请设计和实现一个加密算法，可以是对称或不对称加密解密算法（在网上查找相关内容）。 作业需要提交三个文件： （1）加密算法介绍和数据文件格式说明doc文档（注意只介绍加密算法，不介绍解密算法）（30分） （2）加密算法实现cpp源代码，需添加一定数量的注释，以便评分的学生可以看懂（30分） （3）1个被加密算法加密了的数据文件，数据格式在（1）中已经说明清楚。（10分） ***注意数据文件内的数据，应为一个完整有意义的句子或文本，或者是有意义的数字序列

加密算法介绍和数据文件格式说明

本算法是一种对称加密算法，采用的是置换加密法（Permutation Cipher）和代换加密法（Substitution Cipher）相结合的方式，具体步骤如下：

1. 首先将待加密的文本中的所有空格、标点符号和换行符删除，只保留字母和数字。

2. 将文本按照一定的规则进行分组，每组包含相同数量的字符。如果最后一组字符不足，则用随机字符（如“X”）填充。

3. 对每一组字符进行置换操作，即将字符的位置进行调换，具体操作方法可以是随机生成一个排列，然后将每个字符按照排列的顺序进行调换。

4. 对每一组字符进行代换操作，即将字符按照一定的规则进行替换，具体操作方法可以是将每个字符替换成另一个字符或者一组字符。

5. 将每一组字符的置换和代换操作的结果按照一定的规则组合起来，形成最终的加密结果。

数据文件格式说明：

加密前的数据文件格式为纯文本文件，其中包含有意义的句子或文本，或者是有意义的数字序列。文件中可以包含空格、标点符号和换行符等其他字符，但是在加密过程中会被删除。每行文本的长度不限，但是为了保证加密效果，建议每行文本长度相同。

加密后的数据文件格式为二进制文件，其中包含按照上述步骤加密后的数据。每一组字符的置换和代换操作的结果按照以下格式进行组合：

1. 首先是一个 4 字节的整数，表示该组字符的长度（不包括填充字符）。

2. 然后是一个 4 字节的整数，表示该组字符填充的字符数量。

3. 接下来是每个字符的置换和代换操作的结果，每个字符占用一个字节。

4. 最后是填充字符。

加密算法实现

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <algorithm>

using namespace std;

const int BLOCK_SIZE = 16; // 每组字符的长度
const int MAX_PADDING = 255; // 最大填充字符数
const char PADDING_CHAR = 'X'; // 填充字符

// 置换操作，生成一个随机排列
void permutation(int *p, int n)
{
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        p[i] = i;
    }
    for (int i = n - 1; i > 0; i--)
    {
        int j = rand() % (i + 1);
        swap(p[i], p[j]);
    }
}

// 代换操作，将每个字母替换成另一个字母或一组字母
char substitution(char c)
{
    switch (c)
    {
        case 'A': return 'Z';
        case 'B': return 'Y';
        case 'C': return 'X';
        case 'D': return 'W';
        case 'E': return 'V';
        case 'F': return 'U';
        case 'G': return 'T';
        case 'H': return 'S';
        case 'I': return 'R';
        case 'J': return 'Q';
        case 'K': return 'P';
        case 'L': return 'O';
        case 'M': return 'N';
        case 'N': return 'M';
        case 'O': return 'L';
        case 'P': return 'K';
        case 'Q': return 'J';
        case 'R': return 'I';
        case 'S': return 'H';
        case 'T': return 'G';
        case 'U': return 'F';
        case 'V': return 'E';
        case 'W': return 'D';
        case 'X': return 'C';
        case 'Y': return 'B';
        case 'Z': return 'A';
        case '0': return '9';
        case '1': return '8';
        case '2': return '7';
        case '3': return '6';
        case '4': return '5';
        case '5': return '4';
        case '6': return '3';
        case '7': return '2';
        case '8': return '1';
        case '9': return '0';
        default: return c;
    }
}

// 加密函数
void encrypt(const char *filename_in, const char *filename_out)
{
    ifstream fin(filename_in);
    if (!fin)
    {
        cerr << "Error: Failed to open input file." << endl;
        exit(1);
    }

    ofstream fout(filename_out, ios::out | ios::binary);
    if (!fout)
    {
        cerr << "Error: Failed to open output file." << endl;
        exit(1);
    }

    srand(time(NULL));

    char buf[BLOCK_SIZE];
    int p[BLOCK_SIZE];
    int padding;

    while (fin.getline(buf, BLOCK_SIZE + 1))
    {
        int len = strlen(buf);
        padding = BLOCK_SIZE - len % BLOCK_SIZE;
        if (padding == BLOCK_SIZE) padding = 0;

        // 填充字符
        for (int i = len; i < len + padding; i++)
        {
            buf[i] = PADDING_CHAR;
        }
        len += padding;

        // 置换操作
        permutation(p, BLOCK_SIZE);
        for (int i = 0; i < BLOCK_SIZE; i++)
        {
            buf[p[i]] = buf[i];
        }

        // 代换操作
        for (int i = 0; i < len; i++)
        {
            buf[i] = substitution(buf[i]);
        }

        // 写入文件
        fout.write((char *)&len, sizeof(int));
        fout.write((char *)&padding, sizeof(int));
        fout.write(buf, len);
    }

    fin.close();
    fout.close();
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 3)
    {
        cerr << "Usage: " << argv[0] << " <input_file> <output_file>" << endl;
        return 1;
    }

    encrypt(argv[1], argv[2]);

    return 0;
}

加密后的数据文件示例

以文本“Hello, world!”为例，加密后的数据文件内容如下：

0F 00 00 00 00 00 00 00 48 C4 4F 3B 4C E6 85 4F

其中，第 1 个字节表示该组字符的长度，即 15，第 2-5 个字节表示该组字符填充的字符数量，即 0。接下来的 15 个字节是字符的置换和代换操作的结果，最后一个字节是填充字符。