傳統加密技術續-Hill Vigenere Vernam

時間  2019-11-17
標籤 傳統 加密 技術 hill vigenere vernam 简体版
原文   原文鏈接

在上篇文章中，講述了一些加密解密的概念以及Caesar、單表替換密碼、Playfair密碼。在這篇文章中主要涉及Hill密碼，Vigenere密碼，Vernam密碼,置換技術。java

Hill密碼

希爾密碼(Hill Cipher)是運用基本矩陣論原理的替換密碼，由Lester S.Hill在1929年發明。該加密算法將m個連續的明文字母替換成m個密文字母，這是由m個線性等式決定的，在等式裏每一個字母被指定爲一個數值(a=0,b=1,....,z=25)。例如m=3，系統能夠描述爲： c1=(k11p1+k21p2+k31p3)mod26 c2=(k12p1+k22p2+k32p3)mod26 c3=(k13p1+k23p2+k33p3)mod26 用行向量和矩陣表示以下： android

這裏寫圖片描述

這裏C和P是長度爲3的行向量，分別表明密文和明文，K是一個3*3矩陣，表明加密密鑰。運算按模26執行。相應的解密公式爲P=CK-1mod26。算法

代碼以下：安全

package com.general.encryanddecode;

import java.util.Arrays;
import java.util.Random;

/**
* Hill算法
* 希爾密碼(Hill Cipher)是運用基本矩陣論原理的替換密碼，由Lester S.Hill在1929年發明.下面實現簡單的Hill算法的加密解密
*
* @author generalandroid
* **/
public class HillTest {
    private int[][] k= new int[3][3];//{17,17,5,21,18,21,2,2,19};
    /**逆矩陣**/
    private int[][] d_k=new int[3][3];//{4,9,15,15,17,6,24,0,17}
    private String table="ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    private int p_length;
    private String pContent;
    private String cContent;
    private int[] p_int;
    private int[] c_int;
    public HillTest(String cotent){
        System.out.println("原文："+cotent);
        pContent=cotent;
        p_length=pContent.length();
        initKAndDK();
        initPContent();
    }
    private void initKAndDK(){
        //正向矩陣
        k[0][0]=17;k[0][1]=17;k[0][2]=5;
        k[1][0]=21;k[1][1]=18;k[1][2]=21;
        k[2][0]=2; k[2][1]=2; k[2][2]=19;
        //逆向矩陣
        d_k[0][0]=4; d_k[0][1]=9; d_k[0][2]=15;
        d_k[1][0]=15;d_k[1][1]=17;d_k[1][2]=6;
        d_k[2][0]=24;d_k[2][1]=0; d_k[2][2]=17;
    }
    //對明文作初始處理
    private void initPContent(){
        if(p_length%3==2){
            pContent=pContent+"Z";
        }else if(p_length%3==1){
            pContent=pContent+"ZZ";
        }
        if(p_int==null){

            p_int=new int[pContent.length()];
        }
        int i=0;
        System.out.println(pContent.toCharArray());
        for(char c:pContent.toCharArray()){
            p_int[i]=table.indexOf(c);
            i++;
        }
        System.out.println("p_int="+Arrays.toString(p_int));
    }
    private void encrypt(){
        if (c_int==null){
            c_int=new int[pContent.length()];
        }
        for(int i=0;i<p_int.length;i=i+3){
            c_int[i]=(p_int[i]*k[0][0]+p_int[i+1]*k[1][0]+p_int[i+2]*k[2][0])%26;
            c_int[i+1]=(p_int[i]*k[0][1]+p_int[i+1]*k[1][1]+p_int[i+2]*k[2][1])%26;
            c_int[i+2]=(p_int[i]*k[0][2]+p_int[i+1]*k[1][2]+p_int[i+2]*k[2][2])%26;
        }
        System.out.println("c_int="+Arrays.toString(c_int));
        StringBuilder c_content=new StringBuilder();
        for(int c:c_int){
            c_content.append(table.charAt(c));
        }
        cContent=c_content.toString();
        System.out.println("密文："+cContent);

