传统加密技术续-Hill Vigenere Vernam-白红宇

在上篇文章中，讲述了一些加密解密的概念以及Caesar、单表替换密码、Playfair密码。在这篇文章中主要涉及Hill密码，Vigenere密码，Vernam密码,置换技术。

Hill密码

希尔密码(Hill Cipher)是运用基本矩阵论原理的替换密码，由Lester S.Hill在1929年发明。该加密算法将m个连续的明文字母替换成m个密文字母，这是由m个线性等式决定的，在等式里每个字母被指定为一个数值(a=0,b=1,....,z=25)。例如m=3，系统可以描述为： c1=(k11p1+k21p2+k31p3)mod26 c2=(k12p1+k22p2+k32p3)mod26 c3=(k13p1+k23p2+k33p3)mod26 用行向量和矩阵表示如下：

这里C和P是长度为3的行向量，分别代表密文和明文，K是一个3*3矩阵，代表加密密钥。运算按模26执行。相应的解密公式为P=CK-1mod26。

代码如下：

package com.general.encryanddecode;import java.util.Arrays;import java.util.Random;/*** Hill算法* 希尔密码(Hill Cipher)是运用基本矩阵论原理的替换密码，由Lester S.Hill在1929年发明.下面实现简单的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};    /**逆矩阵**/    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(){        //正向矩阵        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;        //逆向矩阵        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;    }    //对明文做初始处理    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

多表代替密码

对简单单表代替的改进方法是在明文消息中采用不同的单表代替。这种方法一般称之为多表代替密码。所有这些方法都有以下的共同特征：(1)采用相关的单表代替规则集(2)密钥决定给定变换的具体规则。

Vigenere密码

Vigenere密码：多表代替密码中最著名的和最简单的是Vigenere密码。它的代替规则集由26个Caesar密码的代替表组成，其中每一个代替表是对明文字母表移位0～25次后得到的代替单表。每个密码由一个密钥字母来表示，这个密钥字母用来代替明文字母a，故移位3次的Caesar密码由密钥值3来代表。代码如下：

package com.general.encryanddecode;import java.util.Arrays;/*** * 多表代替密码-Vigenere * 它的代替规则集由26个Caesar密码的代替表组成，其中每一个代替表是对明文字母表移位0～25次后得到的代替单表。每个密码由一个密钥字母来表示 * ，这个密钥字母用来代替明文字母a，故移位3次的Caesar密码由密钥值3来代表。 * @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("密钥："+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();    }    /**重新构建密钥词**/    private void initKey(){        key=key+pContent.substring(0,pContent.length()-key.length());        System.out.println("转换之后的key："+key);        c_key=key.toCharArray();        for(int i=0;i
    
     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

Vernam密码

Vernam密码：Vernam密码属于流密码，其加密过程是明文与密钥按位异或，解密过程是密文与密钥按位异或。

其中：pi是明文第i个二进制位，ki是密钥第i个二进制位，ci是密文第i个二进制位。

代码如下：

package com.general.encryanddecode;import org.omg.Messaging.SYNC_WITH_TRANSPORT;import java.util.Arrays;/** * * Vernam密码:Vernam密码属于流密码，其加密过程是明文与密钥按位异或，解密过程是密文与密钥按位异或。 * @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("密钥："+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();    }    /**重新构建密钥词**/    private void initKey(){        key=key+pContent.substring(0,pContent.length()-key.length());        System.out.println("转换之后的key："+key);    }    public void encrypt(){        for(int i=0;i

置换技术

前面几种简单的加密技术都是使用的代替技术，即将明文的内容代替为其他内容，这里面会出现明文中没有的元素，而置换技术强调的是对明文的重排列，故不会出现明文中没有的元素。栅栏技术：最简单的置换技术例子是栅栏技术，按照对角线的顺序写出明文，而按行的顺序读出作为密文。举个例子：GENERALANDROID写成如下 GNRLNRI EEAADOD 则密文就为：GNRLNRIEEAADOD 一个更复杂的置换技术的例子：把消息一行一行地写成矩形块，然后按列读出，但是把列的次序打乱。列的次序就是算法的密钥。为了安全，一般对明文进行多次置换来保护信息。

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参考资料

《密码编码学与网络安全》第六版