java 问题(java置换密码法密钥例题)
java 问题(java置换密码法密钥例题)
StringBuffer[] key = new StringBuffer[17];
key没有初使化呀,当然报空啦.
for (int i = 0; i key.length; i++) {
key[i] = new StringBuffer();
}
举例：周期为e的换位将明文字母划分。
换位密码就是一种早期的加密方法，与明文的字母保持相同，区别是顺序被打乱了。
古典密码：
从远古到1949年香农发表《保密系统的通信理论》，这期间人类所使用的密码均称为古典密码，本文主要介绍三种古典密码，分别为置换密码，代换密码和轮换密码。
置换密码（又称为换位密码）：
是指明文中各字符的位置次序重新排列得到密文的一种密码体制。
特点:保持明=文中所有的字符不变，只是利用置换打乱明文字符的位置和次序。
置换定义：有限集X上的运算σ：X→X，σ是一个双射函数，那么称σ为一个置换。
即任意x∈X,存在唯一的x’∈X，使得σ(x)=x’。
解密的时候会用到逆置换σ’,即任意x’∈X,存在唯一的x∈X，使得σ’(x’)=x且满足σσ’=I。
对置换有了一个基本的认识之后我们来谈一下置换密码，置换密码有两种，一种为列置换密码，一种为周期置换密码。
列置换密码：
列置换密码，顾名思义，按列换位并且按列读出明文序列得到密文，具体加密步骤如下：
将明文p以固定分组长度m按行写出nxm阶矩阵（若不m倍数，空余部分空格补充）。
按（1,2,3…m）的置换σ交换列的位置,σ为密钥。
把新得到的矩阵按列的顺序依次读出得到密文c。
解密过程如下：
将密文c以固定的长度n按列写成nxm阶矩阵。
按逆矩阵σ’交换列的位置。
把矩阵按着行依次读出为明文。
周期置换：
周期变换密码是将明文P按固定长度m分组，然后对每组的字符串按置换σ重新排列位置从而得到密文。
周期排列与列排列思想是一致的，只不过列排列是以矩阵的形式整列换位置，而周期是在分组以后对每组分别变换。懂得列排列就可以很容易地理解周期排列。
代换密码（又称为替代密码）：
就是讲明文中的每个字符替代成密文中的另一个字符，替代后的各个字母保持原来的位置，在对密文进行逆替换就可以恢复出明文。
代换密码有分为单表代换密码和多表代换密码。
单表代换密码我们分别介绍凯撒密码和仿射密码。
凯撒密码：
凯撒密码依据凯撒密码代换表对26个英文字母进行替换。
Java有相关的实现类：具体原理如下
对于任意长度的明文，AES首先对其进行分组，每组的长度为128位。分组之后将分别对每个128位的明文分组进行加密。
对于每个128位长度的明文分组的加密过程如下：
（1）将128位AES明文分组放入状态矩阵中。
（2）AddRoundKey变换：对状态矩阵进行AddRoundKey变换，与膨胀后的密钥进行异或操作（密钥膨胀将在实验原理七中详细讨论）。
（3）10轮循环：AES对状态矩阵进行了10轮类似的子加密过程。前9轮子加密过程中，每一轮子加密过程包括4种不同的变换，而最后一轮只有3种变换，前9轮的子加密步骤如下：
● SubBytes变换：SubBytes变换是一个对状态矩阵非线性的变换；
● ShiftRows变换：ShiftRows变换对状态矩阵的行进行循环移位；
● MixColumns变换：MixColumns变换对状态矩阵的列进行变换；
● AddRoundKey变换：AddRoundKey变换对状态矩阵和膨胀后的密钥进行异或操作。
最后一轮的子加密步骤如下：
● SubBytes变换：SubBytes变换是一个对状态矩阵非线性的变换；
● ShiftRows变换：ShiftRows变换对状态矩阵的行进行循环移位；
● AddRoundKey变换：AddRoundKey变换对状态矩阵和膨胀后的密钥进行异或操作；
（4）经过10轮循环的状态矩阵中的内容就是加密后的密文。
AES的加密算法的伪代码如下。
在AES算法中，AddRoundKey变换需要使用膨胀后的密钥，原始的128位密钥经过膨胀会产生44个字（每个字为32位）的膨胀后的密钥，这44个字的膨胀后的密钥供11次AddRoundKey变换使用，一次AddRoundKey使用4个字（128位）的膨胀后的密钥。
三．AES的分组过程
对于任意长度的明文，AES首先对其进行分组，分组的方法与DES相同，即对长度不足的明文分组后面补充0即可，只是每一组的长度为128位。
AES的密钥长度有128比特，192比特和256比特三种标准，其他长度的密钥并没有列入到AES联邦标准中，在下面的介绍中，我们将以128位密钥为例。
四．状态矩阵
状态矩阵是一个4行、4列的字节矩阵，所谓字节矩阵就是指矩阵中的每个元素都是一个1字节长度的数据。我们将状态矩阵记为State，State中的元素记为Sij，表示状态矩阵中第i行第j列的元素。128比特的明文分组按字节分成16块，第一块记为“块0”，第二块记为“块1”，依此类推，最后一块记为“块15”，然后将这16块明文数据放入到状态矩阵中，将这16块明文数据放入到状态矩阵中的方法如图2-2-1所示。
