怎么用Python复现二战德军enigma密码机(python,开发技术)

前言

我们知道，enigma机是德军二战中重要的情报加密机器，其有许多特点。

首先，它是一台加解密一体机

其次，它有排己性，虽然多次输入同一明文可能得到不同的密文，但明文a永远不可能加密为其本身。这样完美掩盖本身明文的性质是由反射板造成的，但也最终在图灵的利用下给了enigma机致命一击。

enigma机先后有多种不同的型号，如3转轮型，5转轮型，5转轮选3转轮型等等。

代码

话不多说，直接上代码：（一些使用说明见文末）

#-*-coding:utf-8-*-"""CreatedonTueJan409:40:422022@author:burger"""fromnumpyimportrandomimportnumpyasnpimporttimearr=np.array(['a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z'])#输入一个批次号num=input('请输入您要使用的enigma机批次号XXX-XXX-XXX（示例：123-456-789）\n')filename='enigma_code_book.txt'withopen(filename)asfile_object:context=file_object.read()ifnumincontext:number=context.find(num)arr_a=context[(number+12):(number+38)]#一号转轮arr_b=context[(number+39):(number+65)]#二号转轮arr_c=context[(number+66):(number+92)]#三号转轮arr_d=context[(number+93):(number+119)]#反射板else:arr_a=random.permutation(arr)arr_b=random.permutation(arr)arr_c=random.permutation(arr)arr_d=random.permutation(arr)withopen(filename,'a')asfile_object:str_1='\n'str_1=str_1+numstr_1+=''foriinrange(len(arr_a)):str_1+=arr_a[i]str_1+=''foriinrange(len(arr_b)):str_1+=arr_b[i]str_1+=''foriinrange(len(arr_c)):str_1+=arr_c[i]str_1+=''foriinrange(len(arr_d)):str_1+=arr_d[i]str_1+=''file_object.write(str_1)zzwz=input('请输入初始转子位置(规范为三个英文字母中间加两个英文逗号)\neg:a,b,c\n')#zzwz即转子位置zz_1=list(zzwz)[0]zz_2=list(zzwz)[2]zz_3=list(zzwz)[4]num_zz_1=ord(zz_1)-97num_zz_2=ord(zz_2)-97num_zz_3=ord(zz_3)-97defmain():globalnum_zz_1globalnum_zz_2globalnum_zz_3text=input('请输入加密内容\n')forninrange(len(text)):string=list(text)[n]print(zhuanhuan(string),end='')num_zz_1+=1ifnum_zz_1==26:num_zz_1=0num_zz_2+=1ifnum_zz_2==26:num_zz_2=0num_zz_3+=1ifnum_zz_3==26:num_zz_3=0defzhuanhuan(letter):#a号转轮#右侧有26个触点#生成a轮的随机连线方式a_1_1=Falsea_1_2=Falsea_1_3=Falsea_1_4=Falsea_1_5=Falsea_1_6=Falsea_1_7=Falsea_1_8=Falsea_1_9=Falsea_1_10=Falsea_1_11=Falsea_1_12=Falsea_1_13=Falsea_1_14=Falsea_1_15=Falsea_1_16=Falsea_1_17=Falsea_1_18=Falsea_1_19=Falsea_1_20=Falsea_1_21=Falsea_1_22=Falsea_1_23=Falsea_1_24=Falsea_1_25=Falsea_1_26=Falseifletter=='a':a_1_1=Trueifletter=='b':a_1_2=Trueelifletter=='c':a_1_3=Trueelifletter=='d':a_1_4=Trueelifletter=='e':a_1_5=Trueelifletter=='f':a_1_6=Trueelifletter=='g':a_1_7=Trueelifletter=='h':a_1_8=Trueelifletter=='i':a_1_9=Trueelifletter=='j':a_1_10=Trueelifletter=='k':a_1_11=Trueelifletter=='l':a_1_12=Trueelifletter=='m':a_1_13=Trueelifletter=='n':a_1_14=Trueelifletter=='o':a_1_15=Trueelifletter=='p':a_1_16=Trueelifletter=='q':a_