提到"安全"，首先想到的一定是加密。
在如今的互联网环境中，信息加密无处不在，我们早已习惯，甚至毫无感觉。
比如，通过https协议访问的各个网站的内容，QQ，微信等聊天工具之间互相发送的信息等等，都是经过加密处理的。
前几天看了一篇介绍密码学历史的文章，原来密码学的历史可以追溯到古罗马时代，
学习python时，可以用这些历史上红极一时的经典加密方法来练练手，
练习python的同时，也看看前人在密码学上表现的智慧。
凯撒加密
凯撒加密（Caesar Shift）是第一个已知的密码学实例，看名字就知道可能来自古罗马。
这是由罗马皇帝朱利尤斯·凯撒（Julius Caesar）发明的，用于当时的战时秘密通信。
原理非常简单，就是将每个字母向后移动两位，比如**"A"变成 "C"， "B"变成 "D"**等等。
所以，只要将所有可能出现的字母和符号罗列出来，很容易用python实现。
python
all_chars = """abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ,.?:;'"\n """
def change(c, shift=2):
idx = all_chars.index(c)
return all_chars[(idx+shift)%len(all_chars)]
def caesar_encrypt(s, shift=2):
"""
加密，默认后移两位
"""
chars = [change(c, shift) for c in s]
return "".join(chars)
def caesar_decrypt(s, shift=-2):
"""
解密，默认前移两位
"""
chars = [change(c, shift) for c in s]
return "".join(chars)
origin_msg = "Attack at nine o 'clock tomorrow morning"
print("原始信息: {}".format(origin_msg))
secret_msg = caesar_encrypt(origin_msg)
print("加密信息: {}".format(secret_msg))
print("解密信息: {}".format(caesar_decrypt(secret_msg)))
# 运行结果
原始信息: Attack at nine o 'clock tomorrow morning
加密信息: Cvvcembcvbpkpgbqb
enqembvqoqttqyboqtpkpi
解密信息: Attack at nine o 'clock tomorrow morning这种加密方式适合英文字母（字母的数量不大），如果用中文的话，就不太适用了（汉字的数量太多了）。
凯撒加密现在看来实在太简陋，借助计算机来暴力破解，很快就能解密，不过在古代，还是非常有效的。
二战时德国的恩尼格玛
恩尼格玛 （Enigma）是二战时期德国使用的一种密码机，它在密码学历史上扮演了重要角色。
它借助机械来加密，看起来像一台装满电器元件的打字机，使用了"字母轮"装置，可以进行数百万次的字母置换，生成一组随机的、无模式的字母串。
在二战期间，恩尼格玛 被德国军队广泛使用，包括空军、海军和陆军，德国对恩尼格玛 进行了多次改进，增加了其安全性。
后来，英国的图灵 （Alan Turing ）领导了一个团队，设计了一种名为**"彭姆斯特号"**的机器，成功破译了恩尼格玛密码。
这一成就对盟军在二战中的胜利起到了重要作用，通过破译恩尼格玛密码，盟军能够获取德国的军事机密信息，从而在战场上取得优势。
IT行业的人，应该没人不知道图灵的吧。有一部名叫《模仿游戏》的电影描述的就是这个事迹，非常精彩。
恩尼格玛 密码机的工作原理是通过一系列齿轮或转子，其位置决定替换密码。
关于其细节有很多专业的文章介绍，这里参考网络上的代码实现了一个简易版本（能够支持大小写字母的加密和恢复）。
python
from random import shuffle, randint, choice
from copy import copy
num_alphabet = list(range(26))
def en_shift(l, n):
return l[n:] + l[:n]
class Cog:
"""
模拟转子
"""
def __init__(self):
self.shuf = copy(num_alphabet)
shuffle(self.shuf)
return
def subs_in(self, i):
return self.shuf[i]
def subs_out(self, i):
return self.shuf.index(i)
def rotate(self):
self.shuf = en_shift(self.shuf, 1)
def setcog(self, a):
self.shuf = a
class Enigma:
def __init__(self, numcogs, readability=True):
self.readability = readability
self.numcogs = numcogs
self.cogs = []
self.oCogs = []
for i in range(0, self.numcogs):
self.cogs.append(Cog())
self.oCogs.append(self.cogs[i].shuf)
refabet = copy(num_alphabet)
self.reflector = copy(num_alphabet)
while len(refabet) > 0:
a = choice(refabet)
refabet.remove(a)
b = choice(refabet)
refabet.remove(b)
self.reflector[a] = b
self.reflector[b] = a
def reset(self):
for i in range(0, self.numcogs):
self.cogs[i].setcog(self.oCogs[i])
def encode(self, text):
t = 0
ciphertext = ""
for l in text:
c = ord(l)
start_c = 65
if c >= 97:
start_c = 97
num = c % start_c
if num > 25 or num < 0:
if self.readability:
ciphertext += l
else:
pass
else:
# Pass through cogs, reflect, then return through cogs
t += 1
for i in range(self.numcogs):
num = self.cogs[i].subs_in(num)
num = self.reflector[num]
for i in range(self.numcogs):
num = self.cogs[self.numcogs - i - 1].subs_out(num)
ciphertext += "" + chr(start_c + num)
# Rotate cogs
for i in range(self.numcogs):
if t % ((i * 6) + 1) == 0:
self.cogs[i].rotate()
return ciphertext
# 初始化
x = Enigma(6)
origin_msg = "Attack at nine o 'clock tomorrow morning"
print("原始信息: {}".format(origin_msg))
secret_msg = x.encode(origin_msg)
print("加密信息: {}".format(secret_msg))
x.reset()
print("解密信息: {}".format(x.encode(secret_msg)))
# 运行结果
原始信息: Attack at nine o 'clock tomorrow morning
加密信息: Gpzlwo ub heck w 'ewrfo ufvpvlnj ergaaki
解密信息: Attack at nine o 'clock tomorrow morning这里初始化了6个转子，恩尼格玛 密码机即使针对相同的原始消息 ，每次运行产生的加密信息 都不一样，
大大增加了破解的难度。
有计算机之后
有了计算机之后，加密和解密的能力都大大增强了，目前用的最多也是最安全的当属RSA算法，
RSA的安全性依赖于大数分解的难度，目前被破解的最长RSA密钥是768个二进制位。也就是说，长度超过768位的密钥，还未被破解，至少目前尚未有人公开宣布。
RSA算法在各种编程语言中都有相应的库，这里不在重复实现了。