java课程设计——凯撒加密解密程序.doc

JAVA面向对象编程课程设计论文

凯撒加密解密程序

学生姓名： 赵 席 兵
学生学号： 200710802050
院（系）： 计算机学院
年级专业： 07信息与计算科学

2010-12-14
摘要
凯撒密码作为一种最为古老的对称加密体制，在古罗马的时候都已经很流行，他的基本思想是：通过把字母移动一定的位数来实现加密和解密。例如，如果字母的位数是3，明文字母B就变成了密文的E,依次类推，X将变成A，Y变成B，Z变成C，由此可见，位数就是凯撒密码加密和解密的密钥。

关键字： 凯撒密码 加密 解密
目录
第一节 4
第二节 4
第三节 5
参考文献 12
第一节 实例说明
凯撒密码是罗马扩张时期朱利斯•凯撒（Julius Caesar）创造的，用于加密通过信使传递的作战命令。它将字母表中的字母移动一定位置而实现加密。例如如果向右移动2位，则字母A将变为C，字母B将变为D，…，字母X变成Z，字母Y则变为A，字母Z变为B。因此，假如有个明文字符串“Hello”用这种方法加密的话，将变为密文：“Jgnnq”。而如果要解密，则只要将字母向相反方向移动同样位数即可。如密文“Jgnnq”每个字母左移两位变为“Hello”。这里，移动的位数“2”是加密和解密所用的密钥。

第二节 编程思路
首先获取要加密的内容以及密钥，凯撒密码的密钥即字符移动的位数。由于凯撒密码器的移位是针对字符的，因此需要将待加密的内容中每个字符取出，然后针对每个字符分别加以移位。主要步骤如下：
（1） 读取要加密的字符串、密钥
String s=args[0];
int key=Integer.parseInt(args[1]);
分析：作为示例，程序中通过命令行参数传入要加密的字符串。凯撒密码器的密钥比较简单，只是移动的位数，这里不妨通过命令行参数传入。由于移动的位数为整数，因此使用Integer.parseInt( )方法进行了转换。
（2） 取出字符串中每个字符
for(int i=0;i<s.length( );i++){
char c=s.charAt(i);
分析：这里使用字符串类的 charAt（）方法取出每个字符，分别加以移位。
（3） 对每个字符进行移位
c+=key%26;
if(c<'a') c+=26;
if(c>'z') c-=26;
分析：由于字母表中共26个字符，因此移位前先将移动的位数(key)和26取模。由于Java中字符和整型可自动转换，因此将字符加上一个正整数即代表在字母表中右移多少位。如果移动的位数是负值，则代表在字母表中左移多少位。
尽管在移动之前已经将移动的位数和26取了模，但通过这种方式实现右移或左移仍可能发生超界。如字母x右移4位应该是字母b，但将字母x增加4后超出26个字母的范围。因此移位后使用两个if语句判断一下，如果向左超界（c<'a'）则增加26；向右超界（c>'z'）则减去26。
此外由于大写字母和小写字母判断是否超界的依据不同，程序中将字符分为大写和小写分别处理。

第三节 代码与分析
源程序：
import java.io.*;
public class Caesar{
public static String path;
public static String estr="";
public static char c;
public static void Encode(String str,int n){

for(int i=0;i<str.length();i++){
c=str.charAt(i);
if(c>='a'&&c<='z')
if(c+n%26<='z') estr+=(char)(c+n%26); else estr+=(char)('a'+((n-('z'-c)-1)%26));
else if(c>='A'&&c<='Z')
if(c+n%26<='Z') estr+=(char)(c+n%26); else estr+=(char)('A'+((n-('Z'-c)-1)%26));
else if(c>='0'&&c<='9')
if(c+n%10<='9') estr+=(char)(c+n%10); else estr+=(char)('0'+((n-('9'-c)-1)%10));
else estr+=c;
}
}
public static void Decode(String str,int n){
for (int i = 0; i <str.length(); i++) {
c=str.charAt(i);
if (c>= 'a'&&c<='z')
if(c-n%26>='a') estr+=(char)(c-n%26); else estr+=(char)('z'-(n-(c-'a')-1)%26);
else if(c>='A'&&c<='Z')
if(c-n%26>='A') estr+=(char)(c-n%26); else estr+=(char)('Z'-(n-(c-'A')-1)%26);
else if(c>='0'&&c<='9')
if(c-n%10>='0') estr+=(char)(c-n%10); else estr+=(char)('9'-(n-(c-'0')-1)%10);
else estr+=c;
}
}

