最簡單的 C# 字串加密：移位密碼實作與安全性分析

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前言：教學用途的經典移位密碼

凱撒密碼是最古老的替換加密演算法。本文實作一個變體：**加密後字串首字元 = 原字串尾字元，其餘各字元 = 原字串前一字元的 ASCII/Unicode 值 + 3**。雖極不安全，但適合理解字元編碼操作、字串陣列操作、模運算等基礎概念。

演算法規則

輸入：  w e l c o m e  (索引 0~6)
輸出：  e z h o f r p
        ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
        原[6] 原[0]+3 原[1]+3 原[2]+3 原[3]+3 原[4]+3 原[5]+3

完整 C# 實作

using System;

public class ShiftCipher
{
    /// 
    /// 移位加密：首字元取原尾字元，其餘各字元 = 原前一字元 + 3
    /// 
    public static string Encrypt(string input)
    {
        if (string.IsNullOrEmpty(input)) return input;
        if (input.Length == 1) return new string(new char[] { (char)(input[0] + 3) });

        char[] src = input.ToCharArray();
        char[] dst = new char[src.Length];

        // 首字元 = 原尾字元
        dst[0] = src[src.Length - 1];

        // 其餘字元 = 原前一字元 + 3
        for (int i = 1; i < src.Length; i++)
        {
            int val = src[i - 1] + 3;
            dst[i] = (char)val;
        }

        return new string(dst);
    }

    /// 
    /// 解密：逆向操作
    /// 
    public static string Decrypt(string input)
    {
        if (string.IsNullOrEmpty(input)) return input;
        if (input.Length == 1) return new string(new char[] { (char)(input[0] - 3) });

        char[] src = input.ToCharArray();
        char[] dst = new char[src.Length];

        // 原尾字元 = 加密首字元
        dst[dst.Length - 1] = src[0];

        // 原前一字元 = 加密字元 - 3
        for (int i = 1; i < src.Length; i++)
        {
            int val = src[i] - 3;
            dst[i - 1] = (char)val;
        }

        return new string(dst);
    }

    public static void Main()
    {
        Console.Write("請輸入要加密的字串：");
        string input = Console.ReadLine();

        string encrypted = Encrypt(input);
        string decrypted = Decrypt(encrypted);

        Console.WriteLine($"原文：  {input}");
        Console.WriteLine($"密文：  {encrypted}");
        Console.WriteLine($"解密：  {decrypted}");
        Console.WriteLine($"驗證：  {(input == decrypted ? "通過" : "失敗")}");
    }
}

執行範例

請輸入要加密的字串：welcome
原文：  welcome
密文：  ezhofrp
解密：  welcome
驗證：  通過

程式碼細節解析

ToCharArray()：字串轉可變字元陣列
(char)(val)：整數轉字元（隱式截斷超出範圍值）
new string(char[])：陣列建構字串
邊界處理：空字串、單字元情況

安全性分析：為何不可用於生產

弱點	說明
金鑰空間極小	固定位移 3，無金鑰參數，破解成本 O(1)
頻率分析	單表替換密碼，字母頻率分布不變，極易破解
已知明文攻擊	一組明密文對即可推導完整映射規則
無完整性保護	任意修改密文解密後僅局部亂碼，無法偵測竄改
字元溢位未處理	`char + 3` 超過 `char.MaxValue` 會環繞，解密失敗

改進版：支援任意位移與模運算

public static string EncryptImproved(string input, int shift)
{
    if (string.IsNullOrEmpty(input)) return input;
    shift = shift % 65536; // char 範圍 0~65535
    char[] src = input.ToCharArray();
    char[] dst = new char[src.Length];
    dst[0] = src[^1];
    for (int i = 1; i < src.Length; i++)
        dst[i] = (char)((src[i - 1] + shift) % 65536);
    return new string(dst);
}

public static string DecryptImproved(string input, int shift)
{
    if (string.IsNullOrEmpty(input)) return input;
    shift = shift % 65536;
    char[] src = input.ToCharArray();
    char[] dst = new char[src.Length];
    dst[^1] = src[0];
    for (int i = 1; i < src.Length; i++)
        dst[i - 1] = (char)((src[i] - shift + 65536) % 65536);
    return new string(dst);
}