Vigenere密码C程序

Question

我实现了一个Vigenere密码，它保留大小写，如果传递-d参数，也可以解密。使用是./vigenere <plaintext|ciphertext> key [-d]，它工作得很好，但我认为可能有一些事情我可以做得更好。所以，我只是在找批评。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <ctype.h>
#include <string.h>

#define ENCRYPT 1
#define DECRYPT -1

int mod(int x, int n)
{
    return (x % n + n) % n;
}

char *vigenere(char *input, char *keystream, int mode)
{
    if (strlen(keystream) != strlen(input))
        return NULL;
    
    int output_len = strlen(input), offset = 'a', wasupper = 0; 
    char *output = malloc(output_len);
    
    for (int i = 0; i < output_len; ++i)
    {
        if (isupper(input[i]))
        {
            input[i] = tolower(input[i]);
            wasupper = 1;
        }
        else
            wasupper = 0;
            
        output[i] = mod((input[i] - offset) + (keystream[i] - offset) * mode, 26) + offset;
        
        if (wasupper)
            output[i] = toupper(output[i]);
    }

    return output;
}

char *gen_keystream(char *key, int keystream_len)
{
    int key_len = strlen(key), j = 0;
    char *keystream = malloc(keystream_len);
    
    for (int i = 0; i < keystream_len; j = ++i % key_len)
        keystream[i] = key[j];
        
    return keystream;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    if (argc < 3)
        return EXIT_FAILURE;
        
    int mode = ENCRYPT;
        
    if (argc > 3 && strcmp(argv[3], "-d") == 0)
        mode = DECRYPT;
        
    int keystream_len = strlen(argv[1]);
    char *keystream = gen_keystream(argv[2], keystream_len);
    char *result = vigenere(argv[1], keystream, mode);
    
    printf("%s\n", result);

    free(keystream);
    free(result);
    
    return EXIT_SUCCESS;
}

Answer 1

处理数据流，而不是单个字符串

。

程序的工作方式是将输入作为命令行参数传递，但是如果要对整个文件进行编码或解码怎么办？如果输入很大怎么办？我将尝试修改程序，以便它可以从文件中运行，或者在没有指定文件的情况下从标准输入运行，因此可以这样做：

./vigenere key < plaintext.txt > ciphertext.txt

Answer 2

以下是一些可以帮助您改进代码的东西。

总是使用大括号

目前的守则包括：

if (isupper(input[i]))
{
    input[i] = tolower(input[i]);
    wasupper = 1;
}
else
    wasupper = 0;

    output[i] = mod((input[i] - offset) + (keystream[i] - offset) * mode, 26) + offset;
    
    if (wasupper)
        output[i] = toupper(output[i]);

问题是，else后面的缩进表明，只有当isupper(input[i])计算为false时才执行所有这些行，但情况并非如此。只有wasupper = 0;行在该路径上被独占执行。因此，代码的读者必须试图找出它是缩进错误还是缺少大括号错误。出于这个原因，特别是如果您对该语言还不熟悉，我建议对此类条件结构始终使用{}。

修复bug

C中的字符串必须以'\0'字符终止，才能使用函数调用(如strlen() )，但gen_keystream和vigenere中存在错误，无法解释终止符。请记住，strlen()返回不包括此终止字符的字符串的长度。

仔细思考数学运算

这个函数并没有中断，但是它并没有达到它所能达到的效率：

int mod(int x, int n)
{
    return (x % n + n) % n;
}

我们可以使用简单的return (x + n) % n;来表达相同的概念，考虑到x的预期范围是(-n,n)。您还可以简化一点以上的内容，我将在后面演示。

在实际的

中使用const

因为vigenere不应该改变input或keystream，所以两者都应该声明为const。

将每条语句放在单行

上

这不利于代码的可读性，在同一行中声明多个变量，或者滥用逗号运算符：

int output_len = strlen(input), offset = 'a', wasupper = 0; 

相反，在自己的行中分离每个语句可以使代码更容易阅读和维护。请参阅ES.10

检查错误的返回值

对malloc的调用可能失败。您必须检查返回值，以确保它们没有，或者当给定错误的输入或由于系统资源不足时，您的程序可能崩溃(或更糟)。严格的错误处理是大多数工作软件和无错误软件之间的区别。你应该为后者而奋斗。

考虑是否需要

函数

还有其他方法来构造程序，这样就不需要gen_keystream或keystream了。您可以简单地将密钥传递到修改过的vigenere版本中。

考虑使用指针而不是索引

对每个C程序员来说，有效地使用指针是一项基本技能。下面是您的函数的重写版本，使用了上面提到的大多数简化和更正：

char *vigenere(const char *input, const char *key, int mode)
{
    int output_len = strlen(input); 
    if (output_len == 0) {
        return NULL;
    }
    // add +1 for the terminating NUL character
    char *output = malloc(output_len + 1);
    if (output == NULL) {
        return output;
    }
    const char *keyptr = key;
    output[output_len] = '\0';
    
    for (char *curr = output ; *input; ++input) {
        if (*keyptr == '\0') {
            keyptr = key;
        }
        *curr = (mode * (*keyptr - tolower(*input)) + 26) % 26 + 'a';
        if (isupper(*input)) {
            *curr = toupper(*curr);
        }
        ++curr;
        ++keyptr;
    }
    return output;
}

注意，在这段代码中，我假设已经检查了所有字符，对于所有输入，isalpha()都是真的，对于键中的每个字符，islower()和isalpha()都是真的。

Answer 3

这不是我的密码

这一行：

if (strlen(keystream) != strlen(输入))返回NULL；

意味着键需要与输入完全相同的长度。所以你真正拥有的是一个一次性的垫子。

相反，一个真正的Vignère密码可以通过重用每个strlen(key)输入字符的键来编码任意大的消息。这解释了为什么Vignère密码不像OTP那么安全，特别是对于短密钥，但是它更有用。