仿射密碼

說明

建立仿射密碼的實作，這是一種源自中東的古老加密系統。

仿射密碼是一種單表替換密碼。 每個字元會對應到它的數值，用數學函式加密，然後轉換成與新數值相關的字母。 雖然所有單表替換密碼都很弱，但仿射密碼比埃特巴什密碼強得多，因為它有更多金鑰。

加密

加密函式是：

E(x) = (ai + b) mod m

其中：

• i是字母的索引，從0到字母表長度減 1。
• m是字母表的長度。 對拉丁字母而言，m是26。
• a和b是整數，它們組成加密金鑰。

a和m的值必須是_互質_（或稱_互質_），自動解密才能成功，亦即它們唯一的公因數是1（更多資訊可以在關於互質整數的維基百科條目中找到）。 如果a與m不是互質，你的程式應該指出這是錯誤。 否則，它應該使用提供的金鑰進行加密或解密。

就這個練習而言，數字是有效輸入，但不會被加密。 空格和標點字元會被排除。 密文會以固定長度的分組寫出，並以空格分隔，傳統的分組大小是5個字母。 這樣做是為了讓別人更難根據單字邊界猜出加密文字。

解密

解密函式是：

D(y) = (a^-1)(y - b) mod m

其中：

• y是加密字母的數值，亦即y = E(x)
• 重要的是，a^-1是a mod m的模反元素（MMI）
• 模反元素只有在a和m互質時才存在。

a的模反元素是這樣的x：將ax除以m後的餘數為1：

ax mod m = 1

關於如何求得模反元素以及它的意義，更多資訊可以在相關的維基百科條目中找到。

一般範例

• 使用金鑰a = 5、b = 7加密"test"會得到"ybty"
• 使用金鑰a = 5、b = 7解密"ybty"會得到"test"
• 使用錯誤的金鑰a = 11、b = 7解密"ybty"會得到"lqul"
• 使用金鑰a = 19、b = 13解密"kqlfd jzvgy tpaet icdhm rtwly kqlon ubstx"會得到"thequickbrownfoxjumpsoverthelazydog"
• 使用金鑰a = 18、b = 13加密"test"會是錯誤，因為18和26不是互質

尋找模反元素（MMI）的範例

尋找a = 15的模反元素：

• (15 * x) mod 26 = 1
• (15 * 7) mod 26 = 1，亦即105 mod 26 = 1
• 7是15 mod 26的模反元素

例外訊息

有時候我們必須引發例外。這麼做的時候，請務必附上有意義的錯誤訊息，指出錯誤的來源。這能讓程式碼更好讀，對除錯也有很大的幫助。如果你已經知道錯誤的來源屬於某個特定型別，可以選擇引發其中一種內建的錯誤類型，但仍然要附上有意義的訊息。

這個練習要求你使用 raise 敘述來「拋出」ValueError。只有同時raise這個exception並附上訊息，測試才會通過。

若要引發帶有訊息的 ValueError，請把訊息寫成exception型別的引數：

raise ValueError("a and m must be coprime.")

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出處

Wikipedia