古典密码算法(移位密码算法、维吉尼亚算法)
古典密码算法(凯撒、维吉尼亚)
A. 1-1.移位密码算法
【实验目的】
1） 学习移位密码的原理
2） 学习移密码的实现
【实验原理】
- 算法原理
a) 移位密码就是对26个字母进行移位操作，可以移动任意位数，这样就实现了对明文的加密，移位操作简单易行，因此，加密解密比较简单。
b) 移位密码的基本思想：移位密码算法 c=m+k(mod 26),k可以使0<k<26的任意整数。加密算法：x=x+k(mod26)，解密算法x=x-k(mod 26)。当K=3,时，为凯撒密码。
- 算法参数
移位密码算法主要有c、m、k 三个参数。c 为密文，m 是明文，k 为密钥。
- 算法流程
算法流程如下。如图所示
输入
第一行输入表明是加密还是解密，0是加密，1是解密；
第二行是加密或解密密钥，是0<k<26之间的一个整数;
第三行是明文或密文。
输出
输出是明文或密文。
输入样例1
0 6 wearesztuers 1 6 CKGXKYFZAKXY输出样例1
CKGXKYFZAKXY wearesztuers
AC源代码
import java.util.Scanner;/*** @author xzx* @date 2022/10/18*/
public class Main {public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);int op, key;String text;while (scanner.hasNext()) {op = scanner.nextInt();key = scanner.nextInt();text = scanner.next();System.out.println(CodeByKey(text, key, op == 0 ? 1 : 0));}}/*** @param text* @param step* @param direction 0：左移 1：右移* @return*/private static String CodeByKey(String text, int step, int direction) {StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();if (direction == 0) {step = -1 * step;}char startLocation = 'a';int mod = 26;for (int i = 0; i < text.length(); i++) {boolean isUpper = false;char preChar = text.charAt(i);if (Character.isUpperCase(preChar)) {isUpper = true;preChar = Character.toLowerCase(preChar);}int preLocation = preChar - startLocation;int offset = (preLocation + step) % mod;if (offset < 0) {offset += mod;}char cipherChar = (char) (startLocation + offset);if (!isUpper) {//小写转大写cipherChar = Character.toUpperCase(cipherChar);}stringBuilder.append(cipherChar);}return stringBuilder.toString();}
}
B. 1-2.维吉尼亚算法
【实验目的】
1） 学习维吉尼亚算法的原理
2） 学习维吉尼亚算法的实现
【实验原理】
- 算法原理
a) Vigenere密码是由法国密码学家Blaise de Vigenere于1858年提出的一种代换密码，它是多表代换密码的典型代表。
b) 定义：设m为某一固定的正整数，P、C和K分别为明文空间、密文空间和密钥空间，并且P=K=C=(Z26)m，对一个密钥k=(k1,k2,…,km)，定义维吉尼亚密码的加解密算法如下：
Vigenere密码加密算法： ek(x1,x2,…,xm)=(x1+k1,x2+k2,…,xm+km)
Vigenere密码解密算法： dk(y1,y2,…,ym)=(y1-k1,y2-k2,…,ym-km)。
其中k=(k1,k2,…,km)是一个长为m的密钥字，密钥空间的大小为26m，所以对一个相对小的m，穷举密钥也需要很长的时间。如m=7，则密钥空间大小超过8×109，所以手工搜索非常困难。当明文的长度超过m时，可将明文串按长度m分局，然后对每一组使用密钥k加密。
- 算法参数
Vigenere密码算法主要有c、m、k三个个参数。c为密文，m是明文，k为密钥。
输入
第一行输入明文
第二行输入密钥
输出
第一行输出密文
第二行输出密文解密后得到的明文
输入样例1
xipuyangguang best输出样例1
ymhnzefzhysgh xipuyangguang
AC源代码
import java.util.Scanner;/*** @author* @date 2022/10/18*/
public class Main {public static void main(String[] args) {Scanner scanner = new Scanner(System.in);String plainText = scanner.nextLine();String key = scanner.nextLine();String cipherText = decode(plainText, key);System.out.println(cipherText);plainText = encode(cipherText, key);System.out.println(plainText);}/*** 加密** @param plainText 明文* @param key 密钥* @return*/private static String decode(String plainText, String key) {return CodeByKey(plainText, key, 1);}/*** 解密** @param cipherText 密文* @param key 密钥* @return*/private static String encode(String cipherText, String key) {return CodeByKey(cipherText, key, 0);}/*** @param text* @param key* @param direction 0：左移 1：右移* @return*/private static String CodeByKey(String text, String key, int direction) {StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();char startLocation = 'a';int index = 0, mod = 26;key = key.toLowerCase();for (int i = 0; i < text.length(); i++, index++) {boolean isUpper = false;char preChar = text.charAt(i);if (Character.isUpperCase(preChar)) {isUpper = true;preChar = Character.toLowerCase(preChar);}index %= key.length();int preLocation = preChar - startLocation;int step = key.charAt(index) - startLocation;if (direction == 0) {step = -1 * step;}int offset = (preLocation + step) % mod;if (offset < 0) {offset += mod;}char cipherChar = (char) (startLocation + offset);if (isUpper) {cipherChar = Character.toUpperCase(cipherChar);}stringBuilder.append(cipherChar);}return stringBuilder.toString();}
}
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