Java之Caesar与Vigenere实现

1、背景介绍

　　话说目前做所谓“企业”开发的语言基本就集中在运用.Net和J2EE上了。又话说，在下很不幸又和Java“同流合污”了一把。现在回想起来，真是感慨万千啊～遥想公瑾当年，小乔初嫁了，雄姿英发，羽扇纶巾，谈笑间，强虏灰飞烟灭。～

　　额，下面插播一下正题。其实，目前国内用Java做真正的“企业级”得其实并不是很多，绝大多数都是用个SSH1就觉得这就是Java之企业级开发了，之后就开始沾沾自喜了。这你说让Servlet和EJB3情何以堪啊～所以说，目前国内大多数Java的开发环境并不能说真正的武装到牙齿。

　　基于这样的原因，有些时候，我们在做一些“工程”的时候～，当然对于多数情况就是IDE菜单选择“新建工程”这么个选项出来的货了，对于某些应用，需要用到一些加密算法，虽说Java自身带有专门的加密库，但是那个用起来的确有些麻烦，而且加密算法还是动态加载的，在本地测试的话问题还不是很大，痛苦的是万一到服务器上一跑，这个加密算法加载失败什么的，这可就大条了。如果说是一个什么认证系统之类的，那也就罢了。但如果只是一些对密码强要求很低，但不加密又不行的情况，那的确是挺麻烦的一件事情。

　　那么，处于对易用性，易实现性的考虑，那些什么DES算法就暂时不考虑了。如果真有这个需求的话，相信找个健壮性很高的DES问题还不是很大的。而在那许多经典的加密算法中，要数Caesar加密比较经典了。所以，处于这样的一个需求，就打算实现一个经典加密算法。

　　2、Caesar加密算法

　　Caesar加密算法算是经典加密算法中最简单的了。对于标准的Caesar来说，就是把字母序列向后移动一定的数量，替换后得到密文，而这个数量为固定值3。也就是说，在都是由英文字母组成的文本里，字母A将会被替换成D，B会被替换成E，以此类推。

　　对于Caesar加密算法，存在几点问题。首先是这个作为密钥的值是个固定的3，而且字母表又是按顺序排列的，所以只要对方知道你是用Caesar加密的，就很容易的脱密成原文，虽然有些麻烦，但是这就和用原文是差不多的，即使对加密要求很低也不能低成这样不是？然后是这个替换表，因为是基于字母表的，所以对于英文来说只能加密英文字母，这样就不能被支持了。最后，因为替换是固定的，所以，对于同一个字母，加密后的字母也是固定的。比如“AAA”这个文本加密后，就是“DDD”，看起来还不够迷惑人。

