加密与解密_Playfair密码变种加密方法-解题思路及过程

一.题目描述：

一种Playfair密码变种加密方法如下：首先选择一个密钥单词（称为pair）（字母不重复，且都为小写字母），然后与字母表中其他字母一起填入至一个5x5的方阵中，填入方法如下：

1.首先按行填入密钥串。

2.紧接其后，按字母序按行填入不在密钥串中的字母。

3.由于方阵中只有25个位置，最后剩下的那个字母则不需变换。

如果密钥为youandme，则该方阵如下：

y o u a n

d m e b c

f g h i j

k l p q r

s t v w x

在加密一对字母时，如am，在方阵中找到以这两个字母为顶点的矩形（红色字体）：

y o u a n

d m e b c

f g h i j

k l p q r

s t v w x

这对字母的加密字母为该矩形的另一对顶点，如本例中为ob。

请设计程序，使用上述方法对输入串进行加密，并输出加密后的串。

另外有如下规定：

1、一对一对取字母，如果最后只剩下一个字母，则不变换，直接放入加密串中；

2、如果一对字母中的两个字母相同，则不变换，直接放入加密串中；

3、如果一对字母中有一个字母不在正方形中，则不变换，直接放入加密串中；

4、如果字母对出现在方阵中的同一行或同一列，如df或hi，则只需简单对调这两个字母，即变换为fd或ih；

5、如果在正方形中能够找到以字母对为顶点的矩形，假如字母对为am，则该矩形的另一对顶点字母中，与a同行的字母应在前面，在上例中应是ob；同样若待变换的字母对为ta，则变换后的字母对应为wo；

6、本程序中输入串均为小写字母，并不含标点、空格或其它字符。

解密方法与加密相同，即对加密后的字符串再加密，将得到原始串。

要求输入形式如下：

从控制台输入两行字符串，第一行为密钥单词（长度小于等于25），第二行为待加密字符串（长度小于等于50），两行字符串末尾都有一个回车换行符，并且两行字符串均为小写字母，不含其它字符。

在标准输出上输出加密后的字符串。

例如，若输入：

youandme

welcometohangzhou

则表示输入的密钥单词为youandme，形成的正方形如上所示；待加密字符串为welcometohangzhou。在正方形中可以找到以第一对字母we为顶点的矩形，对应另一对顶点字母为vb，因此加密后为vb，同理可找到与字母对lc,et,oh,ho对应的顶点字母对。而字母对om位于上述正方形中的同一列，所以直接以颠倒这两个字母来加密，即为mo，字母对an同理。字母对gz中的z不在上述正方形中，因此原样放到加密串中。最后剩一个字母u也原样输出。

因此输出的结果为：

vbrmmomvugnagzguu

二.解题思路：

这条题目我们完全可以根据上述的规定编写出我们所预想的程序。我的想法是：可以先设计一个线性列表，将26个字母一起放入其中，然后定义一个5x5的矩阵，将密钥按顺序放入其中（同时将放入矩阵中的字母从线性表中去除），等到将密钥全部放入矩阵中之后，再按照顺序将线性表中的其他字母一一放入矩阵中，这样就形成了一个密钥矩阵。

然后按照上述规定对其进行一一限制，这里说下加入字母对是为定点的矩形，那么很简单，只要将两个字母的所在的列的值交换下即可。

三.Java代码如下：

import java.util.ArrayList;import java.util.HashMap;import java.util.List;import java.util.Map;public class Test {static String pair = "youandme";//密钥static List<Character> list = new ArrayList<Character>();//线性表static char[][] getMatrix(String pair) {//获取密钥矩阵int length = 0;char[][] matrix = new char[5][5];for (char i = 'a'; i <= 'z'; i++) {list.add(i);//将26个字母放入线性表}for (int i = 0; i < 5; i++) {for (int j = 0; j < 5; j++) {if (length < pair.length()) {char t = pair.charAt(length++);matrix[i][j] = t;//将密钥字母一个个放入矩阵中list.remove((Character) t);//将放入矩阵中的字母从线性表中移除} else {matrix[i][j] = list.remove(0);//将线性表中的字母填充进矩阵中，然后移除该字母}}}return matrix;}static String encoding(String s) {String result = "";char[][] matrix = getMatrix(pair);Map<String, Integer> map = new HashMap<String, Integer>();//获取字母对的x,y轴的坐标for (int k = 0; k < s.length(); k++) {char t1 = s.charAt(k++);char t2;if (s.length() % 2 != 0 && k == s.length()) {//最后如果只有一个人字母则直接加入结果result += t1;break;} elset2 = s.charAt(k);if (list.contains(t1) || list.contains(t2)) {//如果字母对中任一字母在线性表中，//即代表不再矩阵中，则将字母对直接加入结果result += t1 + "" + t2;continue;}if (t1 == t2) {result += t1 + "" + t2;//如果字母对相同，则直接加入结果} else {for (int i = 0; i < 5; i++) {for (int j = 0; j < 5; j++) {if (matrix[i][j] == t1) {map.put("t1_x", i);map.put("t1_y", j);}if (matrix[i][j] == t2) {map.put("t2_x", i);map.put("t2_y", j);}}}if ((Integer) map.get("t1_x") == (Integer) map.get("t2_x")//如果字母对在同一个行或列则交换字母后加入结果|| (Integer) map.get("t1_y") == (Integer) map.get("t2_y")) {result += t2 + "" + t1;} else {//如果字母对成一个矩形，调换两个字母的y轴坐标后获取在矩阵中的值加入结果result += matrix[(Integer) map.get("t1_x")][(Integer) map.get("t2_y")]+ ""+ matrix[(Integer) map.get("t2_x")][(Integer) map.get("t1_y")];}}}return result;}public static void main(String[] args) {String s = "welcometohangzhou";String result = encoding(s);System.out.println(result);}}

结果如下：

题目完成，以上为个人思路，仅供参考，有什么不到位的地方欢迎批评指正，谢谢......