C语言程序设计100例之（74）：柱状加密
例74 柱状加密
问题描述
柱状加密方案是使用密钥对消息（或明文）中的字母进行置乱，如下例所示。
假设密钥是“BATBOY”，消息明文是“MEET ME BY The OLD OAK TREE”。由于密钥有6个字母，我们将消息（忽略空格和标点符号）写在一个有6列的网格中，根据需要用随机的额外字母填充，结果如下：
MEETME
BYTHEO
LDOAKT
REENTH
在这里，我们用NTH填充了消息。现在，密文是按列生成的，但列的打印顺序由密钥中的字母决定。因为密钥中的A是字母表中第一个字母，所以第2列首先输出。下一个字母B出现两次。在这种情况下，先输出最左边的列（第1列），然后输出第4列。之后，继续按字母O、T、Y的顺序输出第5、3、6列。由于列的输出顺序是2、1、4、5、3、6。所以，密文为EYDEMBLRTHANMEKTETOEEOTH。
编写程序，根据给定的密钥和密文，解密得到明文。
输入
输入包括多组测试用例。每组测试用例有两行。第一个输入为给定密钥，该密钥不超过10个字符，由大写字母组成。第二行是密文，长度不超过100个字符，全部也由大写字母组成。密钥THEEND表示输入结束，在这种情况下，将没有密文跟随。
输出
对于每个测试用例，输出解密后的明文。
输入样例
BATBOY
EYDEMBLRTHANMEKTETOEEOTH
HUMDING
EIAAHEBXOIFWEHRXONNAALRSUMNREDEXCTLFTVEXPEDARTAXNAARYIEX
THEEND
输出样例
MEETMEBYTHEOLDOAKTREENTH
ONCEUPONATIMEINALANDFARFARAWAYTHERELIVEDTHREEBEARSXXXXXX
（1）编程思路。
先定义结构体
struct Elem
{
char ch;
int index;
};
其中，成员分量ch表示密钥中的某个字母，index表示该字母对应的列号。
定义结构体数组struct Elem letter[15]，输入密钥后，将密钥中的每个字母及该字母对应的列号保存为数组letter中的一个元素，将数组letter按成员分量字符ch从小到大排序，这样，加密时列的顺序也就得到了，将这个加密列号的顺序保存到数组int map[15];中，其中map[0]的值就是加密时所取的第1个列的列号。
加密时，密文是按列生成的。加密所用的矩阵行数row=(密文的长度)/(密钥的长度)。
设输入的密文字符串为cipher，则解密时，依次从该字符串对应的矩阵中按行的顺序，在每行中按加密密钥指定的列号顺序（已求得并存入map数组中），取出字符顺序填入到明文字符串中即可。这个处理过程对应的循环为
n=0;
for (i=0; i<row; i++)
{
for (j = 0; j <key_len; j++)
plain[n++]=cipher[i + map[j] * row];
}
plain[n]='\0';
（2）源程序。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
struct Elem
{
char ch;
int index;
};
int main()
{
struct Elem letter[15],t;
char key[15],cipher[105],plain[105];
int key_len,map[15];
int i,j,n,row;
while (gets(key), strcmp(key, "THEEND")!=0)
{
gets(cipher);
key_len = strlen(key);
for (i = 0; i < key_len; i++)
{
letter[i].ch = key[i];
letter[i].index = i;
}
for (i=0;i<key_len-1;i++)
for (j=0;j<key_len-1-i;j++)
if (letter[j].ch>letter[j+1].ch)
{ t=letter[j]; letter[j]=letter[j+1]; letter[j+1]=t; }
for (i = 0; i<key_len; i++)
map[letter[i].index] = i;
row = strlen(cipher) / key_len;
n=0;
for (i=0; i<row; i++)
{
for (j = 0; j <key_len; j++)
plain[n++]=cipher[i + map[j] * row];
}
plain[n]='\0';
printf("%s\n",plain);
}
return 0;
}