1_17=Trueelifletter=='r':a_1_18=Trueelifletter=='s':a_1_19=Trueelifletter=='t':a_1_20=Trueelifletter=='u':a_1_21=Trueelifletter=='v':a_1_22=Trueelifletter=='w':a_1_23=Trueelifletter=='x':a_1_24=Trueelifletter=='y':a_1_25=Trueelifletter=='z':a_1_26=Truea_1_first=[a_1_1,a_1_2,a_1_3,a_1_4,a_1_5,a_1_6,a_1_7,a_1_8,a_1_9,a_1_10,a_1_11,a_1_12,a_1_13,a_1_14,a_1_15,a_1_16,a_1_17,a_1_18,a_1_19,a_1_20,a_1_21,a_1_22,a_1_23,a_1_24,a_1_25,a_1_26]#print(a_1_first)a_1=[False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False,False]foriinrange(26):globalnum_zz_1a_1[i]=a_1_first[(num_zz_1-26)+i]#print(a_1)#左侧有26个触点a_2_1=Falsea_2_2=Falsea_2_3=Falsea_2_4=Falsea_2_5=Falsea_2_6=Falsea_2_7=Falsea_2_8=Falsea_2_9=Falsea_2_10=Falsea_2_11=Falsea_2_12=Falsea_2_13=Falsea_2_14=Falsea_2_15=Falsea_2_16=Falsea_2_17=Falsea_2_18=Falsea_2_19=Falsea_2_20=Falsea_2_21=Falsea_2_22=Falsea_2_23=Falsea_2_24=Falsea_2_25=Falsea_2_26=Falsea_2=[a_2_1,a_2_2,a_2_3,a_2_4,a_2_5,a_2_6,a_2_7,a_2_8,a_2_9,a_2_10,a_2_11,a_2_12,a_2_13,a_2_14,a_2_15,a_2_16,a_2_17,a_2_18,a_2_19,a_2_20,a_2_21,a_2_22,a_2_23,a_2_24,a_2_25,a_2_26]#构建a号转轮左右对应关系foriinrange(26):a_2[i]=a_1[ord(arr_a[i])-97]#print(a_2)#此时，a号转轮建模成功#b号转轮#右侧有26个触点b_1_1=Falseb_1_2=Falseb_1_3=Falseb_1_4=Falseb_1_5=Falseb_1_6=Falseb_1_7=Falseb_1_8=Falseb_1_9=Falseb_1_10=Falseb_1_11=Falseb_1_12=Falseb_1_13=Falseb_1_14=Falseb_1_15=Falseb_1_16=Falseb_1_17=Falseb_1_18=Falseb_1_19=Falseb_1_20=Falseb_1_21=Falseb_1_22=Falseb_1_23=Falseb_1_24=Falseb_1_25=Falseb_1_26=Falseb_1=[b_1_1,b_1_2,b_1_3,b_1_4,b_1_5,b_1_6,b_1_7,b_1_8,b_1_9,b_1_10,b_1_11,b_1_12,b_1_13,b_1_14,b_1_15,b_1_16,b_1_17,b_1_18,b_1_19,b_1_20,b_1_21,b_1_22,b_1_23,b_1_24,b_1_25,b_1_26]#a轮传给b轮foriinrange(26):globalnum_zz_2b_1[i]=a_2[((num_zz_2)-26)+i]#print(b_1)#左侧有26个触点b_2_1=Falseb_2_2=Falseb_2_3=Falseb_2_4=Falseb_2_5=Falseb_2_6=Falseb_2_7=Falseb_2_8=Falseb_2_9=Falseb_2_10=Falseb_2_11=Falseb_2_12=Falseb_2_13=Falseb_2_14=Falseb_2_15=Falseb_2_16=Falseb_2_17=Falseb_2_18=Falseb_2_19=Falseb_2_20=Falseb_2_21=Falseb_2_22=Falseb_2_23=Falseb_2_24=Falseb_2_25=Falseb_2_26=Falseb_2=[b_2_1,b_2_2,b_2_3,b_2_4,b_2_5,b_2_6,b_2_7,b_2_8,b_2_9,b_2_10,b_2_11,b_2_12,b_2_13,b_2_14,b_2_15,b_2_16,b_2_17,b_2_18,b_2_19,b_2_20,b_2_21,b_2_22,b_2_23,b_2_24,b_2_25,b_2_26]#构建b号转轮左右对应关系foriinrange(26):b_2[i]=b_1[ord(arr_b[i])-97]#print(b_2)#此时，b号转轮建模成功#c号转轮#右侧有26个触点c_1_1=Falsec_1_2=Falsec_1_3=Falsec_1_4=Falsec_1_5=Falsec_1_6=Falsec_1_7=Falsec_1_8=Falsec_1_9=Falsec_1_10=Falsec_1_11=