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法学使用Playfair密码加密消息的Java程序
加密是将信息转换为不可读格式或密文的任务。通常是为了保护信息的机密性。有很多方法和算法可以加密数据。Playfair密码算法就是一个例子。在本文中，我们将学习如何编写一个使用Playfair密码加密消息的Java程序。
Playfair密码使用一个5x5的网格或矩阵和一组预定义的规则。要加密，我们需要一个密钥和要加密的明文。
步骤
现在让我们看看使用Playfair密码加密消息的步骤：
1. 生成密钥表
这是一个5x5的字母网格，不允许重复。我们首先将密钥的每个字母放入其中，然后放入所有剩余的字母。字母i和j被认为占据网格中的同一个单元格，因为5x5是25，而英语中有26个字母，因此必须做出一些妥协。
2. 将明文分成对
如果明文的长度是奇数，我们在末尾添加字母X使其成为偶数。然后我们将整个明文分成对，即每两个字母一组。例如：如果明文长度为10，则将有5对字母。
3. 遍历字母对
对于明文中的每一对字母，我们执行以下操作：
如果两个连续的字母相同，则在它们之间插入一个X。
在步骤1中创建的网格中找到这两个字母的位置。
如果字母在同一行，我们将每个字母替换为右侧的字母。如果是该行的最后一个元素，我们可以转到该行的第一个元素。
如果字母在同一列，我们将每个字母替换为其下方的字母。如果是该列的最后一个元素，我们可以转到该列的第一个元素。
如果字母不在同一列或同一行，我们将每个字母替换为同一行但在另一个字母列中的字母。
4. 上一步获得的字母集就是加密文本。
现在让我们看看在Java中的上述实现。
示例
在下面的示例中，我们实现Playfair密码来加密消息。
public class PlayfairCipher {
private char[][] keyTable;
private static final int grid_dimension = 5;
private static final char APPEND = 'X';
public PlayfairCipher(String key) {
keyTable = generateKeyTable(key);
}
private char[][] generateKeyTable(String key) {
// Initialize the key table with all ' ' characters
char[][] table = new char[grid_dimension][grid_dimension];
for (int i = 0; i < grid_dimension; i++) {
for (int j = 0; j < grid_dimension; j++) {
table[i][j] = ' ';
}
}
// Fill the key table with the letters of the key
int row = 0;
int col = 0;
boolean[] used = new boolean[26];
for (int i = 0; i < key.length(); i++) {
char ch = Character.toUpperCase(key.charAt(i));
if (ch == 'J') {
ch = 'I';
}
if (!used[ch - 'A']) {
table[row][col] = ch;
used[ch - 'A'] = true;
col++;
if (col == grid_dimension) {
row++;
col = 0;
}
}
}
// Fill the remaining cells of the key table with the remaining letters of the alphabet
for (int i = 0; i < 26; i++) {
char ch = (char) ('A' + i);
if (ch == 'J') {
continue;
}
if (!used[i]) {
table[row][col] = ch;
col++;
if (col == grid_dimension) {
row++;
col = 0;
}
}
}
return table;
}
public String encrypt(String plaintext) {
plaintext = preprocess(plaintext);
StringBuilder ciphertext = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < plaintext.length(); i += 2) {
char ch1 = plaintext.charAt(i);
char ch2 = plaintext.charAt(i + 1);
int[] position1 = findPosition(ch1);
int[] position2 = findPosition(ch2);
if (position1[0] == position2[0]) {
// When letters exist in same row
int newCol1 = (position1[1] + 1) % grid_dimension;
int newCol2 = (position2[1] + 1) % grid_dimension;
ciphertext.append(keyTable[position1[0]][newCol1]);
ciphertext.append(keyTable[position2[0]][newCol2]);
} else if (position1[1] == position2[1]) {
// When letters exist in same column
int newRow1 = (position1[0] + 1) % grid_dimension;
int newRow2 = (position2[0] + 1) % grid_dimension;
ciphertext.append(keyTable[newRow1][position1[1]]);
ciphertext.append(keyTable[newRow2][position2[1]]);
} else {
// When letters are not in the same column or in the same row
ciphertext.append(keyTable[position1[0]][position2[1]]);
ciphertext.append(keyTable[position2[0]][position1[1]]);
}
}
return ciphertext.toString();
}
public String decrypt(String ciphertext) {
StringBuilder plaintext = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < ciphertext.length(); i += 2) {
char ch1 = ciphertext.charAt(i);
char ch2 = ciphertext.charAt(i + 1);
int[] position1 = findPosition(ch1);
int[] position2 = findPosition(ch2);
if (position1[0] == position2[0]) {
int newCol1 = (position1[1] + grid_dimension - 1) % grid_dimension;
int newCol2 = (position2[1] + grid_dimension - 1) % grid_dimension;
plaintext.append(keyTable[position1[0]][newCol1]);
plaintext.append(keyTable[position2[0]][newCol2]);
} else if (position1[1] == position2[1]) {
int newRow1 = (position1[0] + grid_dimension - 1) % grid_dimension;
int newRow2 = (position2[0] + grid_dimension - 1) % grid_dimension;
plaintext.append(keyTable[newRow1][position1[1]]);
plaintext.append(keyTable[newRow2][position2[1]]);
} else {
plaintext.append(keyTable[position1[0]][position2[1]]);
plaintext.append(keyTable[position2[0]][position1[1]]);
}
}
return postprocess(plaintext.toString());
}
private String preprocess(String text) {
// Replace J with I and add padding if needed
StringBuilder sb = new StringBuilder(text.toUpperCase().replaceAll("[^A-Z]", ""));
for (int i = 1; i < sb.length(); i += 2) {
if (sb.charAt(i) == sb.charAt(i - 1)) {
sb.insert(i, APPEND);
}
}
if (sb.length() % 2 != 0) {
sb.append(APPEND);
}
return sb.toString();
}
private String postprocess(String text) {
// Remove padding and replace X with the original character
StringBuilder sb = new StringBuilder(text);
for (int i = 1; i < sb.length(); i += 2) {
if (sb.charAt(i) == APPEND) {
sb.deleteCharAt(i);
}
}
return sb.toString().replace(APPEND, ' ');
}
private int[] findPosition(char ch) {
int[] pos = new int[2];
for (int i = 0; i < grid_dimension; i++) {
for (int j = 0; j < grid_dimension; j++) {
if (keyTable[i][j] == ch) {
pos[0] = i;
pos[1] = j;
return pos;
}
}
}
return null;
}
public static void main(String[] args) {
String plaintext = "MOSQUE";
String key = "MONARCHY";
PlayfairCipher cipher = new PlayfairCipher(key);
String ciphertext = cipher.encrypt(plaintext);
System.out.println("Plaintext: " + plaintext);
System.out.println("Ciphertext: " + ciphertext);
System.out.println("Decrypted text: " + cipher.decrypt(ciphertext));
}
}
输出
上述程序将产生以下输出：
Plaintext: MOSQUE Ciphertext: ONTSML Decrypted text: MOSQUE
结论
Playfair密码是一种替换密码，它使用一个5x5的字母网格。它遵循一组基于if-else的规则，不会产生歧义。与简单的替换密码相比，它提供了更强的安全性。它易于理解和实现。尽管它也有一些缺点，例如容易受到已知明文攻击、密钥管理问题以及无法加密非字母字符等，但它仍然是现代加密算法中使用的基本概念和技术的有趣且具有历史意义的示例。它不再用于建立现实生活中的安全通信，但它提供了对现代加密算法中使用的基本概念和技术的很好理解。
更新于：2023年3月10日
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