块0
块4
块8
块12
块1
块5
块9
块13
块2
块6
块10
块14
块3
块7
块11
块15
图2-2-1 将明文块放入状态矩阵中
五．AddRoundKey变换
状态矩阵生成以后，首先要进行AddRoundKey变换，AddRoundKey变换将状态矩阵与膨胀后的密钥进行按位异或运算，如下所示。
其中，c表示列数，数组W为膨胀后的密钥，round为加密轮数，Nb为状态矩阵的列数。
它的过程如图2-2-2所示。
图2-2-2 AES算法AddRoundKey变换
六．10轮循环
经过AddRoundKey的状态矩阵要继续进行10轮类似的子加密过程。前9轮子加密过程中，每一轮要经过4种不同的变换，即SubBytes变换、ShiftRows变换、MixColumns变换和AddRoundKey变换，而最后一轮只有3种变换，即SubBytes变换、ShiftRows变换和AddRoundKey变换。AddRoundKey变换已经讨论过，下面分别讨论余下的三种变换。
1．SubBytes变换
SubBytes是一个独立作用于状态字节的非线性变换，它由以下两个步骤组成：
（1）在GF（28）域，求乘法的逆运算，即对于α∈GF（28）求β∈GF（28），使αβ =βα = 1mod（x8 + x4 + x3 + x + 1）。
（2）在GF（28）域做变换，变换使用矩阵乘法，如下所示：
由于所有的运算都在GF（28）域上进行，所以最后的结果都在GF（28）上。若g∈GF（28）是GF（28）的本原元素，则对于α∈GF（28），α≠0，则存在
β ∈ GF（28），使得：
β = gαmod（x8 + x4 + x3 + x + 1）
由于g255 = 1mod（x8 + x4 + x3 + x + 1）
所以g255-α = β-1mod（x8 + x4 + x3 + x + 1）
根据SubBytes变换算法，可以得出SubBytes的置换表，如表2-2-1所示，这个表也叫做AES的S盒。该表的使用方法如下：状态矩阵中每个元素都要经过该表替换，每个元素为8比特，前4比特决定了行号，后4比特决定了列号，例如求SubBytes(0C)查表的0行C列得FE。
表2-2-1 AES的SubBytes置换表
它的变换过程如图2-2-3所示。
图2-2-3 SubBytes变换
AES加密过程需要用到一些数学基础，其中包括GF(2)域上的多项式、GF（28）域上的多项式的计算和矩阵乘法运算等，有兴趣的同学请参考相关的数学书籍。
2．ShiftRows变换
ShiftRows变换比较简单，状态矩阵的第1行不发生改变，第2行循环左移1字节，第3行循环左移2字节，第4行循环左移3字节。ShiftRows变换的过程如图2-2-4所示。
图2-2-4 AES的ShiftRows变换
3．MixColumns变换
在MixColumns变换中，状态矩阵的列看作是域GF（28）的多项式，模(x4＋1)乘以c（x）的结果：
c(x)＝(03)x3＋(01)x2+(01)x+(02)
这里(03)为十六进制表示，依此类推。c(x)与x4＋1互质，故存在逆：
d(x)=(0B)x3＋(0D)x2＋(0G)x＋(0E)使c(x)•d(x) = (D1)mod(x4＋1)。
设有：
它的过程如图2-2-5所示。
图2-2-5 AES算法MixColumns变换
七．密钥膨胀
在AES算法中，AddRoundKey变换需要使用膨胀后的密钥，膨胀后的密钥记为子密钥，原始的128位密钥经过膨胀会产生44个字（每个字为32位）的子密钥，这44个字的子密钥供11次AddRoundKey变换使用，一次AddRoundKey使用4个字（128位）的膨胀后的密钥。
密钥膨胀算法是以字为基础的（一个字由4个字节组成，即32比特）。128比特的原始密钥经过膨胀后将产生44个字的子密钥，我们将这44个密钥保存在一个字数组中，记为W[44]。128比特的原始密钥分成16份，存放在一个字节的数组：Key[0]，Key[1]……Key[15]中。
在密钥膨胀算法中，Rcon是一个10个字的数组，在数组中保存着算法定义的常数，分别为：
Rcon[0] = 0x01000000
Rcon[1] = 0x02000000
Rcon[2] = 0x04000000
Rcon[3] = 0x08000000
Rcon[4] = 0x10000000
Rcon[5] = 0x20000000
Rcon[6] = 0x40000000
Rcon[7] = 0x80000000
Rcon[8] = 0x1b000000
Rcon[9] = 0x36000000
另外，在密钥膨胀中包括其他两个操作RotWord和SubWord，下面对这两个操作做说明：
RotWord( B0,B1,B2,B3 )对4个字节B0,B1,B2,B3进行循环移位，即
RotWord( B0,B1,B2,B3 ) = ( B1,B2,B3,B0 )
SubWord( B0,B1,B2,B3 )对4个字节B0,B1,B2,B3使用AES的S盒，即
