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C++课设：实现简易文件加密工具（凯撒密码、异或加密、Base64编码）

news 2025/6/8 6:54:45

名人说：路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。—— 屈原《离骚》
创作者：Code_流苏(CSDN)（一个喜欢古诗词和编程的Coder😊）
专栏介绍：《编程项目实战》

目录

一、初识文件加密：为什么需要保护我们的文件？
1. 加密的基本概念
2. 为什么选择这三种算法？

二、工具介绍：三大经典加密算法一网打尽
1. 凯撒密码（Caesar Cipher）
2. 异或加密（XOR Encryption）
3. Base64编码
4. 环境兼容性说明

三、核心代码实现：手把手教你构建加密工具
四、实战演练：从入门到精通的使用指南
1. 环境准备
2. 实战举例
3. 常见问题解决

五、算法深度解析：揭秘加密背后的数学原理
1. 凯撒密码的数学本质
2. 异或运算的神奇特性
3. Base64的编码奥秘

六、总结与展望：安全编程的下一步
1. 学习收获
2. 安全性说明
3. 进阶方向

在数字化时代，数据安全变得越来越重要。今天我们将用C++从零构建一个简易但功能完善的文件加密工具，支持凯撒密码、异或加密和Base64编码三种经典算法，兼容Dev C++ 5.11环境。

一、初识文件加密：为什么需要保护我们的文件？

想象一下，你有一份重要的文档，里面记录着你的日记、密码或者商业机密。如果这个文件被别人轻易打开，后果不堪设想。这时候，文件加密就像给你的文件上了一把锁，只有知道密码的人才能打开。

计算机安全和数据隐私是现代应用程序设计中至关重要的方面。为了确保数据的机密性和完整性，常常需要使用加密和解密算法。

在这里插入图片描述

1. 加密的基本概念

加密是将可读的明文转换为不可读的密文的过程，而解密则是相反的过程。就像：

明文：Hello World!
密文：Khoor Zruog!（凯撒加密，位移3）

2. 为什么选择这三种算法？

凯撒密码：是已知最早的代替密码，通过对字母进行固定偏移量的移位操作来加密和解密消息，简单易懂，适合入门学习
异或加密：基于异或运算的简单且常见的加密技术，简单性和高效性使得它在某些场景下很有用
Base64编码：用于将二进制数据转换成可打印的ASCII字符串，广泛应用于数据传输和存储领域

二、工具介绍：三大经典加密算法一网打尽

我们的加密工具支持三种不同的加密方式，每种都有其独特的特点和应用场景。

在这里插入图片描述

1. 凯撒密码（Caesar Cipher）

凯撒密码是一种最简单且最广为人知的加密技术，明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目进行偏移。

工作原理：

将字母表中的每个字母向右移动固定位数
例如：位移3时，A→D, B→E, C→F
到达字母表末尾时循环回到开头：X→A, Y→B, Z→C

2. 异或加密（XOR Encryption）

异或加密使用异或运算（XOR），它有一个神奇的特性：A XOR B XOR B = A，这意味着加密和解密可以使用同一个操作！

工作原理：

将文本中的每个字符与密钥字符进行异或运算
密钥循环使用：如果密钥比文本短，就重复使用
同样的密钥既能加密也能解密

3. Base64编码

Base64是网络上最常见的用于传输8Bit字节代码的编码方式之一，虽然不是真正意义上的加密，但可以将文件内容转换为看起来像乱码的字符串。

工作原理：

将3个8位字节转换为4个6位字节
使用64个可打印字符表示数据
输出结果可能包含=作为填充字符

4. 环境兼容性说明

Dev-C++ 5.11使用MingW64/TDM-GCC编译器，遵循C++11标准，兼容C++98标准。我们的代码严格按照C++98标准编写，确保在Dev-C++ 5.11环境下完美运行。主要兼容性特点：

