网络加密算法之置换与替代算法

主程序

/*** 程序控制台* @author 落霞不孤*/
public class Main {private static Scanner in = new Scanner(System.in);public static void main(String[] args) {while (true) {System.out.println("实现的密码算法");System.out.println("\t1.替代算法");System.out.println("\t2.置换算法");System.out.println("\t3.退出");System.out.print("请输入需要的密码算法：");int choice = in.nextInt();switch (choice) {case 1:chooseFun(new SubstitutePassword());break;case 2:chooseFun(new ReplacementPassword());break;case 3:in.close();return;default:System.out.println("选择有误~请重新输入...");}}}private static void chooseFun(AbstractPassword abstractPassword) {System.out.println("密码算法功能：");System.out.println("\t1.加密");System.out.println("\t2.解密");System.out.print("请输入需要的密码算法功能：");int fun = in.nextInt();if (fun == 1) {System.out.print("请输入明文：");in.nextLine();String plaintext = in.nextLine();System.out.println("明文加密后的密文：" + abstractPassword.encryption(plaintext));}if (fun == 2) {System.out.print("请输入密文：");in.nextLine();String ciphertext = in.nextLine();System.out.println("密文解密后的明文：" + abstractPassword.decryption(ciphertext));}}
}

密码加密解密接口

/*** 加密解密接口* @author 落霞不孤*/
public interface FindPassword {/*** 加密* @param plaintext 明文* @return 加密后的密文*/String encryption(String plaintext);/*** 解密* @param ciphertext 密文* @return 解密后的明文*/String decryption(String ciphertext);
}

密码加密解密抽象类

/*** 抽象类密码* @author 落霞不孤*/
public abstract class AbstractPassword implements FindPassword {public static String key;public static int k;/*** 输入密钥 k*/void inputK() {Scanner in = new Scanner(System.in);System.out.print("请输入密钥k：");k = in.nextInt();}/*** 输入密钥 key*/void inputKey() {Scanner in = new Scanner(System.in);System.out.print("请输入密钥key：");key = in.nextLine();}/*** 找出字母的位置，从0算起** @param c 字母* @return 字母在字母表的位置*/int posInAlphabet(char c) {int pos = Character.toLowerCase(c) - 97;return pos;}/*** 找出c偏移量为k的字母** @param c 字母* @param k 偏移量* @return c偏移量为k的字母*/char findAlphabetByPos(char c, int k) {if (Character.isLowerCase(c)) {return (char) ((posInAlphabet(c) + k) % 26 + 97);}return (char) (char) ((posInAlphabet(c) + k) % 26 + 65);}/*** 获得密钥中每个字母出现的顺序** @param cipher 密钥* @return map<Character, Integer> k 是字母，v是出现的顺序*/public Map<Character, Integer> findCipherPos(String cipher) {Map<Character, Integer> map = new HashMap<Character, Integer>();int weight = 0;char min;// 每次找出cipher的最小字符，并赋权重while (cipher.length() > 0) {for (int i = 0; i < cipher.length(); i++) {min = cipher.charAt(i);for (int j = i + 1; j < cipher.length(); j++) {if (Character.toUpperCase(min) > Character.toUpperCase(cipher.charAt(j))) {min = cipher.charAt(j);}}// 找出最小的字母后，用""取代cipher = cipher.replace(Character.toString(min), "");map.put(min, weight++);break;}}return map;}/*** 将明文变成二维数组* @param plaintext 明文* @return 明文的二维数组*/public char[][] getCipherTextArr(String plaintext) {// 去除明文空格plaintext = plaintext.replace(" ", "");int col = key.length();int row = (int) Math.ceil(plaintext.length()*1.0 / col);// 存储明文的二维数组char[][] plainArr = new char[row][col];// 存储密文的二维数组char[][] chars;// 把明文存入明文的二维数组，用空格填充不存在的元素for (int i = 0; i < row; i++) {for (int j = 0; j < col; j++) {if (i * col + j >= plaintext.length()) {plainArr[i][j] = ' ';} else {plainArr[i][j] = plaintext.charAt(i * col + j);}}}chars = rule(plainArr);return chars;}/*** 获取按照密钥字母顺序加密或者解密的二维数组* @param text 密文或明文的二维数组* @return 加密或者解密的二维数组*/private char[][] rule(char[][] text) {char[][] chars = new char[text.length][text[0].length];Map<Character, Integer> map = findCipherPos(key);// 加密或解密int j = 0;for (char tmp : key.toCharArray()) {int pos = map.get(tmp);for (int i = 0; i < text.length; i++) {chars[i][j] = text[i][pos];}j++;}return chars;}/*** 按照约定打印密文数组* @param chars 密文数组* @return 密文*/public String getCipherTextArrStr(char[][] chars) {StringBuilder sb = new StringBuilder();Map<Character, Integer> cipherPos = findCipherPos(key);for (char tmp : key.toCharArray()) {int pos = cipherPos.get(tmp);for (int i = 0; i < chars.length; i++) {if(chars[i][pos] != ' ') {sb.append(chars[i][pos]);}}}return sb.toString();}/*** 将密文变成二维数组* @param cipherText 密文* @return 密文的二维数组*/public char[][] getPlainTextArr(String cipherText) {// 去除密文空格cipherText = cipherText.replace(" ", "");int col = key.length();int row = (int) Math.ceil(cipherText.length()*1.0 / col);// 存储密文的二维数组char[][] plainArr = new char[row][col];// 把密文存入二维数组// 不是填满矩阵boolean flag = col * row > cipherText.length();for (int i = 0; i < row; i++) {// 统计列数int count = 0;for (int j = i; j <= cipherText.length(); j+=row) {// 填充空格if (i * col + count >= cipherText.length()) {plainArr[i][count] = ' ';} else if(flag) {if (count > 1) {j--;}if (j == cipherText.length()) {j = cipherText.length() - 1;}if (j >= cipherText.length()) {j -= row;}plainArr[i][count] = cipherText.charAt(j);} else {if (j == cipherText.length()) {break;}plainArr[i][count] = cipherText.charAt(j);}count++;}}return plainArr;}/*** 将密文的二维数组解密，返回明文* @param cipherArr 密文的二维数组解密* @return 明文*/public String getPlainTextArrStr(char[][] cipherArr) {StringBuilder sb = new StringBuilder();char[][] tmp = rule(cipherArr);char[][] plainArr = rule(tmp);for (char[] chars : plainArr) {for (int j = 0; j < plainArr[0].length; j++) {if (chars[j] != ' ') {sb.append(chars[j]);}}}return sb.toString();}
}

