[古典密码]:PlayFair cipher(Playfair密码)

来源于我的博客

1.编制密码表 

构造一个5*5的密码表，表格填充关键字(字母不重复)，之后按字典序填充密码表中没有的字母，需要注意的是5*5表格只能放25个字母，剩下一个字母需要选择已经放入表的一个作为替代，这里习惯性将J省略，I/J共用。

以关键字为PLAYFAIR
EXAMPLE为例

​

P	L	A	Y	F
I/J	R	E	X	M
B	C	D	G	H
K	N	O	Q	S
T	U	V	W	Z

得到如上密码表

2.整理明文

由于PalyFair成对字母加密的特性，要对明文进行分组处理：

两个不同的字母一组，如果字母相同需要添加冗余（指定一个字母）保持其不同；

最后如果有单个字母同样需要添加冗余使其成对。

以明文“Things are not always what they see”为例（指定W为替代字母）
整理后变成：“TH IN GS AR EN OT AL WA YS WH AT TH EY SE EW”

3.加密

根据成对字母在字母表中的相对位置进行替代

主要分两类：

在一条线上（行相同或列相同）

x相同，就取x+1位置的字母（mod 5，即最右边+1=最左边的）：

y相同，就取y+1位置的字母（mod 5，即最下边+1=最上边的）：
AL=YA

P	L	A	Y	F
I/J	R	E	X	M
B	C	D	G	H
K	N	O	Q	S
T	U	V	W	Z

不在一条线上

        取两点为顶点的矩形，矩形的另外两点即为密文

注意的是顺序：横坐标保持不变，纵坐标改为pair的纵坐标
T-Z  H-B I-R K-N 他们的横坐标均相同
TH=ZB

P	L	A	Y	F
I/J	R	E	X	M
B	C	D	G	H
K	N	O	Q	S
T	U	V	W	Z

  IN=RK

P	L	A	Y	F
I/J	R	E	X	M
B	C	D	G	H
K	N	O	Q	S
T	U	V	W	Z

C++实现:

#include#include#includeusing namespace std;
//string keyWord = { "MoonCake" };
string keyWord = { "PLAYFAIR EXAMPLE" };
string alphabet = { "ABCDEFGHIKLMNOPQRSTUVWXYZ" };
char a[5][5] = { " " };
pair getPosi(char c) {
for (int i = 0;i < 5;i++) {
for (int j = 0;j < 5;j++) {
if (c == a[i][j]) return make_pair(i,j);
}
}
return make_pair(6, 6);//（5*5缺少一个字母）失败
}
string SplitWord_(string f) {
string g;
int count_g = 0;
int char_c = 0;
//作简单分割
for (int i = 0;i < f.size();) {
for (int j = 0;j < 2;j++) {
if ((int)(f[i])>64 && (int)(f[i]) < 91) {
//g[count_g++] = f[i];
string t_f;
t_f.resize(1);
t_f[0] = f[i];
g.append(t_f);
char_c++;
}
if (((int)(f[i]) > 96) && ((int)(f[i]) < 123)) {
//g[count_g++] = (char)((int)f[i] - 32);
string t_f;
t_f.resize(1);
t_f[0]= (char)((int)f[i] - 32);
g.append(t_f);
char_c++;
}
if (char_c == 2&&i!=f.size()&& i != f.size()-1) {
//g[count_g++] = ' ';
g.append(" ");
char_c = 0;
}
i++;
}
}
//cout << g << "e"<<endl;
return g;
}
bool is_dup(string g,int &posi) {
for (int i = 0;i < g.size()-1;i++) {
if (((int)(g[i]) > 64) && ((int)(g[i]) < 91)&& ((int)(g[i+1]) > 64) && ((int)(g[i+1]) < 91)) {
if (g[i] == g[i + 1]) {
posi = i;
posi++;
return true;
}
}
}
return false;
}
string SplitWord(string f, char replace) {
string g = SplitWord_(f);
//插值(replace)去除重复
int posi = 0;
string re;
re.resize(1);
re[0] = replace;
while (is_dup(g,posi)) {
g.insert(posi,re);
g = SplitWord_(g);
}
//判断结尾是否成对
if ((g[g.size() - 2]) < 64 || (g[g.size() - 2]) > 91) {
g.insert(g.size(), re);
}
//明文整理完成
return g;
}
void CreateMatrix() {
int row = 0;
int colom = 0;
for (int i = 0;i < keyWord.size();i++) {
if (keyWord[i] == ' ') continue;
if ((int)keyWord[i]>96 && (int)keyWord[i] < 123) {
keyWord[i] = (char)((int)keyWord[i] - 32);
}
bool noMatch = true;
for (int x = 0;x < 5;x++) {
for (int y = 0;y < 5;y++) {
if (a[x][y] == keyWord[i]) {
noMatch = false;
}
}
}
if (noMatch) {
a[row][colom] = keyWord[i];
if (++colom > 4) {
colom = colom % 5;
row++;
}

