仿射密码Java代码实现

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mob649e8163af7d 2024-10-07 04:48:52 ©著作权

文章标签 java Java 主函数 文章分类 Java 后端开发

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仿射密码的Java实现指南

一、仿射密码概述

仿射密码是一种简单的加密算法。它使用线性函数对字母进行加密，变换的公式通常是 ( E(x) = (ax + b) \mod m )，其中 ( a ) 和 ( b ) 是密钥，( m ) 是字母表的长度。该加密方法的解密同样简单。

二、实现流程

下面是实现仿射密码的步骤：

步骤	描述
1	确定字母表和密钥
2	编写加密函数
3	编写解密函数
4	编写主函数，进行测试

甘特图

我们可以利用下面的甘特图展示每个步骤的时间安排：

gantt
    title 仿射密码实现流程
    dateFormat  YYYY-MM-DD
    section 步骤
    确定字母表和密钥            :a1, 2023-10-01, 1d
    编写加密函数               :a2, after a1, 2d
    编写解密函数               :a3, after a2, 2d
    编写主函数，进行测试       :a4, after a3, 1d

三、具体实现

下面，我将逐步教你如何实现仿射密码的加密和解密。

1. 确定字母表和密钥

在Java中，我们的字母表可以是大写字母，密钥需要是互质的。

// 定义字母表长度，26代表英语字母
final int m = 26; 
// 加密参数，假设我们选择 a=5, b=8
final int a = 5; 
final int b = 8;

2. 编写加密函数

加密的核心是按照公式 ( E(x) = (ax + b) \mod m )。

/**
 * 加密函数
 * @param text 要加密的文本
 * @return 加密后的文本
 */
public static String encrypt(String text) {
    StringBuilder encrypted = new StringBuilder(); // 创建一个可变的字符串
    for (char character : text.toCharArray()) { // 遍历输入的每个字符
        if (Character.isLetter(character)) { // 检查是否为字母
            char base = Character.isUpperCase(character) ? 'A' : 'a'; // 找到字母的基准
            // (a*x + b) % m
            int encryptedChar = (a * (character - base) + b) % m + base; 
            encrypted.append((char) encryptedChar); // 将加密后的字符添加到结果中
        } else {
            encrypted.append(character); // 非字母字符保持不变
        }
    }
    return encrypted.toString(); // 返回加密后的字符串
}

3. 编写解密函数

解密的公式为 ( D(y) = a^{-1}(y - b) \mod m )，需要计算 ( a ) 的逆元素。

/**
 * 求 a 在 mod m 下的逆元素
 */
private static int modInverse(int a, int m) {
    // 使用扩展欧几里得算法求逆元
    a = a % m; 
    for (int x = 1; x < m; x++) {
        if ((a * x) % m == 1) {
            return x; // 找到逆元
        }
    }
    return 1; // 不应该到达这里
}

/**
 * 解密函数
 * @param text 要解密的文本
 * @return 解密后的文本
 */
public static String decrypt(String text) {
    StringBuilder decrypted = new StringBuilder(); 
    int aInv = modInverse(a, m); // 计算 a 的逆元素
    for (char character : text.toCharArray()) { 
        if (Character.isLetter(character)) {
            char base = Character.isUpperCase(character) ? 'A' : 'a';
            // a_inv * (y - b) mod m
            int decryptedChar = (aInv * ((character - base - b + m) % m)) % m + base; 
            decrypted.append((char) decryptedChar); 
        } else {
            decrypted.append(character); 
        }
    }
    return decrypted.toString(); 
}

4. 编写主函数，进行测试

public static void main(String[] args) {
    String plaintext = "HELLO WORLD"; // 输入明文
    String encryptedText = encrypt(plaintext); // 调用加密函数
    System.out.println("Encrypted: " + encryptedText); // 打印加密结果

    String decryptedText = decrypt(encryptedText); // 调用解密函数
    System.out.println("Decrypted: " + decryptedText); // 打印解密结果
}