JAVA实现置换加密和幻方加密（密码学）

一、实验目的

帮助学生掌握置换密码的加密解密过程，能够利用所学过的编程语言，熟悉加密算法流程与编程实现加密算法。使学生掌握编程实现实际问题中的方法，提高专业技能和专业素养。
要求学生掌握算法的程序实现的方法,能应用密码算法的特点，设计合适的交互界面，并能正确实现应用编程。
分析算法程序的质量。
要求学生掌握用规范的方法书写实验报告。

二、实验仪器设备/实验环境

PC Windows环境
使用Java编程语言开发环境，或者Maple语言。或者C#开发环境开发环境。

三、实验原理

置换密码加密解密过程：
设明文为：4D 61 65 53 2D 4F 69 20 4E。密钥为8,1,6,3,5,7,4,9,2。求加密后的16进制密文。

解: 先思考和描述算法,也就是对明文4D 61 65 53 2D 4F 69 20 4E实现置换8,1,6,3,5,7,4,9,2。通过对数组赋值实现：

m(i)={4D 61 65 53 2D 4F 69 20 4E},i=1,2,3,…,9。
k(i)={8,1,6,3,5,7,4,9,2},i=1,2,3,…,9。
c(i)=m(k(i)), i=1,2,3,…,9。
c(1),c(2),…,c(9)为密文。

所以密文序列为：20 4D 4F 65 2D 69 53 4E 61。

幻方密码加密解密过程：

…

注意：密钥通过生成的2n+1阶幻方得到

import java.io.*;public class Experiment2 {public static void main(String[] args) throws IOException {//获取3阶幻方对应的置换int[] key = getMagicTrans(createMagicSquare(3));//读取本地txt文件中转置加密的明文，进行转置加密File transFile = new File("C:/Users/CD4356/Desktop/transposition.txt");transposition(transFile, key);//读取本地txt文件幻方加密的明文，进行幻方加密File magicFile = new File("C:/Users/CD4356/Desktop/magic_square.txt");magicSquare(magicFile, key);}//置换加密public static void transposition(File transFile, int[] key) throws IOException{String[] plainText = readTxt(transFile);System.out.println("\n\n置换加密的明文: ");for (int i = 0; i < plainText.length; i++) {System.out.print(plainText[i] + " ");}//将加密后的密文保存到.txt文件中，并以空格隔开FileWriter writer = new FileWriter(new File("C:/Users/CD4356/Desktop/trans.txt"));System.out.println("\n置换加密的密文: ");for (int i = 0; i < key.length; i++) {System.out.print(plainText[key[i]-1] + " ");if(i == key.length - 1){writer.write(plainText[key[i]-1]);} else {writer.write(plainText[key[i]-1] + " ");}}//释放资源writer.close();}//幻方加密private static void magicSquare(File magicFile, int[] key) throws IOException{//获取明文字符串数组String[] plainText = readTxt(magicFile);System.out.println("\n\n幻方加密的明文: ");for (int i = 0; i < plainText.length; i++) {System.out.print(plainText[i] + " ");}//将加密后的密文保存到.txt文件中FileWriter writer = new FileWriter(new File("C:/Users/CD4356/Desktop/Magic.txt"));//对明文进行加密，并保存到strArr字符数组中String[] strArr = new String[plainText.length];for (int i = 0; i < key.length; i++) {strArr[key[i]-1] = plainText[i];}System.out.println("\n幻方加密的密文: ");for (int i = 0; i < key.length; i++) {System.out.print(strArr[i] + " ");if(i == key.length - 1){ //字符间以空格隔开，末尾不能留有空格writer.write(strArr[i]);} else {writer.write(strArr[i] + " ");}}System.out.println("");//释放资源writer.close();}//生成奇数阶幻方，可以是3、5、7、... 、2n+1阶public static int[][] createMagicSquare(int k){int[][] magicArr = new int[k][k];int x = 0;int y = k/2;int total = k*k;for (int i = 1; i <= total; i++) {magicArr[x][y] = i;int m = (x-1+k)%k;int n = (y+1)%k;if (magicArr[m][n]>0) {x = (x+1)%k;}else{x= m;y= n;}}System.out.println("生成的3阶幻方：");for (int i = 0; i < magicArr.length; i++) {for (int j = 0; j < magicArr.length; j++) {System.out.print(magicArr[i][j] + " ");}System.out.println("");}return magicArr;}//幻方对应的置换public static int[] getMagicTrans(int[][] arr){int[] res = new int[(int) Math.pow(arr.length, 2)];int index = 0;for (int i = 0; i < arr.length; i++) {for (int j = 0; j < arr.length; j++) {res[index++] = arr[i][j];}}System.out.println("\n密钥：");for (int i = 0; i < res.length; i++) {System.out.print(res[i] + " ");}return res;}//读取.txt文件中的明文public static String[] readTxt(File file) throws IOException{//通过字符流读取.txtBufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(file));//将读取到的明文以空格进行分割，并保存到字符串数组中String[] plainText = br.readLine().split(" ");//释放资源br.close();return plainText;}
}

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二、实验仪器设备/实验环境

三、实验原理

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