javascript实现playfair和hill密码算法

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

复制代码 代码如下:

/*
*    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:

复制代码 代码如下:

/*
*    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

复制代码 代码如下:

/*
*    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:

复制代码 代码如下:

/*
*    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。

时间: 2014-12-04

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