public static void main(String args[]){
String array = "";
int num;
System.out.println("－－－凯撒密码－－－");
System.out.println("(仅支持英文和阿拉伯数字--zhaoxibing)");
try {
System.out.println("1、加密");
System.out.println("2、解密");
System.out.println("3、暴力破解");
System.out.print("请选择：");
BufferedReader input_ed = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
String ed=input_ed.readLine();
if(ed.equals("1")||ed.equals("2")||ed.equals("3")){
System.out.print("文件路径(*.txt)：");
BufferedReader input_path = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
path=input_path.readLine();
File file = new File(path);
FileInputStream rdf = new FileInputStream(file);
byte[] s = new byte[rdf.available()];
int b = rdf.available();
while((b=rdf.read(s, 0, b))!=-1){
String content = new String(s,0,b);
array = array+content;
}
rdf.close();
if(ed.equals("3")){
for(int k=1;k<=25;k++){
Decode(array,k);
System.out.println("密钥为"+k+"时，结果是"+estr);
estr="";
if(k>=10){
for(int j=1;j<=9;j++){Decode(array,k+26*j);System.out.println("密钥为"+(k+26*j)+"时，结果为"+estr);estr="";}
}
}
System.out.print("正确的密钥为(整数)：");
BufferedReader input_result = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
int result=Integer.valueOf(input_result.readLine()).intValue();
Decode(array,result);
}else{
System.out.print("密钥(整数)：");
BufferedReader input_num = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
num=Integer.valueOf(input_num.readLine()).intValue();
if(ed.equals("1"))
Encode(array,num);
else
Decode(array,num);
}
File f=new File(path);
FileWriter outFile=new FileWriter(f);
BufferedWriter bufferOut=new BufferedWriter(outFile);
bufferOut.write(estr);
bufferOut.newLine();
bufferOut.flush();
bufferOut.close();
System.out.print("请查看原文件是否已成功加密或者解密。");

}else System.out.print("您输入有误。");
}catch(Exception e){System.out.print("输入错误。");}
}
}
该程序既可用于加密又可用于解密，还可以对密文暴力破解。
即

只要运行1—加密程序，输入：
Caesar 明文（要加密的字符串）路径，密钥（移动的位数）
即可加密。
在密钥前面加上负号，将运行
Caesar 明文（要加密的字符串）路径 -密钥（反向移动的位数）
即可解密。运行2—解密程序，输入：
Caesar 明文（要加密的字符串）路径，密钥（移动的位数），也可解密。
如为了加密字符串“I love you more than I can say!”，该字符串位于D：\jiami.txt中。可随意取一个密钥如5，运行：
1（即加密程序） D：\jiami.txt 5
即

原文档字符串将变为“N qtaj dtz rtwj ymfs N hfs xfd!”。这里“I love you more than I can say!”是明文，“N qtaj dtz rtwj ymfs N hfs xfd!”是密文。
如果密钥大于26，程序中移位前会和26取模而将其调整到26以下。因此运行：
1（即加密程序） D：\jiami.txt 31
同样将输出“N qtaj dtz rtwj ymfs N hfs xfd!”。
为了将密文“N qtaj dtz rtwj ymfs N hfs xfd!”解密，需要知道加密该密文所用的密钥5，这样，执行：
1（即加密程序） D：\jiami.txt -5
将得到明文“I love you more than I can say!”。
如果密钥和加密时所用的不同，则解密时将得到无意义的输出，如运行
1（即加密程序） D：\jiami.txt -4
即

原文档将变为“E hkra ukq ikna pdwj E ywj owu!”。这样，只有知道密钥才能得到原来的密文。
解密一般运行2—程序解密，
2（即解密程序） D：\jiami.txt 5
即

就会将原来加密后的“N qtaj dtz rtwj ymfs N hfs xfd!”字符串解密成“I love you more than I can say!” ，即原来的明文。
如果不知道原文的密钥，可运行3—暴力破解。如知道密文为“N qtaj dtz rtwj ymfs N hfs xfd!”
运行
3（暴力破解） D：\jiami.txt
得到如下界面

即最简单的密钥为5。
将密文“N qtaj dtz rtwj ymfs N hfs xfd!”转换为“I love you more than I can say!”
参考文献：

[1] 嘉兴高专 《计算机时代》 1997年11期
[2] 高炯 英文参考文献著录若干问题讨论[J] 辽宁行政学院院报 200810（5）
[3] 王锡林，郭庆平，程胜利 《计算机安全》 人民邮电邮版社
[4] 杨义先，林晓东，刑育森 信息安全综论 北京邮电大学
[5] 章照止，杨义先，马晓敏 信息理论密码学的新进展及研究问题 《电子学报》