使用传统的string和vector等STL容器
避免使用C++11及以后的新特性
采用经典的for循环语法
使用.c_str()进行字符串转换

三、核心代码实现：手把手教你构建加密工具

下面是完整的C++代码实现，兼容Dev C++ 5.11：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>
#include <vector>
#include <cstdlib>using namespace std;class FileEncryption {
private:// Base64编码表static const string base64_chars;// 判断字符是否为Base64字符static bool is_base64(unsigned char c) {return (isalnum(c) || (c == '+') || (c == '/'));}public:// 凯撒加密static string caesarEncrypt(const string& text, int shift) {string result = "";for (size_t i = 0; i < text.length(); i++) {char c = text[i];if (isalpha(c)) {char base = islower(c) ? 'a' : 'A';c = ((c - base + shift) % 26) + base;}result += c;}return result;}// 凯撒解密static string caesarDecrypt(const string& text, int shift) {return caesarEncrypt(text, 26 - shift);}// 异或加密/解密（异或运算是可逆的）static string xorEncrypt(const string& text, const string& key) {string result = "";for (size_t i = 0; i < text.length(); i++) {result += char(text[i] ^ key[i % key.length()]);}return result;}// Base64编码static string base64Encode(const string& text) {string ret;int i = 0;int j = 0;unsigned char char_array_3[3];unsigned char char_array_4[4];const char* bytes_to_encode = text.c_str();int in_len = text.length();while (in_len--) {char_array_3[i++] = *(bytes_to_encode++);if (i == 3) {char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;for(i = 0; (i <4) ; i++)ret += base64_chars[char_array_4[i]];i = 0;}}if (i) {for(j = i; j < 3; j++)char_array_3[j] = '\0';char_array_4[0] = (char_array_3[0] & 0xfc) >> 2;char_array_4[1] = ((char_array_3[0] & 0x03) << 4) + ((char_array_3[1] & 0xf0) >> 4);char_array_4[2] = ((char_array_3[1] & 0x0f) << 2) + ((char_array_3[2] & 0xc0) >> 6);char_array_4[3] = char_array_3[2] & 0x3f;for (j = 0; (j < i + 1); j++)ret += base64_chars[char_array_4[j]];while((i++ < 3))ret += '=';}return ret;}// Base64解码static string base64Decode(const string& encoded_string) {int in_len = encoded_string.size();int i = 0;int j = 0;int in = 0;unsigned char char_array_4[4], char_array_3[3];string ret;while (in_len-- && ( encoded_string[in] != '=') && is_base64(encoded_string[in])) {char_array_4[i++] = encoded_string[in]; in++;if (i ==4) {for (i = 0; i <4; i++)char_array_4[i] = base64_chars.find(char_array_4[i]);char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];for (i = 0; (i < 3); i++)ret += char_array_3[i];i = 0;}}if (i) {for (j = i; j <4; j++)char_array_4[j] = 0;for (j = 0; j <4; j++)char_array_4[j] = base64_chars.find(char_array_4[j]);char_array_3[0] = (char_array_4[0] << 2) + ((char_array_4[1] & 0x30) >> 4);char_array_3[1] = ((char_array_4[1] & 0xf) << 4) + ((char_array_4[2] & 0x3c) >> 2);char_array_3[2] = ((char_array_4[2] & 0x3) << 6) + char_array_4[3];for (j = 0; (j < i - 1); j++) ret += char_array_3[j];}return ret;}// 读取文件内容static string readFile(const string& filename) {ifstream file(filename.c_str());if (!file.is_open()) {cout << "错误：无法打开文件 " << filename << endl;return "";}string content;string line;while (getline(file, line)) {content += line + "\n";}file.close();// 移除最后一个多余的换行符if (!content.empty() && content[content.length()-1] == '\n') {content.erase(content.length()-1);}return content;}// 写入文件static bool writeFile(const string& filename, const string& content) {ofstream file(filename.c_str());if (!file.is_open()) {cout << "错误：无法创建文件 " << filename << endl;return false;}file << content;file.close();return true;}