习题74
74-1 信息加密
问题描述
Mo和Larry发明了一种信息加密方法。他们首先决定好列数，然后将信息（只包含字母）从上往下依次填入各列，并在末尾补充一些随机字母使其成为一个完整的字母矩阵。例如，若信息是“There's no place like home on a snowy night”并且有5列，Mo会写成：
t o i o y
h p k n n
e l e a i
r a h s g
e c o n h
s e m o t
n l e w x
注意Mo只会填入字母，且全部是小写形式。在这个例子中，Mo用字母“x”填充了信息使之成为一个完整的矩阵，当然他使用任何字母都是可以的。
Mo根据这个矩阵重写信息：首先从左到右写下第一行，然后从右到左写下第二行，再从左到右写下第三行……以此左右交替地从上到下写下各行字母，形成新的字符串。这样，例子中的信息就被加密为：toioynnkpheleaigshareconhtomesnlewx。
你的工作是帮助Larry从加密后的信息中还原出原始信息（包括填充的字母）。
输入
第一行包含一个整数（范围2到20），表示使用的列数。
第二行是一个长度不超过200的字符串。
输出
一行，即原始信息。
输入样例
5
toioynnkpheleaigshareconhtomesnlewx
输出样例
theresnoplacelikehomeonasnowynightx
（1）编程思路。
定义二维字符串数组char mess[101][21]来保存密文字符串所对应的字符矩阵。
先将输入的密文字符串中的每个字符按照先从左到右，然后再从右到左的顺序逐行依次填入到数组mess中，之后按列序优先的方式（每列从上到下）依次输出mess数组中的每个字符，就是解密后的原文。
（2）源程序。
#include <stdio.h>
int main()
{
char mess[101][21],src[201];
int row,col,i,j,d; // d代表方向，1从左向右，0从右向左
scanf("%d",&col);
scanf("%s",src);
i=0,row=0,j=-1,d=1;
while (src[i]!='\0')
{
if (d==1)
{
j++;
if (j==col)
{ row++; j=col-1; d=0; }
}
else
{
j--;
if (j==-1)
{ row++; j=0; d=1; }
}
mess[row][j]=src[i];
i++;
}
for (j=0;j<col;j++)
for (i=0;i<=row;i++)
printf("%c",mess[i][j]);
printf("\n");
return 0;
}
74-2 变换加密
问题描述
密码学涉及秘密通信的方法，这些方法将消息（明文）转换为伪装形式（密文），这样，除了预期的接收者，看到密文的人将无法识别明文。将明文转换为密文是加密；将密文转换为明文就是解密。变换是一种简单的加密方法，要求发送方和接收方都同意一个密钥K，它是一个正整数。
变换加密方法使用四个数组：明文plaintext和密文ciphertext是字符数组，而明码plaincode和密码ciphercode是整数数组。所有数组的长度都是n，其中n是要加密的消息的长度。数组的下标起始为零，因此下标编号从0到n-1。对于这个问题，所有消息（明文）中将只包含小写字母、句点和下划线（表示空格）。
要加密的消息以明文形式存储。给定密钥K，加密方法如下所示。首先根据以下规则将明文中的字母转换为明文中的整数码：'_'=0，'a'=1，'b'=2，'z'=26和'.'=27。接下来，根据以下公式将每个明码转换为加密密码：对于从0到n-1的所有i，
ciphercode[i] = (plaincode[K*i mod n] - i) mod 28.。
（这里x mod y是x除以y时的正余数。例如，3 mod 7=3、22 mod 8=6和-1 mod 28=27。如果结果为负，要加上y。）最后，根据上面列出的规则将密码中的代码转换回密文中的字母。
使用密钥K=5对明文信息“cat”加密过程如下：
数组下标 0 1 2
明文plaintext c a t
明码plaincode 3 1 20
密码ciphercode 3 19 27
密文ciphertext c s .
编写一个可以解密的程序，即给定密钥K，将密文转换回原始明文。
输入
输入包含一个或多个测试用例，后跟一行，该行仅包含表示文件结束的数字0。每个测试用例占一行，由密钥K、空格和一条至少包含一个且最多70个字符的密文组成。密钥K将是不大于300的正整数。
输出
对于每个测试用例，在一行上输出对应的明文。
输入样例
5 cs.