}
}
//		填充剩余字母
for (int i = 0;i < alphabet.size();i++) {
bool noMatch = true;
for (int x = 0;x < 5;x++) {
for (int y = 0;y < 5;y++) {
if (a[x][y] == alphabet[i]) {
noMatch = false;
}
}
}
if (noMatch) {
a[row][colom] = alphabet[i];
if (++colom > 4) {
colom = colom % 5;
row++;
}

}
if (row == 5) break;
}
//填充完成
}
void PrintMatrix() {
for (int i = 0;i < 5;i++) {
for (int j = 0;j < 5;j++) {
cout << a[i][j] << " ";
}
cout << endl;
}
}

void encrypt(){
//create 5*5 Matrix
CreateMatrix();

string f = { "Things are not always what they see" };
f = { "MY Name IS ATUL" };
//整理明文
string g=SplitWord(f, 'W');

PrintMatrix();
cout << g << endl;
//加密
for (int i = 0;i < g.size()-1;) {
if (getPosi(g[i]).first != getPosi(g[i + 1]).first&&getPosi(g[i]).second != getPosi(g[i + 1]).second) {//对角
char gi = g[i];
char giPlus = g[i + 1];
g[i] = a[getPosi(gi).first][getPosi(giPlus).second];
g[i + 1] = a[getPosi(giPlus).first][getPosi(gi).second];
}
if (getPosi(g[i]).first == getPosi(g[i + 1]).first&&getPosi(g[i]).second != getPosi(g[i + 1]).second) {//同x轴 换成对应位于y+1的字母，越界则为最上面
char gi = g[i];
char giPlus = g[i + 1];
int giy = getPosi(gi).second;
giy = (giy+1) % 5;

int giPlusy = getPosi(giPlus).second;
giPlusy = (giPlusy+1) % 5;
g[i] = a[getPosi(gi).first][giy];
g[i + 1] = a[getPosi(giPlus).first][giPlusy];
}
if (getPosi(g[i]).first != getPosi(g[i + 1]).first&&getPosi(g[i]).second == getPosi(g[i + 1]).second) {//同y轴 换成对应位于x+1的字母，越界则为最上面
char gi = g[i];
char giPlus = g[i + 1];
int gix = getPosi(gi).first;
gix = (gix+1) % 5;

int giPlusx = getPosi(giPlus).first;
giPlusx = (giPlusx+1) % 5;
g[i] = a[gix][getPosi(gi).second];
g[i + 1] = a[giPlusx][getPosi(giPlus).second];
}
i+=3;
}
cout << g << endl;
}
void decrypt() {
CreateMatrix();
string g = { "XF OL IX MK PV LR" };
cout << g << endl;
//解密
for (int i = 0;i < g.size() - 1;) {
if (getPosi(g[i]).first != getPosi(g[i + 1]).first&&getPosi(g[i]).second != getPosi(g[i + 1]).second) {//对角
char gi = g[i];
char giPlus = g[i + 1];
g[i] = a[getPosi(gi).first][getPosi(giPlus).second];
g[i + 1] = a[getPosi(giPlus).first][getPosi(gi).second];
}
if (getPosi(g[i]).first == getPosi(g[i + 1]).first&&getPosi(g[i]).second != getPosi(g[i + 1]).second) {//同x轴 换成对应位于y-1的字母，越界则为最上面
char gi = g[i];
char giPlus = g[i + 1];
int giy = getPosi(gi).second;
giy = (giy - 1)>=0?(giy - 1):4;

int giPlusy = getPosi(giPlus).second;
giPlusy = (giPlusy - 1)>=0? (giPlusy - 1):4;
g[i] = a[getPosi(gi).first][giy];
g[i + 1] = a[getPosi(giPlus).first][giPlusy];
}
if (getPosi(g[i]).first != getPosi(g[i + 1]).first&&getPosi(g[i]).second == getPosi(g[i + 1]).second) {//同y轴 换成对应位于x-1的字母，越界则为最上面
char gi = g[i];
char giPlus = g[i + 1];
int gix = getPosi(gi).first;
gix = (gix - 1)>=0 ? (gix - 1):4;

int giPlusx = getPosi(giPlus).first;
giPlusx = (giPlusx - 1)>=0? (giPlusx - 1):4;
g[i] = a[gix][getPosi(gi).second];
g[i + 1] = a[giPlusx][getPosi(giPlus).second];
}
i += 3;
}
cout << g << endl;
}
int main() {
encrypt();
cout << "加密完成，立即解密" << endl;
decrypt();
cout << "解密完成" << endl;
return 0;
}