　　基于以上的原因，我这里实现的Caesar做了一些修改，但是总的思路还是Caesar。

  1. public class Caesar {  
  2.     private String table;  
  3.     private int seedA = 1103515245;  
  4.     private int seedB = 12345;  
  5.       
  6.     public Caesar(String table, int seed) {  
  7.         this.table = chaos(table, seed, table.length());  
  8.     }  
  9.     public Caesar(String table) {  
  10.         this(table, 11);  
  11.     }  
  12.     public Caesar() {  
  13.         this(11);  
  14.     }  
  15.     public Caesar(int seed) {  
  16.         this("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", seed);  
  17.     }  
  18.     public char dict(int i, boolean reverse) {  
  19.         int s = table.length(), index = reverse ? s - i : i;  
  20.         return table.charAt(index);  
  21.     }  
  22.     public int dict(char c,  boolean reverse) {  
  23.         int s = table.length(), index = table.indexOf(c);  
  24.         return reverse ? s - index : index;  
  25.     }  
  26.     public int seed(int seed) {  
  27.         long temp = seed;  
  28.         return (int)((temp * seedA + seedB) & 0x7fffffffL);  
  29.     }  
  30.   
  31.     public String chaos(String data, int seed, int cnt) {  
  32.         StringBuffer buf = new StringBuffer(data);  
  33.         char tmp; int a, b, r = data.length();  
  34.         for (int i = 0; i < cnt; i += 1) {  
  35.             seed = seed(seed); a = seed % r;  
  36.             seed = seed(seed); b = seed % r;  
  37.             tmp = buf.charAt(a);  
  38.             buf.setCharAt(a, buf.charAt(b));  
  39.             buf.setCharAt(b, tmp);  
  40.         }  
  41.         return buf.toString();  
  42.     }  
  43.   
  44.     public String crypto(boolean reverse,  
  45.                          int key, String text) {  
  46.         String ret = null;  
  47.         StringBuilder buf = new StringBuilder();  
  48.         int m, s = table.length(), e = text.length();  
  49.   
  50.         for(int i = 0; i < e; i += 1) {  
  51.             m = dict(text.charAt(i), reverse);  
  52.             if (m < 0) break;  
  53.             m = m + key + i;  
  54.             buf.append(dict(m % s, reverse));  
  55.         }  
  56.         if (buf.length() == e)  
  57.             ret = buf.toString();  
  58.         return ret;  
  59.     }  
  60.     public String encode(int key, String text) {  
  61.         return crypto(false, key, text);  
  62.           
  63.     }  
  64.     public String decode(int key, String text) {  
  65.         return crypto(true , key, text);  
  66.     }  
  67.       
  68.     public static void main(String[] args) {  
  69.         Caesar caesar = new Caesar();  
  70.         String data = caesar.encode(32, "APPLE");  
  71.         caesar.decode(32, data);  
  72.     }  
  73. }

在上面的Caesar实现中，我用一个整数替代了原来作为密钥的固定值3。其次，可以通过传入不同的字符集让这个加密算法的适用性更广泛。最后，算法类在初始化的时候，会对替换表做一次扰乱操作，这样的话，即使是相同的替换表，因为初始化传入的seed不同，加密出来的内容也会不同。至于程序的细节，我想源码会更直观的告诉你的。

　　3、Vigenere加密算法

　　其实，Vigenere加密算法从历史考证来看好像并不是一个叫Vigenere的人发明的。大概只是因为某些机缘巧合，被一个叫Vigenere的人用了，并且流传开了，然后就被叫做Vigenere加密算法了。后来发现这原来是一个美丽的误解，但是既然都已经被叫习惯了，改口自然是很难了，因此就那么流传下来了。说道这里，Bellaso先生又一次的泪目了。

　　为什么我这里要把Vigenere密码和Caesar放在一起呢？因为Vigenere算是一个升级版的Caesar算法。所以，当时实现了那个Caesar后，就顺带连 Bellaso 和 Vigenere 先生，也一起缅怀一下了。和Caesar相比Vigenere是一个多表替代，就是说针对明文中不同位置的字母，会选用不同的替换表来加密。如果用上面的例子来说，对于不同位置的字母，会选择不同的key去加密。说白了，就是多个Caesar叠加起来就是Vigenere。