};// Base64字符表定义
const string FileEncryption::base64_chars = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ""abcdefghijklmnopqrstuvwxyz""0123456789+/";// 显示菜单
void showMenu() {cout << "\n========== 文件加解密工具 ==========" << endl;cout << "1. 凯撒加密" << endl;cout << "2. 凯撒解密" << endl;cout << "3. 异或加密" << endl;cout << "4. 异或解密" << endl;cout << "5. Base64编码" << endl;cout << "6. Base64解码" << endl;cout << "7. 查看文件内容" << endl;cout << "0. 退出程序" << endl;cout << "===================================" << endl;cout << "请选择操作: ";
}int main() {int choice;string inputFile, outputFile, content, result;int shift;string key;cout << "欢迎使用简易文件加解密工具！" << endl;while (true) {showMenu();cin >> choice;switch (choice) {case 1: // 凯撒加密cout << "请输入要加密的文件名: ";cin >> inputFile;content = FileEncryption::readFile(inputFile);if (content.empty()) break;cout << "请输入位移值 (1-25): ";cin >> shift;shift = shift % 26;result = FileEncryption::caesarEncrypt(content, shift);cout << "请输入输出文件名: ";cin >> outputFile;if (FileEncryption::writeFile(outputFile, result)) {cout << "凯撒加密完成！已保存到 " << outputFile << endl;}break;case 2: // 凯撒解密cout << "请输入要解密的文件名: ";cin >> inputFile;content = FileEncryption::readFile(inputFile);if (content.empty()) break;cout << "请输入位移值 (1-25): ";cin >> shift;shift = shift % 26;result = FileEncryption::caesarDecrypt(content, shift);cout << "请输入输出文件名: ";cin >> outputFile;if (FileEncryption::writeFile(outputFile, result)) {cout << "凯撒解密完成！已保存到 " << outputFile << endl;}break;case 3: // 异或加密cout << "请输入要加密的文件名: ";cin >> inputFile;content = FileEncryption::readFile(inputFile);if (content.empty()) break;cout << "请输入密钥: ";cin >> key;result = FileEncryption::xorEncrypt(content, key);cout << "请输入输出文件名: ";cin >> outputFile;if (FileEncryption::writeFile(outputFile, result)) {cout << "异或加密完成！已保存到 " << outputFile << endl;cout << "注意：请记住密钥 \"" << key << "\"，解密时需要使用相同密钥！" << endl;}break;case 4: // 异或解密cout << "请输入要解密的文件名: ";cin >> inputFile;content = FileEncryption::readFile(inputFile);if (content.empty()) break;cout << "请输入密钥: ";cin >> key;result = FileEncryption::xorEncrypt(content, key); // 异或解密与加密相同cout << "请输入输出文件名: ";cin >> outputFile;if (FileEncryption::writeFile(outputFile, result)) {cout << "异或解密完成！已保存到 " << outputFile << endl;}break;case 5: // Base64编码cout << "请输入要编码的文件名: ";cin >> inputFile;content = FileEncryption::readFile(inputFile);if (content.empty()) break;result = FileEncryption::base64Encode(content);cout << "请输入输出文件名: ";cin >> outputFile;if (FileEncryption::writeFile(outputFile, result)) {cout << "Base64编码完成！已保存到 " << outputFile << endl;}break;case 6: // Base64解码cout << "请输入要解码的文件名: ";cin >> inputFile;content = FileEncryption::readFile(inputFile);if (content.empty()) break;result = FileEncryption::base64Decode(content);cout << "请输入输出文件名: ";cin >> outputFile;if (FileEncryption::writeFile(outputFile, result)) {cout << "Base64解码完成！已保存到 " << outputFile << endl;}break;case 7: // 查看文件内容cout << "请输入要查看的文件名: ";cin >> inputFile;content = FileEncryption::readFile(inputFile);if (!content.empty()) {cout << "\n文件内容:" << endl;cout << "----------------------------------------" << endl;cout << content << endl;cout << "----------------------------------------" << endl;}break;case 0: // 退出cout << "感谢使用！再见！" << endl;return 0;default:cout << "无效选择，请重新输入！" << endl;break;}}return 0;
}

