2023學(xué)年完整公開(kāi)課版凱撒密碼

愷撒密碼

節(jié)選自教科版信息技術(shù)教材《數(shù)據(jù)與計(jì)算》

第3單元認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)3.4加密與解密主講人：杜江濤新疆師范大學(xué)附屬中學(xué)一、凱撒密碼的由來(lái)凱撒是公元前50年左右古羅馬帝國(guó)的奠基者，史稱(chēng)愷撒大帝。愷撒曾創(chuàng)造了一種加密方法對(duì)重要的軍事信息進(jìn)行加密，并與其將軍們進(jìn)行聯(lián)系。二、加密與解密加密就是將原始信息（數(shù)據(jù)）隱匿起來(lái)，使之在缺少特殊信息（數(shù)據(jù)）時(shí)不可讀。原始信息（數(shù)據(jù)）稱(chēng)為明文，加密后的信息（數(shù)據(jù)）稱(chēng)為密文。將密文還原成明文的過(guò)程稱(chēng)為解密（或解碼）。愷撒只是簡(jiǎn)單地將明文中的每一個(gè)字母用字母表中該字母后的第3個(gè)字母替換。例如，將明文中的a用d替換，b用e替換，……，z用c替換，這就是愷撒密碼。三、愷撒密碼的加密算法在ASCII碼中，每個(gè)字符都對(duì)應(yīng)一個(gè)整數(shù)。例如'A’對(duì)應(yīng)65，'B’對(duì)應(yīng)66......'Z’對(duì)應(yīng)90，大寫(xiě)字母對(duì)應(yīng)的整數(shù)范圍是65~90。小寫(xiě)'a’對(duì)應(yīng)97，'b’對(duì)應(yīng)98......'z’對(duì)應(yīng)122，小寫(xiě)字母對(duì)應(yīng)的整數(shù)范圍是97~122。Python語(yǔ)言不能對(duì)字符型數(shù)據(jù)直接進(jìn)行加減運(yùn)算操作，但可以使用ord()函數(shù)將單個(gè)字符轉(zhuǎn)換成整數(shù)，計(jì)算完成后，再使用chr()函數(shù)將整數(shù)轉(zhuǎn)換成字符。三、愷撒密碼的加密算法明文ca~wA~Wx~zX~Z其他密文bd~zD~Za~cA~C不變規(guī)律ASCII碼+3ASCII碼+3ASCII碼-23ASCII碼-23不變公式'a'<=c[i]<='w'or'A'<=c[i]<='W''x'<=c[i]<='z'or'X'<=c[i]<='Z'chr(ord(c[i])+3)chr(ord(c[i])-23)c[i]三、愷撒密碼的加密算法三、愷撒密碼的加密算法愷撒密碼的加密算法程序愷撒密碼的加密算法核心代碼明文ca~wA~Wx~zX~Z其他密文bd~zD~Za~cA~C不變規(guī)律ASCII碼+3ASCII碼+3ASCII碼-23ASCII碼-23不變公式'a'<=c[i]<='w'or'A'<=c[i]<='W''x'<=c[i]<='z'or'X'<=c[i]<='Z'chr(ord(c[i])+3)chr(ord(c[i])-23)c[i]密文bd~zD~Za~cA~C其他明文ca~wA~Wx~zX~Z不變規(guī)律ASCII碼-3ASCII碼-3ASCII碼+23ASCII碼+23不變公式'd'<=b[i]<='z'or'D'<=b[i]<='Z''a'<=b[i]<='c'or

'A'<=b[i]<='C'chr(ord(b[i])-3)chr(ord(b[i])+23)b[i]加密解密是加密的逆運(yùn)算四、愷撒密碼的解密算法四、愷撒密碼的解密算法愷撒密碼的解密算法核心代碼

愷撒密碼的解密算法程序五、練習(xí)【思與做】愷撒密碼的安全性如何？在2000年前，因?yàn)閻鹑龃蟛糠謹(jǐn)橙硕际悄坎蛔R(shí)丁的，而其余的則可能將這些消息當(dāng)作是某個(gè)未知的外語(yǔ)。即使有某個(gè)敵人獲取了加密信息，根據(jù)現(xiàn)有的記載，當(dāng)時(shí)也沒(méi)有任何技術(shù)能夠解決這一最基本、最簡(jiǎn)單的替換密碼。現(xiàn)在來(lái)看，可以說(shuō)保密性能極差。將明文字符前移或后移一個(gè)固定的長(zhǎng)度d（稱(chēng)為密鑰），即使改變d的值，也最多只需25次嘗試d的值，就能破解。針對(duì)凱撒密碼的安全性，你能提出一種改進(jìn)方案嗎？五、練習(xí)一種可行的改進(jìn)方案是，建立一個(gè)明文字符與密文字符之間的一一映射表，即“密表”，如：明文：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ密文：QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM加密時(shí)，A→Q,B→W，…,解密時(shí)Q→A,W→B，…，小寫(xiě)字母對(duì)應(yīng)法則也相同，即a→q,b→w,…。原先愷撒密碼只有一個(gè)“密鑰”，現(xiàn)在好比有25個(gè)“密鑰”，這樣，保密性能大大提升，破解難度大大增加，另外，這個(gè)“密表”也是可以按需要改變的。你能寫(xiě)出這種改進(jìn)的愷撒密碼的加密與解密算法嗎？試一試。參考程序【劃重點(diǎn)】本內(nèi)容學(xué)科核心素養(yǎng)之三層架構(gòu)學(xué)科知識(shí)層：數(shù)據(jù)類(lèi)型（字符串、字符），字符與ASCII

碼，函數(shù)ord()與chr(),循環(huán)語(yǔ)句，分支語(yǔ)

句，條件（邏輯）表達(dá)式問(wèn)題解決層：算法（加密與解密都是對(duì)字符的替換），