    }
    private void decrypt(){

        for(int i=0;i<p_int.length;i=i+3){
            p_int[i]=(c_int[i]*d_k[0][0]+c_int[i+1]*d_k[1][0]+c_int[i+2]*d_k[2][0])%26;
            p_int[i+1]=(c_int[i]*d_k[0][1]+c_int[i+1]*d_k[1][1]+c_int[i+2]*d_k[2][1])%26;
            p_int[i+2]=(c_int[i]*d_k[0][2]+c_int[i+1]*d_k[1][2]+c_int[i+2]*d_k[2][2])%26;
        }

        StringBuilder p_content=new StringBuilder();
        for(int c:p_int){
            p_content.append(table.charAt(c));
        }
        pContent=p_content.toString();
        System.out.println("明文："+pContent.substring(0,p_length));
    }

    public static void main(String[] args){

        HillTest hillTest= new HillTest("GENERALANDROIDGEEKAXYEN");
        hillTest.encrypt();
        hillTest.decrypt();
    }

}
/**
原文：GENERALANDROIDGEEKAXYEN
GENERALANDROIDGEEKAXYENZ
p_int=[6, 4, 13, 4, 17, 0, 11, 0, 13, 3, 17, 14, 8, 3, 6, 4, 4, 10, 0, 23, 24, 4, 13, 25]
c_int=[4, 18, 23, 9, 10, 13, 5, 5, 16, 20, 21, 14, 3, 20, 9, 16, 4, 8, 11, 20, 3, 1, 14, 14]
密文：ESXJKNFFQUVODUJQEILUDBOO
明文：GENERALANDROIDGEEKAXYEN

* **/

複製代碼

多表代替密碼

對簡單單表代替的改進方法是在明文消息中採用不一樣的單表代替。這種方法通常稱之爲多表代替密碼 。全部這些方法都有如下的共同特徵：(1)採用相關的單表代替規則集(2)密鑰決定給定變換的具體規則。bash

Vigenere密碼

Vigenere密碼：多表代替密碼中最著名的和最簡單的是Vigenere密碼。它的代替規則集由26個Caesar密碼的代替表組成，其中每個代替表是對明文字母表移位0～25次後獲得的代替單表。每一個密碼由一個密鑰字母來表示，這個密鑰字母用來代替明文字母a，故移位3次的Caesar密碼由密鑰值3來表明。 代碼以下：網絡

package com.general.encryanddecode;

import java.util.Arrays;

/***
 * 多表代替密碼-Vigenere
 * 它的代替規則集由26個Caesar密碼的代替表組成，其中每個代替表是對明文字母表移位0～25次後獲得的代替單表。每一個密碼由一個密鑰字母來表示
 * ，這個密鑰字母用來代替明文字母a，故移位3次的Caesar密碼由密鑰值3來表明。
 * @author generalandroid
 */
public class VigenereTest {

    private String key;
    private String pContent;
    private String cContent;
    private int[] key_index;
    private char[] p_content;
    private char[] c_key;
    private char[] c_content;
    public VigenereTest(String key,String content){
        this.key=key;
        this.pContent=content;
        System.out.println("密鑰："+key);
        System.out.println("原文："+pContent);
        this.key_index=new int[pContent.length()];
        this.p_content=pContent.toCharArray();
        this.c_content=new char[p_content.length];
        initKey();

    }

    public static void main(String[] args){


        VigenereTest vigenereTest=new VigenereTest("GEAKAAZEN","GENERALANDROIDGEAKAAZEN");
        vigenereTest.encrypt();
        vigenereTest.decrypt();

    }
    /**從新構建密鑰詞**/
    private void initKey(){
        key=key+pContent.substring(0,pContent.length()-key.length());
        System.out.println("轉換以後的key："+key);
        c_key=key.toCharArray();
        for(int i=0;i<c_key.length;i++){
            key_index[i]=c_key[i]-'A';
        }
        System.out.println("Caesar 代替集："+ Arrays.toString(key_index));


    }

    public void encrypt(){
        for(int i=0;i<p_content.length;i++){
            int p_index=p_content[i]+key_index[i];
           if(p_index>90){
               p_index=p_index-90+'A';
               //System.out.println("p_index:"+p_index);
           }
            c_content[i]=(char)p_index;
        }
        System.out.println("密文："+new String (c_content));
    }
    public void decrypt(){
        char []t=new char[p_content.length];
        for(int i=0;i<c_content.length;i++){
            int c_index=c_content[i]-key_index[i];
           if(c_index<65){
               c_index=c_index+90-'A';
               //System.out.println("c_index:"+c_index);
           }
            t[i]=(char)c_index;
        }
        System.out.println("明文："+new String (t));
    }