Falsec_1_12=Falsec_1_13=Falsec_1_14=Falsec_1_15=Falsec_1_16=Falsec_1_17=Falsec_1_18=Falsec_1_19=Falsec_1_20=Falsec_1_21=Falsec_1_22=Falsec_1_23=Falsec_1_24=Falsec_1_25=Falsec_1_26=Falsec_1=[c_1_1,c_1_2,c_1_3,c_1_4,c_1_5,c_1_6,c_1_7,c_1_8,c_1_9,c_1_10,c_1_11,c_1_12,c_1_13,c_1_14,c_1_15,c_1_16,c_1_17,c_1_18,c_1_19,c_1_20,c_1_21,c_1_22,c_1_23,c_1_24,c_1_25,c_1_26]#b轮传给c轮foriinrange(26):globalnum_zz_3c_1[i]=b_2[((num_zz_3)-26)+i]#print(c_1)#左侧有26个触点c_2_1=Falsec_2_2=Falsec_2_3=Falsec_2_4=Falsec_2_5=Falsec_2_6=Falsec_2_7=Falsec_2_8=Falsec_2_9=Falsec_2_10=Falsec_2_11=Falsec_2_12=Falsec_2_13=Falsec_2_14=Falsec_2_15=Falsec_2_16=Falsec_2_17=Falsec_2_18=Falsec_2_19=Falsec_2_20=Falsec_2_21=Falsec_2_22=Falsec_2_23=Falsec_2_24=Falsec_2_25=Falsec_2_26=Falsec_2=[c_2_1,c_2_2,c_2_3,c_2_4,c_2_5,c_2_6,c_2_7,c_2_8,c_2_9,c_2_10,c_2_11,c_2_12,c_2_13,c_2_14,c_2_15,c_2_16,c_2_17,c_2_18,c_2_19,c_2_20,c_2_21,c_2_22,c_2_23,c_2_24,c_2_25,c_2_26]#构建c号转轮左右对应关系foriinrange(26):c_2[i]=c_1[ord(arr_c[i])-97]#print(c_2)#此时，c号转轮建模成功#c号转轮反射板foriinrange(0,26,2):c_2[ord(arr_d[i])-97],c_2[ord(arr_d[i+1])-97]=c_2[ord(arr_d[i+1])-97],c_2[ord(arr_d[i])-97]#反向传播arr_c_2=[]arr_b_2=[]arr_a_2=[]arr_c_1=[]arr_b_1=[]arr_a_1=[]foriinrange(26):arr_c_2.append(ord(arr_c[i])-97)arr_b_2.append(ord(arr_b[i])-97)arr_a_2.append(ord(arr_a[i])-97)arr_c_0=sorted(arr_c_2)arr_b_0=sorted(arr_b_2)arr_a_0=sorted(arr_a_2)foriinrange(26):arr_c_1.append(arr_c_2.index(arr_c_0[i]))arr_b_1.append(arr_b_2.index(arr_c_0[i]))arr_a_1.append(arr_a_2.index(arr_c_0[i]))#c号转轮反向传播c_3_1=Falsec_3_2=Falsec_3_3=Falsec_3_4=Falsec_3_5=Falsec_3_6=Falsec_3_7=Falsec_3_8=Falsec_3_9=Falsec_3_10=Falsec_3_11=Falsec_3_12=Falsec_3_13=Falsec_3_14=Falsec_3_15=Falsec_3_16=Falsec_3_17=Falsec_3_18=Falsec_3_19=Falsec_3_20=Falsec_3_21=Falsec_3_22=Falsec_3_23=Falsec_3_24=Falsec_3_25=Falsec_3_26=Falsec_3=[c_3_1,c_3_2,c_3_3,c_3_4,c_3_5,c_3_6,c_3_7,c_3_8,c_3_9,c_3_10,c_3_11,c_3_12,c_3_13,c_3_14,c_3_15,c_3_16,c_3_17,c_3_18,c_3_19,c_3_20,c_3_21,c_3_22,c_3_23,c_3_24,c_3_25,c_3_26]foriinrange(26):c_3[i]=c_2[arr_c_1[i]]#print(c_3)#c轮传给b轮b_3_1=Falseb_3_2=Falseb_3_3=Falseb_3_4=Falseb_3_5=Falseb_3_6=Falseb_3_7=Falseb_3_8=Falseb_3_9=Falseb_3_10=Falseb_3_11=Falseb_3_12=Falseb_3_13=Falseb_3_14=Falseb_3_15=Falseb_3_16=Falseb_3_17=Falseb_3_18=Falseb_3_19=Falseb_3_20=Falseb_3_21=Falseb_3_22=Falseb_3_23=Falseb_3_24=Falseb_3_25=Falseb_3_26=Falseb_3=[b_3_1,b_3_2,b_3_3,b_3_4,b_3_5,b_3_6,b_3_7,b_3_8,b_3_9,b_3_10,b_3_11,b_3_12,b_