用Java实现Hill密码加解密

时间: 2023-11-18 12:05:34 浏览: 55
Hill密码是一种基于矩阵乘法的密码算法,它可以用于加密和解密任意长度的文本,同时也可以抵御一定程度的密码分析攻击。下面是用Java实现Hill密码加解密的示例代码: ``` import java.util.Scanner; public class HillCipher { // 矩阵加法 public static int[][] matrixAdd(int[][] A, int[][] B) { int[][] C = new int[A.length][A[0].length]; for (int i = 0; i < A.length; i++) { for (int j = 0; j < A[0].length; j++) { C[i][j] = A[i][j] + B[i][j]; } } return C; } // 矩阵乘法 public static int[][] matrixMul(int[][] A, int[][] B) { int[][] C = new int[A.length][B[0].length]; for (int i = 0; i < A.length; i++) { for (int j = 0; j < B[0].length; j++) { for (int k = 0; k < B.length; k++) { C[i][j] += A[i][k] * B[k][j]; } } } return C; } // 矩阵求逆 public static int[][] matrixInverse(int[][] A) { int n = A.length; int[][] B = new int[n][n]; int[][] C = new int[n][2 * n]; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { B[i][j] = A[i][j]; } C[i][i] = 1; } for (int k = 0; k < n; k++) { int maxRow = k; for (int i = k + 1; i < n; i++) { if (Math.abs(B[i][k]) > Math.abs(B[maxRow][k])) { maxRow = i; } } if (maxRow != k) { int[] tmp = B[k]; B[k] = B[maxRow]; B[maxRow] = tmp; tmp = C[k]; C[k] = C[maxRow]; C[maxRow] = tmp; } if (B[k][k] == 0) { throw new RuntimeException("Matrix is singular."); } int inv = 1 / B[k][k]; for (int j = 0; j < n; j++) { B[k][j] *= inv; C[k][j] *= inv; } for (int i = 0; i < n; i++) { if (i != k) { int f = B[i][k]; for (int j = 0; j < n; j++) { B[i][j] -= f * B[k][j]; C[i][j] -= f * C[k][j]; } } } } for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = n; j < 2 * n; j++) { C[i][j] /= B[i][i]; } } int[][] D = new int[n][n]; for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { D[i][j] = C[i][j + n]; } } return D; } // 加密函数 public static String encrypt(String plaintext, int[][] key) { int n = key.length; int m = (plaintext.length() + n - 1) / n * n; int[][] P = new int[m / n][n]; int k = 0; for (int i = 0; i < m / n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { if (k < plaintext.length()) { P[i][j] = plaintext.charAt(k) - 'a'; k++; } else { P[i][j] = 0; } } } int[][] C = new int[m / n][n]; for (int i = 0; i < m / n; i++) { int[][] Pi = new int[1][n]; for (int j = 0; j < n; j++) { Pi[0][j] = P[i][j]; } int[][] Ci = matrixMul(Pi, key); for (int j = 0; j < n; j++) { C[i][j] = Ci[0][j]; } } StringBuilder ciphertext = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < m / n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { ciphertext.append((char) (C[i][j] % 26 + 'a')); } } return ciphertext.toString(); } // 解密函数 public static String decrypt(String ciphertext, int[][] key) { int n = key.length; int m = ciphertext.length(); int[][] C = new int[m / n][n]; int k = 0; for (int i = 0; i < m / n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { C[i][j] = ciphertext.charAt(k) - 'a'; k++; } } int[][] keyInv = matrixInverse(key); int[][] P = new int[m / n][n]; for (int i = 0; i < m / n; i++) { int[][] Ci = new int[1][n]; for (int j = 0; j < n; j++) { Ci[0][j] = C[i][j]; } int[][] Pi = matrixMul(Ci, keyInv); for (int j = 0; j < n; j++) { P[i][j] = Pi[0][j]; } } StringBuilder plaintext = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < m / n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { plaintext.append((char) (P[i][j] % 26 + 'a')); } } return plaintext.toString(); } public static void main(String[] args) { Scanner sc = new Scanner(System.in); System.out.print("请输入明文:"); String plaintext = sc.nextLine(); System.out.print("请输入密钥:"); int[][] key = new int[3][3]; for (int i = 0; i < 3; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { key[i][j] = sc.nextInt(); } } String ciphertext = encrypt(plaintext, key); System.out.println("密文为:" + ciphertext); String decryptedText = decrypt(ciphertext, key); System.out.println("解密后明文为:" + decryptedText); } } ``` 上面的代码中,我们定义了`matrixAdd`、`matrixMul`和`matrixInverse`三个函数来实现矩阵加法、矩阵乘法和矩阵求逆操作。然后,我们定义了`encrypt`和`decrypt`两个函数来实现加密和解密操作。最后,在`main`函数中,我们通过键盘输入明文和密钥,然后输出加密后的密文和解密后的明文。

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