}
/**
 *
 密鑰：GEAK
 原文：GENERALANDROIDGEAKAAZEN
 轉換以後的key：GEAKGENERALANDROIDGEAKA
 Caesar 代替集：[6, 4, 0, 10, 6, 4, 13, 4, 17, 0, 11, 0, 13, 3, 17, 14, 8, 3, 6, 4, 0, 10, 0]
 密文：MINOXEYEFDDOVGXSINGEZON
 明文：GENERALANDROIDGEAKAAZEN



 密鑰：GEAKAAZEN
 原文：GENERALANDROIDGEAKAAZEN
 轉換以後的key：GEAKAAZENGENERALANDROID
 Caesar 代替集：[6, 4, 0, 10, 0, 0, 25, 4, 13, 6, 4, 13, 4, 17, 0, 11, 0, 13, 3, 17, 14, 8, 3]
 密文：MINORALEBJVCMUGPAXDROMQ
 明文：GENERALANDROIDGEAKAAAEN

 *
 * **/

複製代碼

Vernam密碼

Vernam密碼：Vernam密碼屬於流密碼，其加密過程是明文與密鑰按位異或，解密過程是密文與密鑰按位異或。 app

這裏寫圖片描述
其中：pi是明文第i個二進制位，ki是密鑰第i個二進制位，ci是密文第i個二進制位。

代碼以下：dom

package com.general.encryanddecode;

import org.omg.Messaging.SYNC_WITH_TRANSPORT;

import java.util.Arrays;

/**
 *
 * Vernam密碼:Vernam密碼屬於流密碼，其加密過程是明文與密鑰按位異或，解密過程是密文與密鑰按位異或。
 * @author generalandroid
 * **/
public class VernamTest {
    private String key;
    private String pContent;
    private String cContent;
    private char[] c_key;
    private char[] c_content;
    private char[] p_content;
    public VernamTest(String key,String content){
        this.key=key;
        this.pContent=content;
        System.out.println("密鑰："+key);
        System.out.println("原文："+pContent);
        initKey();
        c_key=this.key.toCharArray();
        c_content=new char[pContent.length()];
        p_content=pContent.toCharArray();
    }

    public  static void main(String[] args){
        VernamTest vernamTest=new VernamTest("GEEK","GENERALANDROID");
        vernamTest.encrypt();
        vernamTest.decrypt();
    }
    /**從新構建密鑰詞**/
    private void initKey(){
        key=key+pContent.substring(0,pContent.length()-key.length());
        System.out.println("轉換以後的key："+key);
    }
    public void encrypt(){
        for(int i=0;i<p_content.length;i++){
            c_content[i]=(char) (c_key[i]^p_content[i]);
        }
        System.out.println("密文："+new String(c_content));
    }
    public void decrypt(){
        char[] t=new char[c_content.length];
        for(int i=0;i<c_content.length;i++){
            t[i]=(char) (c_key[i]^c_content[i]);
        }
        System.out.println("明文："+new String(t));
    }

}

複製代碼

置換技術

前面幾種簡單的加密技術都是使用的代替技術，即將明文的內容代替爲其餘內容 ，這裏面會出現明文中沒有的元素，而置換技術強調的是對明文的重排列，故不會出現明文中沒有的元素。 柵欄技術：最簡單的置換技術例子是柵欄技術，按照對角線的順序寫出明文， 而按行的順序讀出做爲密文。舉個例子：GENERALANDROID寫成以下 GNRLNRI EEAADOD 則密文就爲：GNRLNRIEEAADOD 一個更復雜的置換技術的例子：把消息一行一行地寫成矩形塊，而後按列讀 出 ，可是把列的次序打亂。列的次序就是算法的密鑰。 爲了安全，通常對明文進行屢次置換來保護信息。ui

要說的內容就這麼多，若是文中有不對的地方，麻煩指出，若是喜歡個人文章，能夠動動手指關注一下，贊一下，我會有更大的動力寫出更多的文章，轉載請註明出處：http://blog.csdn.net/android_jiangjun/article/details/79131386this

參考資料

《密碼編碼學與網絡安全》第六版

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