3_13,b_3_14,b_3_15,b_3_16,b_3_17,b_3_18,b_3_19,b_3_20,b_3_21,b_3_22,b_3_23,b_3_24,b_3_25,b_3_26]foriinrange(26):#globalnum_zz_3b_3[i]=c_3[-(num_zz_3)+i]#左侧有26个触点#print(b_3)#b号转轮反向传播b_4_1=Falseb_4_2=Falseb_4_3=Falseb_4_4=Falseb_4_5=Falseb_4_6=Falseb_4_7=Falseb_4_8=Falseb_4_9=Falseb_4_10=Falseb_4_11=Falseb_4_12=Falseb_4_13=Falseb_4_14=Falseb_4_15=Falseb_4_16=Falseb_4_17=Falseb_4_18=Falseb_4_19=Falseb_4_20=Falseb_4_21=Falseb_4_22=Falseb_4_23=Falseb_4_24=Falseb_4_25=Falseb_4_26=Falseb_4=[b_4_1,b_4_2,b_4_3,b_4_4,b_4_5,b_4_6,b_4_7,b_4_8,b_4_9,b_4_10,b_4_11,b_4_12,b_4_13,b_4_14,b_4_15,b_4_16,b_4_17,b_4_18,b_4_19,b_4_20,b_4_21,b_4_22,b_4_23,b_4_24,b_4_25,b_4_26]foriinrange(26):b_4[i]=b_3[arr_b_1[i]]#print(b_4)#b轮传给a轮a_3_1=Falsea_3_2=Falsea_3_3=Falsea_3_4=Falsea_3_5=Falsea_3_6=Falsea_3_7=Falsea_3_8=Falsea_3_9=Falsea_3_10=Falsea_3_11=Falsea_3_12=Falsea_3_13=Falsea_3_14=Falsea_3_15=Falsea_3_16=Falsea_3_17=Falsea_3_18=Falsea_3_19=Falsea_3_20=Falsea_3_21=Falsea_3_22=Falsea_3_23=Falsea_3_24=Falsea_3_25=Falsea_3_26=Falsea_3=[a_3_1,a_3_2,a_3_3,a_3_4,a_3_5,a_3_6,a_3_7,a_3_8,a_3_9,a_3_10,a_3_11,a_3_12,a_3_13,a_3_14,a_3_15,a_3_16,a_3_17,a_3_18,a_3_19,a_3_20,a_3_21,a_3_22,a_3_23,a_3_24,a_3_25,a_3_26]foriinrange(26):#globalnum_zz_2a_3[i]=b_4[-(num_zz_2)+i]#左侧有26个触点#print(a_3)#a号转轮反向传播a_4_1=Falsea_4_2=Falsea_4_3=Falsea_4_4=Falsea_4_5=Falsea_4_6=Falsea_4_7=Falsea_4_8=Falsea_4_9=Falsea_4_10=Falsea_4_11=Falsea_4_12=Falsea_4_13=Falsea_4_14=Falsea_4_15=Falsea_4_16=Falsea_4_17=Falsea_4_18=Falsea_4_19=Falsea_4_20=Falsea_4_21=Falsea_4_22=Falsea_4_23=Falsea_4_24=Falsea_4_25=Falsea_4_26=Falsea_4=[a_4_1,a_4_2,a_4_3,a_4_4,a_4_5,a_4_6,a_4_7,a_4_8,a_4_9,a_4_10,a_4_11,a_4_12,a_4_13,a_4_14,a_4_15,a_4_16,a_4_17,a_4_18,a_4_19,a_4_20,a_4_21,a_4_22,a_4_23,a_4_24,a_4_25,a_4_26]foriinrange(26):a_4[i]=a_3[arr_a_1[i]]#print(a_4)#a轮传回z_3_1=Falsez_3_2=Falsez_3_3=Falsez_3_4=Falsez_3_5=Falsez_3_6=Falsez_3_7=Falsez_3_8=Falsez_3_9=Falsez_3_10=Falsez_3_11=Falsez_3_12=Falsez_3_13=Falsez_3_14=Falsez_3_15=Falsez_3_16=Falsez_3_17=Falsez_3_18=Falsez_3_19=Falsez_3_20=Falsez_3_21=Falsez_3_22=Falsez_3_23=Falsez_3_24=Falsez_3_25=Falsez_3_26=Falsez_3=[z_3_1,z_3_2,z_3_3,z_3_4,z_3_5,z_3_6,z_3_7,z_3_8,z_3_9,z_3_10,z_3_11,z_3_12,z_3_13,z_3_14,z_3_15,z_3_16,z_3_17,z_3_18,z_3_19,z_3_20,z_3_21,z_3_22,z_3_23,z_3_24,z_3_25,z_3_26]foriinrange(26):#globalnum_zz_1z_3[i]=a_4[-(num_zz_1)+i]#print(z_3)foriinrange(26):ifz_3[i]==True:return(chr(i+97))if__name__=='__main__':main()