置换算法具体实现

/*** 置换密码* @author 落霞不孤*/
public class ReplacementPassword extends AbstractPassword{@Overridepublic String encryption(String plaintext) {inputKey();char[][] cipherTextArr = getCipherTextArr(plaintext);return getCipherTextArrStr(cipherTextArr);}@Overridepublic String decryption(String ciphertext) {inputKey();char[][] cipherTextArr = getPlainTextArr(ciphertext);return getPlainTextArrStr(cipherTextArr);}
}

替代算法

/*** 替代算法* @author 落霞不孤*/
public class SubstitutePassword extends AbstractPassword{@Overridepublic String encryption(String plaintext) {inputK();char[] chars = plaintext.toCharArray();StringBuilder sb = new StringBuilder();for (char ch : chars) {if (Character.isLetter(ch)) {char e = findAlphabetByPos(ch, k);sb.append(e);} else {sb.append(ch);}}return sb.toString();}@Overridepublic String decryption(String ciphertext) {inputK();char[] chars = ciphertext.toCharArray();StringBuilder sb = new StringBuilder();for (char ch : chars) {if (Character.isLetter(ch)) {if (posInAlphabet(ch) < k) {// 找出密文字母在字母表位置，例如a，字母表位置为1，密钥假设k=2// 计算出 newPos = 1 是需要倒退的距离，从z开始倒退// 即可得到明文应该是yint newPos = posInAlphabet(ch) + 1 - k;if (Character.isLowerCase(ch)) {sb.append(findAlphabetByPos('z', newPos));} else {sb.append(findAlphabetByPos('Z', newPos));}} else {sb.append(findAlphabetByPos(ch, -k));}} else {sb.append(ch);}}return sb.toString();}
}

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