时至期末,补习信息安全概论作业。恰巧遇古典密码学算法中的playfair算法和hill算法,用javascript语言实现起来是在有趣,边查百度边编码,顺便好好补习一下javascript基础。
playfair
Playfair密码(英文:Playfair cipher 或 Playfair square)是一种替换密码。依据一个5*5的正方形组成的密码表来编写,表中排列有25个字母。对于英语中的26个字母,去掉最常用的Z,构成密码表。
实现思路:
1,编制密码表
密钥是一个单词或词组,密码表则根据用户所给出的密钥整理而出。若有重复字母,可将后面重复的字母去掉。
如密钥crazy dog,可编制成
C | O | H | M | T |
R | G | I | N | U |
A | B | J | P | V |
Y | E | K | Q | W |
D | F | L | S | X |
/* * 功能:编制密码表 * * 参数:密钥(经过去除空格和大写处理) * * 返回:密码表 */ function createKey(keychars){ //字母顺序数组 var allChars = ['A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y']; //变量keychars获取字母在字母顺序表中位置,删除该字母 for(var i = 0 ;i<keychars.length;i++){ var index = allChars.indexOf(keychars[i]); if (index > -1) { allChars.splice(index, 1); } } //将keychar中的字母插入到字母表中 for(var i = keychars.length-1;i>=0;i--){ allChars.unshift(keychars[i]); } //从第一列将keychars插入至密码表 for(var i = 0 ; i<5 ; i++){ for(var j = 0; j<5 ;j++){ key[j][i] = allChars[i*5+j]; } } }
考虑将keychars插入到密码表时需要去除重复字符和Z,设计算法如下:
/* * 功能:去除字符串中重复字母 * * 参数:需要进行处理的字符串 * * 返回:处理过的字符串 */ function removeDuplicate(str){ var result = [],tempStr = ""; var arr = str.split('');//把字符串分割成数组 //arr.sort();//排序 for(var i = 0; i < arr.length; i++){ var repeatBack = true;//设计变量是为确保字符串前部分不存在相同字符,因为以下算法只能确保连在一起相同的字符 for(var j = 0;j<result.length ;j++){ if(arr[i] == result[j]) repeatBack = false; } if(arr[i] !== tempStr && repeatBack){ result.push(arr[i]); tempStr = arr[i]; }else{ continue; } } return result.join("");//将数组转换为字符串 }
2,整理明文
将明文每两个字母组成一对。如果成对后有两个相同字母紧挨或最后一个字母是单个的,就插入一个字母X。初期编码时考虑不周到,强硬地拒绝输入字母个数为单数,用户体验不佳。
var k = document.getElementById("keychars").value.toUpperCase().replace(/\s/ig,'');
对明文去除空格和转换为大写处理。
3,编写密文
明文加密规则(出自百度):
1 )若p1 p2在同一行,对应密文c1 c2分别是紧靠p1 p2 右端的字母。其中第一列被看做是最后一列的右方。如,按照前表,ct对应oc
2 )若p1 p2在同一列,对应密文c1 c2分别是紧靠p1 p2 下方的字母。其中第一行被看做是最后一行的下方。
3 )若p1 p2不在同一行,不在同一列,则c1 c2是由p1 p2确定的矩形的其他两角的字母(至于横向替换还是纵向替换要事先约好,或自行尝试)。如按照前表,wh对应tk或kt。
如,依照上表,明文where there is life,there is hope.
可先整理为wh er et he re is li fe th er ei sh op ex
然后密文为:kt yg wo ok gy nl hj of cm yg kg lm mb wf
将密文变成大写,然后几个字母一组排列。
如5个一组就是KTYGW OOKGY NLHJO FCMYG KGLMM BWF
4,解密
将密钥填写在一个5*5的矩阵中(去出重复字母和字母z),矩阵中其它未用到的字母按顺序填在矩阵剩余位置中,根据替换矩阵由密文得到明文。反其道而行。
实现效果如图:
hill
希尔密码(Hill Password)是运用基本矩阵论原理的替换密码。依据一个5*5的正方形组成的密码表来编写,表中排列有25个字母。对于英语中的26个字母,去掉最常用的Z,构成密码表。
实现思路:
1,编写字母表
var chars = ['A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z'];
2,随机生成密匙
/* * 功能:随机生成密钥 * * 返回:密匙矩阵 */ function randomCreateKey(){ //随机生成0到26的数字 for(var i = 0;i<3;i++){ for(var j = 0;j<3;j++){ key[i][j] = Math.round(Math.random()*100%26) } } }
3,关键性代码,根据自动生成的密匙,对明文进行处理:
/* * 功能:hill算法 * * 参数:长度是3的倍数的大写数组 * * 返回:加密后的字符串 */ function hill(p){ //大写字母密文 var res = ""; //制定总共需要对字符串经行遍历的次数 var round = Math.round(p.length/3); //处理 for(var b = 0;b<round;b++){ //明文3 var temp3 =""; var tempArr3 = []; var sumArr3 = []; for(var i = 0;i<3;i++){ temp3 += p.shift(); for(var j = 0;j<chars.length;j++){ if(temp3[i] == chars[j]) tempArr3[i] = j; } } //计算 for(var i =0;i<3;i++){ for(var j = 0;j<3;j++){ sumArr3[i] = (tempArr3[j]*key[i][j])%26; } } //获取字符在字母表中对应索引 for(var i =0;i<3;i++){ res += chars[sumArr3[i]]; } } return res; };
实现效果如图:
以上算法存在不足:
1,面向过程设计,耦合度高
2,过多嵌套循环,算法效率有待优化
3,对于可能出现的情况考虑不周到,例如没有对用户输入非字母字符时进行处理。
总结:
学了一段时间的信息安全概论这门课,只能对信息安全了解皮毛。信息安全是一门很有趣的科目,平时遇到一些问题尽可能多思考,多动手,多运用。同时也要加强数学基础积累,巩固js基础,拓宽知识面。这条路任重道远。
javascript实现playfair和hill密码算法
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