凱撒密碼
1. 介紹
凱撒密碼作為一種最為古老的對稱加密體制，在古羅馬的時候都已經很流行，他的基本思想是：通過把字母移動一定的位數來實現加密和解密。明文中的所有字母都在字母表上向后（或向前）按照一個固定數目進行偏移后被替換成密文。例如，當偏移量是3 的時候，所有的字母A 將被替換成D，B 變成E，由此可見，位數就是凱撒密碼加密和解密的密鑰。
例如：字符串”ABC”的每個字符都右移3 位則變成”DEF”，解密的時候”DEF”的每個字符左移3 位即能還原，如下圖所示：
2. 準備知識
//字符轉換成ASCII 碼數值 char charA = 'a'; int intA = charA; //char 強轉為int 即得到對應的ASCII 碼值，'a'的值為97//ASCII 碼值轉成charint intA = 97;//97 對應的ASCII 碼'a'char charA = (char) intA; //int 值強轉為char 即得到對應的ASCII 字符，即'a'
3. 凱撒密碼的簡單代碼實現
/** * 加密 * @param input 數據源（需要加密的數據） * @param key 秘鑰，即偏移量 * @return 返回加密后的數據 */ public static String encrypt(String input, int key) { //得到字符串里的每一個字符 char[] array = input.toCharArray(); for (int i = 0; i < array.length; ++i) { //字符轉換成ASCII 碼值 int ascii = array[i]; //字符偏移，例如a->b ascii = ascii + key; //ASCII 碼值轉換為char char newChar = (char) ascii; //替換原有字符 array[i] = newChar; //以上4 行代碼可以簡寫為一行 //array[i] = (char) (array[i] + key); } //字符數組轉換成String return new String(array); } /** * 解密 * @param input 數據源（被加密后的數據） * @param key 秘鑰，即偏移量 * @return 返回解密后的數據 */ public static String decrypt(String input, int key) { //得到字符串里的每一個字符 char[] array = input.toCharArray(); for (int i = 0; i < array.length; ++i) { //字符轉換成ASCII 碼值 int ascii = array[i]; //恢復字符偏移，例如b->a ascii = ascii - key; //ASCII 碼值轉換為char char newChar = (char) ascii; //替換原有字符 array[i] = newChar; //以上4 行代碼可以簡寫為一行 //array[i] = (char) (array[i] - key); } //字符數組轉換成String return new String(array); }代碼輸出結果：
4. 破解凱撒密碼：頻率分析法
凱撒密碼加密強度太低，只需要用頻度分析法即可破解。
在任何一種書面語言中，不同的字母或字母組合出現的頻率各不相同。而且，對于以這種語言書寫的任意一段文本，都具有大致相同的特征字母分布。比如，在英語中，字母E 出現的頻率很高，而X 則出現得較少。
英語文本中典型的字母分布情況如下圖所示：
5. 破解流程
統計密文里出現次數最多的字符，例如出現次數最多的字符是是'h'。
計算字符'h'到'e'的偏移量，值為3，則表示原文偏移了3 個位置。
將密文所有字符恢復偏移3 個位置。
注意點：統計密文里出現次數最多的字符時，需多統計幾個備選，因為最多的可能是空格或者其他字符，例如下圖出現次數最多的字符'#'是空格加密后的字符，'h'才是'e'偏移后的值。 
解密時要多幾次嘗試，因為不一定出現次數最多的字符就是我們想要的目標字符，如下圖，第二次解密的結果才是正確的。
/** * 頻率分析法破解凱撒密碼 */public class FrequencyAnalysis { //英文里出現次數最多的字符 private static final char MAGIC_CHAR = 'e'; //破解生成的最大文件數 private static final int DE_MAX_FILE = 4; public static void main(String[] args) throws Exception { //測試1，統計字符個數 //printCharCount("article1_en.txt"); //加密文件 //int key = 3; //encryptFile("article1.txt", "article1_en.txt", key); //讀取加密后的文件 String artile = file2String("article1_en.txt"); //解密（會生成多個備選文件） decryptCaesarCode(artile, "article1_de.txt"); } public static void printCharCount(String path) throws IOException{ String data = file2String(path); List<Entry<Character, Integer>> mapList = getMaxCountChar(data); for (Entry<Character, Integer> entry : mapList) { //輸出前幾位的統計信息 System.out.println("字符'" + entry.getKey() + "'出現" + entry.getValue() + "次"); } } public static void encryptFile(String srcFile, String destFile, int key) throws IOException { String artile = file2String(srcFile); //加密文件 String encryptData = MyEncrypt.encrypt(artile, key); //保存加密后的文件 string2File(encryptData, destFile); } /** * 破解凱撒密碼 * @param input 數據源 * @return 返回解密后的數據 */ public static void decryptCaesarCode(String input, String destPath) { int deCount = 0;//當前解密生成的備選文件數 //獲取出現頻率最高的字符信息（出現次數越多越靠前） List<Entry<Character, Integer>> mapList = getMaxCountChar(input); for (Entry<Character, Integer> entry : mapList) { //限制解密文件備選數 if (deCount >= DE_MAX_FILE) { break; } //輸出前幾位的統計信息 System.out.println("字符'" + entry.getKey() + "'出現" + entry.getValue() + "次"); ++deCount; //出現次數最高的字符跟MAGIC_CHAR的偏移量即為秘鑰 int key = entry.getKey() - MAGIC_CHAR; System.out.println("猜測key = " + key + "， 解密生成第" + deCount + "個備選文件" + "/n"); String decrypt = MyEncrypt.decrypt(input, key); String fileName = "de_" + deCount + destPath; string2File(decrypt, fileName); } } //統計String里出現最多的字符 public static List<Entry<Character, Integer>> getMaxCountChar(String data) { Map<Character, Integer> map = new HashMap<Character, Integer>(); char[] array = data.toCharArray(); for (char c : array) { if(!map.containsKey(c)) { map.put(c, 1); }else{ Integer count = map.get(c); map.put(c, count + 1); } } //輸出統計信息 /*for (Entry<Character, Integer> entry : map.entrySet()) { System.out.println(entry.getKey() + "出現" + entry.getValue() + "次"); }*/ //獲取獲取最大值 int maxCount = 0; for (Entry<Character, Integer> entry : map.entrySet()) { //不統計空格 if (/*entry.getKey() != ' ' && */entry.getValue() > maxCount) { maxCount = entry.getValue(); } } //map轉換成list便于排序 List<Entry<Character, Integer>> mapList = new ArrayList<Map.Entry<Character,Integer>>(map.entrySet()); //根據字符出現次數排序 Collections.sort(mapList, new Comparator<Entry<Character, Integer>>(){ @Override public int compare(Entry<Character, Integer> o1, Entry<Character, Integer> o2) { return o2.getValue().compareTo(o1.getValue()); } }); return mapList; } public static String file2String(String path) throws IOException { FileReader reader = new FileReader(new File(path)); char[] buffer = new char[1024]; int len = -1; StringBuffer sb = new StringBuffer(); while ((len = reader.read(buffer)) != -1) { sb.append(buffer, 0, len); } return sb.toString(); } public static void string2File(String data, String path){ FileWriter writer = null; try { writer = new FileWriter(new File(path)); writer.write(data); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }finally { if (writer != null) { try { writer.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } } } }}
對稱加密
介紹
加密和解密都使用同一把秘鑰，這種加密方法稱為對稱加密，也稱為單密鑰加密。
簡單理解為：加密解密都是同一把鑰匙。
凱撒密碼就屬于對稱加密，他的字符偏移量即為秘鑰。
對稱加密常用算法
AES、DES、3DES、TDEA、Blowfish、RC2、RC4、RC5、IDEA、SKIPJACK 等。
DES：全稱為Data Encryption Standard，即數據加密標準，是一種使用密鑰加密的塊算法，1976 年被美國聯邦政府的國家標準局確定為聯邦資料處理標準（FIPS），隨后在國際上廣泛流傳開來。
3DES：也叫Triple DES，是三重數據加密算法（TDEA，Triple Data Encryption Algorithm）塊密碼的通稱。
它相當于是對每個數據塊應用三次DES 加密算法。由于計算機運算能力的增強，原版DES 密碼的密鑰長度變得容易被暴力破解；3DES 即是設計用來提供一種相對簡單的方法，即通過增加DES 的密鑰長度來避免類似的攻擊，而不是設計一種全新的塊密碼算法。
AES: 高級加密標準（英語：Advanced Encryption Standard，縮寫：AES），在密碼學中又稱Rijndael 加密法，是美國聯邦政府采用的一種區塊加密標準。這個標準用來替代原先的DES，已經被多方分析且廣為全世界所使用。經過五年的甄選流程，高級加密標準由美國國家標準與技術研究院（NIST）于2001 年11 月26 日發布于FIPS PUB 197，并在2002 年5 月26 日成為有效的標準。2006 年，高級加密標準已然成為對稱密鑰加密中最流行的算法之一。
DES 算法簡介
DES 加密原理（對比特位進行操作，交換位置，異或等等，無需詳細了解）
準備知識
Bit 是計算機最小的傳輸單位。以0 或1 來表示比特位的值
例如數字3 對應的二進制數據為：00000011
代碼示例
int i = 97; String bit = Integer.toBinaryString(i); //輸出：97 對應的二進制數據為： 1100001 System.out.println(i + "對應的二進制數據為： " + bit);
Byte 與Bit 區別
數據存儲是以“字節”（Byte）為單位，數據傳輸是以大多是以“位”（bit，又名“比特”）為單位，一個位就代表一個0 或1（即二進制），每8 個位（bit，簡寫為b）組成一個字節（Byte，簡寫為B），是最小一級的信息單位。
Byte 的取值范圍：
//byte 的取值范圍：-128 到127System.out.println(Byte.MIN_VALUE + "到" + Byte.MAX_VALUE);
即10000000 到01111111 之間，一個字節占8 個比特位
二進制轉十進制圖示：
任何字符串都可以轉換為字節數組
String data = "1234abcd";byte[] bytes = data.getBytes();//內容為：49 50 51 52 97 98 99 100
上面數據49 50 51 52 97 98 99 100 對應的二進制數據（即比特位為）：
00110001
00110010
00110011
00110100
01100001
01100010
01100011
01100100
將他們間距調大一點，可看做一個矩陣：
0 0 1 1 0 0 0 1
0 0 1 1 0 0 1 0
0 0 1 1 0 0 1 1
0 0 1 1 0 1 0 0
0 1 1 0 0 0 0 1
0 1 1 0 0 0 1 0
0 1 1 0 0 0 1 1
0 1 1 0 0 1 0 0
之后可對他們進行各種操作，例如交換位置、分割、異或運算等，常見的加密方式就是這樣操作比特位的。
以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持武林網。
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