简单解释一下代码，大体思路是用boolean类型的列表来表示每组26个触头的有电无电情况，在复现过程中用到了后来图灵在破解enigma机的时候用到的一种思想：将两个接线情况完全对称的enigma机并排放置。其中对True传递的处理方法和反射板的模拟方法是本人较为满意的地方。

反射过程中，有一个较有意思的东西。上图：

以四个触点为例，在正向传播时，我们以左面触点为基准，读取右面触点的序号为3 4 1 2，在反向传播时，我们以右面触点为基准，读取左面触点序号为2 4 1 3。如何根据3412来构建出2413是一个关键。笔者的一个朋友提供了一个很好的思路。假设3412储存在列表A中，对列表A进行从小到大的排序，储存在列表B中。将列表B中每一个元素在列表A中的下标记录到列表C中，列表C即为我们所求。

之后仿照正向传播，进行反向传播即可。

说一下代码的使用方法吧，在源码同一目录下建立一个名为enigma_code_book.txt文件，用于粗存enigma机型号，三个转轮和一个反射板的接线方式。

点击运行代码，随便输入由3组分别3个阿拉伯数字组成的enigma机批次号，如:123-456-789，点回车。此时程序会自动生成该批次号enigma机的接线方法。如果曾经使用过该批次enigma机，则在enigma_code_book中自动找到所需的接线方式。

再输入初始转轮位置，要求为三个小写英文字母，中间由逗号隔开，如:a,b,c。回车，再输入所需加密的明文内容，回车，即可生成密文。

如果想进行解密，则要求输入同一批次号，同一初始转子位置，输入密文，则可解密出明文。

需要注意的是，这里仿照历史中enigma机，只做了26个小写英文字母的加密，而没有数字，大写英文字母以及标点符号等的加密。因为这些只是在其基础上根据应用需求不同做的一些添砖加瓦的工作。笔者也同时考虑到，如果想加密汉语，可以首先将enigma机扩充进大写字母和阿拉伯数字，再结合base64的值即可。