2023学年完整公开课版凯撒密码

恺撒密码

节选自教科版信息技术教材《数据与计算》

第3单元认识数据3.4加密与解密主讲人：杜江涛新疆师范大学附属中学一、凯撒密码的由来凯撒是公元前50年左右古罗马帝国的奠基者，史称恺撒大帝。恺撒曾创造了一种加密方法对重要的军事信息进行加密，并与其将军们进行联系。二、加密与解密加密就是将原始信息（数据）隐匿起来，使之在缺少特殊信息（数据）时不可读。原始信息（数据）称为明文，加密后的信息（数据）称为密文。将密文还原成明文的过程称为解密（或解码）。恺撒只是简单地将明文中的每一个字母用字母表中该字母后的第3个字母替换。例如，将明文中的a用d替换，b用e替换，……，z用c替换，这就是恺撒密码。三、恺撒密码的加密算法在ASCII码中，每个字符都对应一个整数。例如'A’对应65，'B’对应66......'Z’对应90，大写字母对应的整数范围是65~90。小写'a’对应97，'b’对应98......'z’对应122，小写字母对应的整数范围是97~122。Python语言不能对字符型数据直接进行加减运算操作，但可以使用ord()函数将单个字符转换成整数，计算完成后，再使用chr()函数将整数转换成字符。三、恺撒密码的加密算法明文ca~wA~Wx~zX~Z其他密文bd~zD~Za~cA~C不变规律ASCII码+3ASCII码+3ASCII码-23ASCII码-23不变公式'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、恺撒密码的加密算法三、恺撒密码的加密算法恺撒密码的加密算法程序恺撒密码的加密算法核心代码明文ca~wA~Wx~zX~Z其他密文bd~zD~Za~cA~C不变规律ASCII码+3ASCII码+3ASCII码-23ASCII码-23不变公式'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不变规律ASCII码-3ASCII码-3ASCII码+23ASCII码+23不变公式'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运算四、恺撒密码的解密算法四、恺撒密码的解密算法恺撒密码的解密算法核心代码

恺撒密码的解密算法程序五、练习【思与做】恺撒密码的安全性如何？在2000年前，因为恺撒大部分敌人都是目不识丁的，而其余的则可能将这些消息当作是某个未知的外语。即使有某个敌人获取了加密信息，根据现有的记载，当时也没有任何技术能够解决这一最基本、最简单的替换密码。现在来看，可以说保密性能极差。将明文字符前移或后移一个固定的长度d（称为密钥），即使改变d的值，也最多只需25次尝试d的值，就能破解。针对凯撒密码的安全性，你能提出一种改进方案吗？五、练习一种可行的改进方案是，建立一个明文字符与密文字符之间的一一映射表，即“密表”，如：明文：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ密文：QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM加密时，A→Q,B→W，…,解密时Q→A,W→B，…，小写字母对应法则也相同，即a→q,b→w,…。原先恺撒密码只有一个“密钥”，现在好比有25个“密钥”，这样，保密性能大大提升，破解难度大大增加，另外，这个“密表”也是可以按需要改变的。你能写出这种改进的恺撒密码的加密与解密算法吗？试一试。参考程序【划重点】本内容学科核心素养之三层架构学科知识层：数据类型（字符串、字符），字符与ASCII

码，函数ord()与chr(),循环语句，分支语

句，条件（逻辑）表达式问题解决层：算法（加密与解密都是对字符的替换），