　　虽然说Vigenere在加密的效果上比Caesar有很多提升了，也弥补了Caesar上存在的一些问题。但是，我的实现还是做了一些小小的调整。

  1. public class Vigenere {  
  2.     private String table;  
  3.     private int seedA = 1103515245;  
  4.     private int seedB = 12345;  
  5.       
  6.     public Vigenere(String table, int seed) {  
  7.         this.table = chaos(table, seed, table.length());  
  8.     }  
  9.     public Vigenere(String table) {  
  10.         this(table, 11);  
  11.     }  
  12.     public Vigenere() {  
  13.         this(11);  
  14.     }  
  15.     public Vigenere(int seed) {  
  16.         this("ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", seed);  
  17.     }  
  18.       
  19.     private char dict(int i, boolean reverse) {  
  20.         int s = table.length(), index = reverse ? s - i : i;  
  21.         return table.charAt(index);  
  22.     }  
  23.     private int dict(char c,  boolean reverse) {  
  24.         int s = table.length(), index = table.indexOf(c);  
  25.         return reverse ? s - index : index;  
  26.     }  
  27.     private int seed(int seed) {  
  28.         long temp = seed;  
  29.         return (int)((temp * seedA + seedB) & 0x7fffffffL);  
  30.     }  
  31.   
  32.     public String chaos(String data, int seed, int cnt) {  
  33.         StringBuffer buf = new StringBuffer(data);  
  34.         char tmp; int a, b, r = data.length();  
  35.         for (int i = 0; i < cnt; i += 1) {  
  36.             seed = seed(seed); a = seed % r;  
  37.             seed = seed(seed); b = seed % r;  
  38.             tmp = buf.charAt(a);  
  39.             buf.setCharAt(a, buf.charAt(b));  
  40.             buf.setCharAt(b, tmp);  
  41.         }  
  42.         return buf.toString();  
  43.     }  
  44.     public String crypto(boolean reverse,  
  45.                          String key, String text) {  
  46.         String ret = null;  
  47.         StringBuilder buf = new StringBuilder();  
  48.         int m, k, s = table.length(),   
  49.                   e = text.length(),   
  50.                   ke = key.length();  
  51.   
  52.         for(int i = 0; i < e; i += 1) {  
  53.             m = dict(text.charAt(i), reverse);  
  54.             k = dict(key.charAt(i % ke), false);  
  55.             if (m < 0 || k < 0) break;  
  56.             m = m + k + i;  
  57.             buf.append(dict(m % s, reverse));  
  58.         }  
  59.         if (buf.length() == e)  
  60.             ret = buf.toString();  
  61.         return ret;  
  62.     }  
  63.     public String encode(String key, String text) {  
  64.         return crypto(false, key, text);  
  65.           
  66.     }  
  67.     public String decode(String key, String text) {  
  68.         return crypto(true , key, text);  
  69.     }  
  70.     public static void main(String[] args) {  
  71.         Vigenere vigenere = new Vigenere();  
  72.         String data = vigenere.encode("BELLASO", "APPLE");  
  73.         vigenere.decode("BELLASO", data);  
  74.     }  
  75. }

话说，Vigenere加密算法传入的密钥到不是一个数字，是一个字符串。这个字符串中所用的字符，必须在替换表中出现过的。总的来说，Vigenere的强度要比Caesar强一些。但是终究还是会被破解的。不过，Vigenere有机会成为强度相当高的一种加密手段，前提是～前提是你的密钥长度大于或等于明文长度。然而，在实际应用中，这个密钥总是小于明文长度的。

　　4、总结

　　总的来说，理解这两个加密算法都不算太难。对于密码学大牛来说，这简直是小儿科了。两个算法有许多地方都是公用的，只是在一些地方有少许不同。在开发中，可以根据自己的喜好选择一下。不要期待这两个加密算法能有多大的抗破解强度，但是，作为一个烟雾弹掩盖一下明文还是可以的。不过，如果你要将这个加密算法反复对一组明文加密的话，你最好自己再测试一下。因为，加密次数多了，出来的不一定是一个强度高的密文，也可能会是明文本身，切记切记。

　　另外，有些人可能会想，那如果我要加密的是中文或者二进制数据，是不是要建立一个超大的密码表，比如把中文字符集放进去？我想说的是，这个加密算法强度不是很高的，如果你非有这个需求，要上身穿着阿玛尼，脚上穿着丁子拖加裤衩，那也是可以的，方法就是用Base64把你的数据转一下码。剩下的就是传一个包含那64个字符的转换表。建议“=”符号不要加密。

　　就像我题目所说的，聊胜于无。有时候，有条裤衩穿着出门，总比一丝不挂的出门要好。前者，你最多是被人说不太文明。而后者，你却铁定要被请去喝茶的。我实现这两个密码最主要的现实意义也在于此，最后，感谢你能坚持看到文章的末尾，如果你有什么疑问或者想法，希望你能告诉我，我也很乐意与你交流。

本文出自seven的测试人生公众号最新内容请见作者的GitHub页：http://qaseven.github.io/

时间： 2024-08-31 03:28:32

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