3. 维吉尼亚密码的加密与解密

任务目标

实现维吉尼亚密码（Vigenère Cipher）的加密与解密功能。程序接收一个由字母组成的密钥字符串，对输入的英文文本（仅含A-Z字母，大小写不敏感）进行加密和解密，并输出结果。

实现思路

维吉尼亚密码是凯撒密码的多表替代扩展。加密时，将密钥中的每个字母映射为位移量（A=0, B=1, ..., Z=25），依次作用于明文的每个字母；密钥长度不足时循环使用。解密时使用相同的密钥，将密文字母反向位移即可。本实现将明文统一转为大写处理，密钥中的字母同样转为大写以计算位移。

完整代码

def vigenere_encrypt(plaintext: str, key: str) -> str:
    """使用维吉尼亚密码加密明文（仅处理A-Z字母，忽略其他字符）"""
    plaintext = plaintext.upper()
    key = key.upper()
    ciphertext = []
    key_index = 0
    for ch in plaintext:
        if 'A' <= ch <= 'Z':
            shift = ord(key[key_index % len(key)]) - ord('A')
            encrypted_char = chr((ord(ch) - ord('A') + shift) % 26 + ord('A'))
            ciphertext.append(encrypted_char)
            key_index += 1
        else:
            ciphertext.append(ch)  # 非字母字符原样保留
    return ''.join(ciphertext)

def vigenere_decrypt(ciphertext: str, key: str) -> str:
    """使用维吉尼亚密码解密密文（仅处理A-Z字母，忽略其他字符）"""
    ciphertext = ciphertext.upper()
    key = key.upper()
    plaintext = []
    key_index = 0
    for ch in ciphertext:
        if 'A' <= ch <= 'Z':
            shift = ord(key[key_index % len(key)]) - ord('A')
            decrypted_char = chr((ord(ch) - ord('A') - shift) % 26 + ord('A'))
            plaintext.append(decrypted_char)
            key_index += 1
        else:
            plaintext.append(ch)  # 非字母字符原样保留
    return ''.join(plaintext)

# 最小调用示例
if __name__ == '__main__':
    key = "KEY"
    plain = "HELLO WORLD"
    encrypted = vigenere_encrypt(plain, key)
    decrypted = vigenere_decrypt(encrypted, key)
    print(f"明文: {plain}")
    print(f"密文: {encrypted}")
    print(f"解密: {decrypted}")
    # 验证：解密结果应与原明文一致
    assert decrypted == plain, "加解密不一致！"
    print("验证通过：解密结果与明文一致。")

运行与验证

运行方式：将上述代码保存为 vigenere.py，在命令行执行 python vigenere.py。

预期输出：由于代码逻辑确定，给定输入 plain="HELLO WORLD"、key="KEY" 时，输出应为：

明文: HELLO WORLD
密文: RIJVS UYVJN
解密: HELLO WORLD
验证通过：解密结果与明文一致。

判定标准：程序正常结束且打印“验证通过”即表示加解密功能正确。可自行修改 plain 和 key 的值（密钥仅含字母）进行更多测试，解密结果始终应与原明文相同。

关键说明

• 代码仅处理英文字母，数字、空格、标点等非字母字符在加密和解密时均原样保留，不参与位移计算。
• 密钥字符串仅支持字母，若包含其他字符需先过滤，否则 ord(key[...]) - ord('A') 会得到错误位移。本实现假定输入密钥合法。
• 加密和解密使用同一密钥，解密是加密的逆运算，因此 vigenere_decrypt(vigenere_encrypt(text, key), key) == text 恒成立。