当前位置：首页 > news >正文

【密码学】深入浅出栅栏密码：原理、流程与实现

news 2025/8/22 8:56:33

在密码学的奇妙世界里，除了复杂的现代加密算法（如AES、RSA），还有一些简单而有趣的古典密码，栅栏密码就是其中之一。它不依赖于复杂的数学运算，而是通过巧妙的“排列”来隐藏信息。今天，我们就来深入剖析栅栏密码的工作原理，并用清晰的流程图展示其加解密过程。

一、什么是栅栏密码？

栅栏密码是一种置换密码。它的核心思想不是改变字符本身，而是打乱明文字符的顺序。其得名于它的编码方式：将明文像栅栏的栏杆一样上下交错地排列，然后按行读取，形成密文。

它非常简单，易于理解和实现，但安全性很低，通常只用于趣味教学或作为更复杂加密算法的一个步骤。

二、加密过程：从明文到密文

假设我们要加密的明文是：HELLO WORLD，并选择栏数（密钥）为 3。

加密步骤如下：

绘制栅栏：将明文按“之”字形写入3行（即3栏）。
按行读取：忽略空格，逐行读取字符，组合成密文。

过程图示：

加密流程 (以3栏为例)
+-----------------------+
| 输入明文: "HELLOWORLD" |
| 密钥(栏数): 3          |
+-----------------------+|v按之字形排列:第1行: H - - - O - - - R -   -> H O R第2行: - E - L - W - L - -   -> E L W L第3行: - - L - - - O - - D   -> L O D|v
+-----------------------+
| 按行输出: "HOR ELWL LOD" |
| 合并密文: "HORELWLLOD"   |
+-----------------------+

流程图：加密过程

所以，明文 HELLO WORLD 经过3栏栅栏加密后，得到的密文是：HORELWLLOD。

三、解密过程：从密文还原明文

解密是加密的逆过程。已知密文 HORELWLLOD 和密钥 3，我们需要还原出原始的明文。

解密步骤如下：

计算每行字符数：根据密文长度和栏数，计算出原始栅栏每一行大约有多少个字符。这是解密最关键的一步。
重建栅栏：根据计算出的每行字符数，将密文字符依次按行填回一个空白的栅栏模板中。
按“之”字形读取：按照加密时“之”字形的路径（从上到下，再从下到上）来读取这个重建的栅栏，最终得到原始明文。

过程图示：
密文 HORELWLLOD 长度为10，栏数为3。

解密流程 (以3栏为例)
+-----------------------------+
| 输入密文: "HORELWLLOD"      |
| 密钥(栏数): 3                |
+-----------------------------+|v计算每行字符数，创建空栅栏:第1行: [ ] [ ] [ ]   -> 填充: H O R第2行: [ ] [ ] [ ] [ ] -> 填充: E L W L第3行: [ ] [ ] [ ]   -> 填充: L O D|v按加密路径的之字形读取:第1行第1列 -> 第2行第1列 -> 第3行第1列 ->第2行第2列 -> 第1行第2列 -> 第3行第2列 -> ...|v
+-----------------------------+
| 输出原文: "HELLOWORLD"       |
+-----------------------------+

流程图：解密过程

通过此过程，我们成功地将密文 HORELWLLOD 还原为了明文 HELLOWORLD。

四、Python实现代码

加密实现：

def encrypt_rail_fence(plain_text, K):  rails = [[] for _ in range(K)]  row, down = 0, True  for char in plain_text:  rails[row].append(char)  if row == 0: down = True  elif row == K-1: down = False  row += 1 if down else -1  return ''.join(''.join(rail) for rail in rails)

解密实现：

def decrypt_rail_fence(cipher_text, K):  # 计算每行长度  L = len(cipher_text)  row_lengths = [0] * K  row, down = 0, True  for _ in range(L):  row_lengths[row] += 1  if row == 0: down = True  elif row == K-1: down = False  row += 1 if down else -1  # 切分密文  rows = []  start = 0  for i in range(K):  rows.append(cipher_text[start:start+row_lengths[i]])  start += row_lengths[i]  # 按路径读取明文  plain_text = []  row, down = 0, True  for _ in range(L):  plain_text.append(rows[row][0])  rows[row] = rows[row][1:]  if row == 0: down = True  elif row == K-1: down = False  row += 1 if down else -1  return ''.join(plain_text)