使用 Go 语言实现凯撒加密

2020-08-11

在 2 世纪，发送机密消息的一个有效方法就是对每个字母进行位移，使得 'a' 变为 'd' ， 'b' 变为 'e' ，依次类推。这样处理产生的结果看上去就像是一门外语:

L fdph, L vdz, L frqtxhuhg. —— 尤利乌斯·凯撒(Julius Caesar)

正如代码清单 9-6 所示，使用计算机以数值方式处理字符是非常容易的。

代码清单 9-6 处理单个字符: caesar.go

c := 'a'
c=c+3
fmt.Printf("%c", c)    // 打印出“d”

然而，代码清单 9-6 展示的方法并不完美，因为它没有考虑该如何处理字符 'x' 、 'y' 和 'z' ，所以它无法对 xylophones 、 yaks 和 zebras 这样的单词实施加密。为了解决这个问题，最初的凯撒加密法采取了回绕措施，也就是将 'x' 变为 'a' 、 'y' 变为 'b' ，而 'z' 则变为 'c' 。对于包含 26 个字符的英文字母表，我们可以通过这段代码实现上述变换:

if c > 'z' {
    c = c - 26
}

凯撒密码的解密方法跟加密方法正好相反，程序不再是为字符加上 3 而是减去 3 ，并且它还需要在字符过小也就是 c < 'a' 的时候，将字符加上 26 以实施回绕。虽然上述的加密方法和解密方法都非常直观，但由于它们都需要处理字符边界以实现回绕，因此实际的编码过程将变得相当痛苦。

回转13(rotate 13，简称ROT13)是凯撒密码在 20 世纪的一个变体，该变体跟凯撒密码的唯一区别就在于，它给字符添加的量是 13 而不是 3 ，并且 ROT13 的加密和解密可以通过同一个方法实现，这是非常方便的。

现在，假设搜寻外星智能(Search for Extra-terrestrial Intelligence, SETI)的相关机构在外太空扫描外星人通信信息的时候，发现了包含以下消息的广播:

message := "uv vagreangvbany fcnpr fgngvba"

我们有预感，这条消息很可能是使用 ROT13 加密的英文文本，但是在解密这条消息之前，我们还需要知悉其包含的字符数量，这条消息包含 30 个字符，可以通过内置的 len 函数来确定:

fmt.Println(len(message))    // 打印出“30”

注意 Go 拥有少量无须导入语句即可使用的内置函数， len 函数即是其中之一，它可以测定各种不同类型的值的长度。例如，在上面的代码中， len 返回的就是 string 类型的字节长度。代码清单 9-7 展示的就是外太空消息的解密程序，你只需要在 Go Playground 运行这段代码，就会知道外星人在说什么了。

代码清单 9-7 ROT13 消息解密: rot13.go

message := "uv vagreangvbany fcnpr fgngvba"

for i := 0; i < len(message); i++ {    // 迭代字符串中的每一个 ASCII 字符
    c := message[i]
    if c >= 'a' && c <= 'z' {    // 只解密英文字母，至于空格和标点符号则保持不变
        c = c + 13
        if c > 'z' {
            c = c - 26
        }
    }
    fmt.Printf("%c", c)
}

注意，这段代码中的 ROT13 实现只能处理 ASCII 字符(字节)，它无法处理用西班牙语或者俄语撰写的消息，不过接下来的一节将会给出这个问题的解决方案。