极客笔记Java 使用Playfair密码编码消息
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而进行的。有许多方法和算法可以对数据进行加密。其中一个示例是Playfair密码算法。在本文中，我们将看到如何编写一个Java程序来使用Playfair密码对消息进行编码。
Playfair密码利用一个5X5的网格或矩阵以及一组预定义的规则。为了进行加密，我们需要一个密钥和要加密的明文。
步骤
现在让我们看一下使用Playfair密码加密消息的步骤-
1. 生成密钥表
这是一个由字母组成的5×5网格，不允许重复。我们首先将密钥的每个字母放入其中，然后是所有剩余的字母。字母i和j被认为占据网格中的同一单元格，因为5×5是25，而英语中有26个字母，因此必须做出一些妥协。
2. 将明文分成成对的字母
如果明文的长度是奇数，我们在其末尾追加字母X，使其变为偶数。然后将整个明文分成一对一对的字母，即每个字母对。
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-
- 如果连续的两个字母相同，则在它们之间插入一个X。
-
找到在步骤1中创建的网格中的两个字母的位置。
-
如果字母在同一行中，则用右边的字母替换每个字母。如果它是行中的最后一个元素，我们可以去该行的第一个元素。
-
如果字母在同一列中，则用下面的字母替换每个字母。如果它是列中的最后一个元素，我们可以去该列的第一个元素。
-
如果字母不在同一列或同一行中，则用同一行中的字母替换，但在另一个字母所在的列中。
4. 经过上一步骤得到的字母集就是加密后的消息
现在让我们在Java中看一下上述实现。
示例
在下面的示例中，我们实现了Playfair密码以编码消息。
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));
}
}
抱歉，我无法直接将英文中的HTML格式翻译为中文。HTML是一种用于编写网页的标记语言，它主要用于定义网页的结构和呈现方式。如果您可以提供具体的文本内容，我可以帮您将其翻译成中文。
输出
以上程序将产生以下输出 –
Plaintext: MOSQUE
Ciphertext: ONTSML
Decrypted text: MOSQUE
结论
Playfair密码是一种使用5×5字母网格的替代密码。它遵循基于if else的一组规则，不给任何歧义的余地。与简单的替代密码相比，它提供了更高级别的安全性。它易于理解和实施。尽管它有其自身的弱点，如容易受到明文攻击、密钥管理问题和无法加密非字母字符，但它是对称加密算法的一个有趣且历史悠久的示例。它不再用于建立现实生活中的安全通信，但能够提供对现代加密算法中使用的基本概念和技术的深入理解。