凯撒密码加密解密的Java实现设计报告_java凯撒加密器加密解密

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《信息论与编码》

课程设计报告

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级

专业

题目凯撒密码加密解密的

Java

实现

姓名

学号

授课教师

2020 年 5 月 4 日

凯撒密码加密解密的 Java 实现

摘要：在密码学中，恺撒密码（英语：），或称恺撒加密、恺撒变换、

变换加密，是一种最简单且最广为人知的加密技术。它是一种替换加密的技术，明文

中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一个固定数目进行偏移后被替换成密

文。例如，当偏移量是的时候，所有的字母将被替换成，变成，以此类推。这

个加密方法是以罗马共和时期恺撒的名字命名的，当年恺撒曾用此方法与其将军们进

行联系。本课程设计是用语言实现的凯撒密码加密与解密程序。

关键字：编码，解密，矩阵，偏移量

一引言

密码学是一门古老而深奥的学科，从古代的加密军书到如今的手机解锁，密码研

究已有数千年的历史。密码学也经历了从古典密码学到现代密码学的演变，虽然密码

学的科技在不断地进步，古典密码的难度已经不足一提，但是古老的密码学思想奠定

了密码学发展的基础，至今仍然被广泛使用。

密码学是信息安全的一门科学，密码技术是信息安全的核心，现代密码学所涉及

的学科很广，包括信息论、概率论、数论、计算复杂性理论、近世代数、离散数学、

代数几何学和数字逻辑等。密码学主要包括两大分支，一是密码编码学，二是密码分

析学。密码学是对这两门分支学进行综合分析、系统研究的科学，是保护信息安全最

主要的手段之一。编码学与分析学是相互对立、相互依存，正是因为这种对立统一的

关系，才推动了密码学自身的发展，下面将对这两门学科分别进行介绍。

密码编码学

密码编码学是研究密码体制的设计的一门学问，主要内容是对信息进行编码密码，

以实现对信息的加密。密码编码技术的主要任务是寻求产生安全性高的有效密码算法

和协议，以满足对消息进行加密或认证的要求。

密码分析学

密码分析学是研究如何破解被加密信息的一门学问，即通过破译密码，来获取到

所加密的信息。经历了多个发展阶段。密码分析技术的主要任务是破译密码或伪造认

证信息，实现窃取机密信息或进行诈骗破坏活动。

密码学的基本思想是通过改变原有信息的顺序或者用不同的字母、数字、汉字等

字符去替换原有字符，使原始信息变成混乱无章的乱码，保证了即使被非法获得信息

后，也无法了解传送双方在信息中想表达的含义。由于传送双方在事先进行了约定，

接收方会根据某种规则，通过乱码来恢复出原始的信息含义。伴随着信息科技不断地

发展，现如今的密码学应用领域也不仅仅局限于信息的加密，也扩展到了对身份的识

别和电子的认证等方面，比如日常所使用的手机指纹识别、解锁图案等，都属于密码

学的范畴。

综上所述，密码学思想主要分为加密和解密两大部分，常用的方法有顺序法则和

替代法则。顺序法则就是打乱顺序实现加密的方法，而替代法是用不同的字符代替原

字符，直至今天，这两种思想依然被密码学所使用，只是在算法和密钥配合上加入了

数学方法，让加密解密过程变得更为完善。所以，古典密码对于现代密码学的贡献功

不可没，奠定了密码学的基础。

在进行通信的过程中，待加密的信息称为明文，已被加密的信息称为密文，仅有

收、发双方知道的信息称为密钥。在密钥控制下，由明文变到密文的过程叫加密，其

逆过程叫脱密或解密。在密码系统中，除合法用户外，还有非法的截收者，他们试图

通过各种办法窃取机密或窜改消息。简述加密解密原理即，对于给定的明文  和密钥

，加密变换  将明文变为密文 ，，在接收端，利用脱密密钥  完

成脱密操作，将密文  恢复成原来的明文 。一个安全的密码体制应该满足以

下几个条件：

 非法截收者很难从密文  中推断出明文 ；

 加密和脱密算法应该相当简便，而且适用于所有密钥空间；

 密码的保密强度只依赖于密钥；

 合法接收者能够检验和证实消息的完整性和真实性；

 消息的发送者无法否认其所发出的消息，同时也不能伪造别人的合法消息；

必要时可由仲裁机构进行公断。

按时间发展而言，加密方法主要分为传统加密方法与现代加密过程。

在传统加密算法中，最为著名的是凯撒密码。凯撒密码是应用最早的一套密码，

但是由于相对简单，比较容易破解，安全性不够强，但具有重要的历史意义。凯撒密

码通过每个英文字母向后移动若干个顺序的方法，让词汇无法具备正确的含义，替代

思想中的短语法则，把全部拼音或者字母抄写入表中，用一个短语写入最初的位置，

然后再输入其余字母，这种方法相对增大了破译难度，但掌握了思想后也不难破译，

关键在于找出短语。

现代加密过程基本上沿用传统的加密思想，但在技术上，开始利用不同的数学方

法提升了密码的安全性能。例如目前常见的 !"、三次迭代、#$ 技术等。!" 是

第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法，它易于理解和操作，也很流行，

!" 的安全性一直未能得到理论上的证明。它经历了各种攻击，至今未被完全攻破。

#$ 将任意长度的“字节串”变换成一个 %&' 的大整数，并且它是一个不可逆的字符

串变换算法。

此次软件的设计包括对凯撒密码的加密与解密。
二  设计平台和设计思想
2.1 设计平台
( 语言是一门面向对象编程语言，不仅吸收了 ))语言的各种优点，还摒弃
了 ))里难以理解的多继承、指针等概念，因此 ( 语言具有功能强大和简单易用
两个特征。( 语言作为静态面向对象编程语言的代表，极好地实现了面向对象理论，
允许程序员以优雅的思维方式进行复杂的编程 *+,,。
( 具有简单性、面向对象、分布式、健壮性、安全性、平台独立与可移植性、
多线程、动态性等特点 *+,,。( 可以编写桌面应用程序、-& 应用程序、分布式
系统和嵌入式系统应用程序等 *+,,。
.是一个开放源代码的、基于 ( 的可扩展开发平台。就其本身而言，它
只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境。幸运的是， .附
带了一个标准的插件集，包括 ( 开发工具（(./0'1'，(1）。
. 最初是由 2# 公司开发的替代商业软件 34.5/( 的下一代
2 开发环境，66 年  月贡献给开源社区，现在它由非营利软件供应商联盟
. 基金会（.7/408'/0）管理。66 年，.6 选择 9": 服
务平台规范为运行时架构。66; 年 < 月，稳定版  发布；66% 年 < 月发布代号为
:0=8 的 > 版；66? 年 < 月发布代号为 :../ 的 $ 版；66 年 < 月发
布代号为 @./ 的 < 版；6 年 < 月发布代号为 2085/ 的 ; 版；6 年 < 月
发布代号为 (40/ 的 > 版；6 年 < 月发布代号为 1. 的 > 版；6> 年 < 月
发布代号为 A40 的 >> 版；6$ 年 < 月项目发布代号为 # 的 >$ 版。
2.2 设计思想
实现凯撒密码的加密、解密算法，能够根据用户选择秘钥移位数和明文进行加解
密，用户密钥在整数范围内；对于恺撒加密实现图形界面，用户可以输入明文和密钥，
在文本框中显示对应密文；用户可以通过指定路径文件和密钥，加密结果存储在指定
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