的接線方式。
再輸入初始轉(zhuǎn)輪位置，要求為三個(gè)小寫英文字母，中間由逗號(hào)隔開，如:a,b,c?；剀?，再輸入所需加密的明文內(nèi)容，回車，即可生成密文。
如果想進(jìn)行解密，則要求輸入同一批次號(hào)，同一初始轉(zhuǎn)子位置，輸入密文，則可解密出明文。
需要注意的是，這里仿照歷史中enigma機(jī)，只做了26個(gè)小寫英文字母的加密，而沒有數(shù)字，大寫英文字母以及標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等的加密。因?yàn)檫@些只是在其基礎(chǔ)上根據(jù)應(yīng)用需求不同做的一些添磚加瓦的工作。筆者也同時(shí)考慮到，如果想加密漢語(yǔ)，可以首先將enigma機(jī)擴(kuò)充進(jìn)大寫字母和阿拉伯?dāng)?shù)字，再結(jié)合base64的值即可。
總結(jié)
到此這篇關(guān)于用Python復(fù)現(xiàn)二戰(zhàn)德軍enigma密碼機(jī)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python enigma密碼機(jī)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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