101 thqqxw.lui.qswer
3 b_ylxmhzjsys.virpbkr
0
输出样例
cat
this_is_a_secret
beware._dogs_barking
（1）编程思路。
按题目的描述定义4个数组，按加密过程的描述进行相应处理即可。
（2）源程序。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int mod(int a,int b)
{
return (a%b+b)%b;
}
int main()
{
char plaintext[75],ciphertext[75];
int plaincode[75],ciphercode[75];
int k,i,len;
while (scanf("%d",&k) && k!=0)
{
scanf("%s",ciphertext);
len=strlen(ciphertext);
for (i=0;ciphertext[i]!='\0';i++)
{
if (ciphertext[i]>='a' && ciphertext[i]<='z')
ciphercode[i]=ciphertext[i]-'a'+1;
else if (ciphertext[i]=='_')
ciphercode[i]=0;
else if (ciphertext[i]=='.')
ciphercode[i]=27;
}
for (i=0;i<len;i++)
{
plaincode[mod(k*i,len)]=mod(ciphercode[i]+i,28);
}
for (i=0;i<len;i++)
if (plaincode[i]>=1 && plaincode[i]<=26)
plaintext[i]=plaincode[i]-1+'a';
else if (plaincode[i]==0)
plaintext[i]='_';
else
plaintext[i]='.';
plaintext[len]='\0';
printf("%s\n",plaintext);
}
return 0;
}
74-3 消息解密
问题描述
Alice向Bob发来了一条混乱的信息，Bob请你进行破译。Alice发送消息使用的置乱方法如下：
1）获取一条非空消息M，其中包含英文字母表中的字母、数字、逗号、点、引号（’）、空格和换行符，最后一个字符不是空格。例如，考虑下面的信息M
In Sneffels craterem descende audas
viator, et terrestre centrum attinges.
2）选择一个整数K（0<K≤消息M的长度），并向M添加尾随空格，以使生成的消息M’的长度是K的最小倍数。例如，对于K=19和上面的消息，其中M的长度为74（包括M包含的8个空格和换行符），向M添加两个尾随空格，生成长度为76的消息M'。
3）将M'中的所有空格替换为字符“_”（下划线），将M'中的所有换行符替换为“\”（反斜杠），然后反转消息如下：
__.segnitta_murtnec_ertserret_te_,rotaiv\sadua_ednecsed_meretarc_sleffenS_nI
4）将步骤3的结果写入一个长度为（M'的长度）/K行和K列的表格中。例如，上面的消息M’被写入一个76/19=4行19列的表中，如下所示：
5）Alice将与表中的行相对应的字符串作为加密消息M的片段发向Bob。所发送信息的4个片段是：
_etmneet_t\udsmt_fS
_gtuerr_,asaneeasf_
.narctrtria_edrrlen
si_t_seeovdec_ecenI
编写一个程序，破译按上述方式加密的非空消息。在加密之前，消息的长度最多为1000个字符，包括空格和换行符。
输入
输入包括多组测试用例，每个测试用例对应一条加密消息。一个测试用例以整数n开始，该整数显示被加密消息的片段数，并以指定片段的n个字符串继续，其顺序与加密过程第4步表中出现的顺序相同。输入数据片段以空格分隔。输入以文件结尾结束。
输出
解密后的信息必须打印在标准输出上，从一行开始，后面必须有空行，如下面的输入/输出样例所示。
输入样例
4 _etmneet_t\udsmt_fS
_gtuerr_,asaneeasf_
.narctrtria_edrrlen
si_t_seeovdec_ecenI
11 e n r e V _ s e l u J
输出样例
In Sneffels craterem descende audas
viator, et terrestre centrum attinges.
Jules Verne
（1）编程思路。
将输入的加密信息片段存放到二维数组中，由于加密时实际上是将明文字符串从右至左，从下至上存入二维表格中的，因此解密是将二维数组中保存的字符也按从右至左，从下至上依次取出保存在结果字符串中即可，保存的同时字符“_”变成空格，“\”变成回车符“\n”。最后去掉尾部多添加的空格。
（2）源程序。
#include <stdio.h>
#include <string.H>
int main()
{
int n;
while(scanf("%d",&n)!=EOF)
{
char ch[1001][1001];
char res[1001];
memset(res,0,sizeof(res));
int i,j;
for (i=0;i<n;i++)
{
scanf("%s",ch[i]);
}
int len=strlen(ch[0]);
int pos=0;
for (i=len-1;i>=0;i--)
{
for (j=n-1;j>=0;j--)
{
if (ch[j][i]=='_') res[pos++]=' ';
else if (ch[j][i]=='\\') res[pos++]='\n';
else res[pos++]=ch[j][i];
}
}
for (i=pos-1;res[i]==' ';i--) // 去掉尾部多添加的空格
res[i]='\0';
printf("%s\n\n",res);
}
return 0;
}