四、实战演练：从入门到精通的使用指南

1. 环境准备

编译器：Dev C++ 5.11或其他支持C++98的编译器
文件准备：创建一个测试文件test.txt，内容为：Hello World! This is a test file.

2. 实战举例

在这里插入图片描述

场景一：使用凯撒密码保护日记

1. 选择"1. 凯撒加密"
2. 输入文件名：diary.txt
3. 输入位移值：5
4. 输出文件：diary_encrypted.txt

先加密：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
将之前的diary.txt删掉，之后，我们进行解密：

在这里插入图片描述

场景二：使用异或加密保护密码文件

1. 选择"3. 异或加密"  
2. 输入文件名：passwords.txt
3. 输入密钥：MySecretKey2025
4. 输出文件：passwords_encrypted.txt

先加密：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
同样地，将之前的passwords.txt删掉，我们进行解密：

在这里插入图片描述

可以看到已解密成功

在这里插入图片描述

场景三：使用Base64编码传输文件

1. 选择"5. Base64编码"
2. 输入文件名：document.txt  
3. 输出文件：document_base64.txt

先加密：

在这里插入图片描述

同样地，将之前的document.txt删掉，我们再进行解密：

在这里插入图片描述

3. 常见问题解决

问题1：文件读取失败

解决方案：确保文件在程序同目录下，文件名输入正确

问题2：中文乱码

解决方案：保存文件时使用UTF-8编码，或在代码中添加locale设置

问题3：异或解密失败

解决方案：确保使用与加密时完全相同的密钥，区分大小写

五、算法深度解析：揭秘加密背后的数学原理

1. 凯撒密码的数学本质

凯撒密码的加密解密算法，就是两个公式：加密公式 f(a)=(a+k) mod 26，解密公式 f(a)=(a+26-k) mod 26

// 加密：字符向前移动k位
char encrypt = ((original - 'A' + shift) % 26) + 'A';// 解密：字符向后移动k位  
char decrypt = ((encrypted - 'A' + 26 - shift) % 26) + 'A';

模运算的妙用：

% 操作确保结果始终在0-25范围内
实现了字母表的"循环"特性
Z的下一个字母是A，形成闭环

2. 异或运算的神奇特性

异或运算有几个重要性质：

交换律：A ⊕ B = B ⊕ A
结合律：(A ⊕ B) ⊕ C = A ⊕ (B ⊕ C)
自逆性：A ⊕ A = 0，A ⊕ 0 = A
可逆性：如果C = A ⊕ B，那么A = C ⊕ B

这就是为什么异或加密和解密用同一个函数的原因！

3. Base64的编码奥秘

Base64要求把每三个8Bit的字节转换为四个6Bit的字节（3×8 = 4×6 = 24）

编码过程：

将3个字节（24位）分组
重新组织为4个6位的组
每个6位数对应Base64字符表中的一个字符
不足的部分用=填充

六、总结与展望：安全编程的下一步

1. 学习收获

通过这个项目，我们掌握了：

C++基础应用：文件操作、字符串处理、类的设计
加密算法原理：三种经典算法的工作机制
实际编程技巧：错误处理、用户交互、代码组织

2. 安全性说明

⚠️ 重要提醒：

这是一个教学工具，不建议用于重要数据的加密
凯撒密码的安全性非常低，容易受到破解，只有26个可能的密钥，可以在短时间内被暴力破解
异或加密的安全性取决于密钥的复杂度
Base64只是编码，不是真正的加密

3. 进阶方向

如果你想继续深入学习加密技术，可以考虑：

现代加密算法：AES、RSA、ECC等
密码学库：OpenSSL、Crypto++等
密码学理论：数论、椭圆曲线、量子密码学
安全工程：密钥管理、数字签名、安全协议

总结：通过构建这个简易的文件加解密工具，我们不仅学会了C++编程技巧，更重要的是理解了信息安全的基本概念。虽然这些算法在现代标准下并不够安全，但它们是通往高级密码学的重要stepping stone。记住，真正的安全不仅在于算法的复杂性，更在于正确的使用方式和完善的安全策略。

创作者：Code_流苏(CSDN)（一个喜欢古诗词和编程的Coder😊）

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http://www.xdnf.cn/news/922465.html

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一、初识文件加密：为什么需要保护我们的文件？

1. 加密的基本概念

2. 为什么选择这三种算法？

二、工具介绍：三大经典加密算法一网打尽

1. 凯撒密码（Caesar Cipher）

2. 异或加密（XOR Encryption）

3. Base64编码

4. 环境兼容性说明

三、核心代码实现：手把手教你构建加密工具

四、实战演练：从入门到精通的使用指南

1. 环境准备

2. 实战举例

3. 常见问题解决

五、算法深度解析：揭秘加密背后的数学原理

1. 凯撒密码的数学本质

2. 异或运算的神奇特性

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1. 学习收获

2. 安全性说明

3. 进阶方向

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