SubWord( B0,B1,B2,B3 ) = ( B’0,B’1,B’2,B’3 )
其中，B’i = SubBytes（Bi），i = 0,1,2,3。
密钥膨胀的算法如下：
八．解密过程
AES的加密和解密过程并不相同，首先密文按128位分组，分组方法和加密时的分组方法相同，然后进行轮变换。
AES的解密过程可以看成是加密过程的逆过程，它也由10轮循环组成，每一轮循环包括四个变换分别为InvShiftRows变换、InvSubBytes变换、InvMixColumns变换和AddRoundKey变换；
这个过程可以描述为如下代码片段所示：
九．InvShiftRows变换
InvShiftRows变换是ShiftRows变换的逆过程，十分简单，指定InvShiftRows的变换如下。
Sr,(c+shift(r,Nb))modNb= Sr,c for 0 r 4 and 0 ≤ c Nb
图2-2-6演示了这个过程。
图2-2-6 AES算法InvShiftRows变换
十．InvSubBytes变换
InvSubBytes变换是SubBytes变换的逆变换，利用AES的S盒的逆作字节置换，表2-2-2为InvSubBytes变换的置换表。
表2-2-2 InvSubBytes置换表
十一．InvMixColumns变换
InvMixColumns变换与MixColumns变换类似，每列乘以d(x)
d(x) = (OB)x3 + (0D)x2 + (0G)x + (0E)
下列等式成立：
( (03)x3 + (01)x2 + (01)x + (02) )⊙d(x) = (01)
上面的内容可以描述为以下的矩阵乘法：
十二．AddRoundKey变换
AES解密过程的AddRoundKey变换与加密过程中的AddRoundKey变换一样，都是按位与子密钥做异或操作。解密过程的密钥膨胀算法也与加密的密钥膨胀算法相同。最后状态矩阵中的数据就是明文。
加密换位密码通过密钥只需要对明文进行加密，并且重新排列里面的字母位置即可。具体方法如下
1、基于二维数组移位的加密算法
给定一个二维数组的列数，即该二维数组每行可以保存的字符个数。再将明文字符串按行依次排列到该二维数组中。最后按列读出该二维数组中的字符，这样便可得到密文。
2、换位解密算法（基于二维数组移位的解密算法）
先给定一个二维数组的列数，即该二维数组每行可以保存的字符个数，并且这个数应该和加密算法中的一致。接下来将密文字符串按列一次性排列到该二维数组中。最后按行读出该二维数组中的字符即可。
3、换位加密算法
首先按照密钥排列顺序：0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ将想要加密的明文加密，然后列出表格，找出对应的字母，就是密钥。然后对他们进行换位加密，就是将表格的第二行依据密钥排列顺序进行排序以便得到加密后的密文。
扩展资料
数据加密技术的分类
1、专用密钥
又称为对称密钥或单密钥，加密和解密时使用同一个密钥，即同一个算法。单密钥是最简单方式，通信双方必须交换彼此密钥，当需给对方发信息时，用自己的加密密钥进行加密，而在接收方收到数据后，用对方所给的密钥进行解密。当一个文本要加密传送时，该文本用密钥加密构成密文，密文在信道上传送，收到密文后用同一个密钥将密文解出来，形成普通文体供阅读。
2、对称密钥
对称密钥是最古老的，一般说“密电码”采用的就是对称密钥。由于对称密钥运算量小、速度快、安全强度高，因而如今仍广泛被采用。它将数据分成长度为64位的数据块，其中8位用作奇偶校验，剩余的56位作为密码的长度。首先将原文进行置换，得到64位的杂乱无章的数据组，然后将其分成均等两段；第三步用加密函数进行变换，并在给定的密钥参数条件下，进行多次迭代而得到加密密文。
3、公开密钥
又称非对称密钥，加密和解密时使用不同的密钥，即不同的算法，虽然两者之间存在一定的关系，但不可能轻易地从一个推导出另一个。非对称密钥由于两个密钥（加密密钥和解密密钥）各不相同，因而可以将一个密钥公开，而将另一个密钥保密，同样可以起到加密的作用。公开密钥的加密机制虽提供了良好的保密性，但难以鉴别发送者，即任何得到公开密钥的人都可以生成和发送报文。
4、非对称加密技术
数字签名一般采用非对称加密技术（如RSA），通过对整个明文进行某种变换，得到一个值，作为核实签名。接收者使用发送者的公开密钥对签名进行解密运算，如其结果为明文，则签名有效，证明对方的身份是真实的。数字签名不同于手写签字，数字签名随文本的变化而变化，手写签字反映某个人个性特征，是不变的；数字签名与文本信息是不可分割的，而手写签字是附加在文本之后的，与文本信息是分离的。
参考资料来源:百度百科-换位密码
随着互联网的不断发展，为了保护我们的信息在网络上的安全性，通常都会基于安全算法和密钥来实现的。
今天，IT培训就通过案例分析来了解一下关于安全密钥的算法问题。
DES算法简介DES(DataEncryptionStandard)是目前为流行的加密算法之一。
DES是对称的，也就是说它使用同一个密钥来加密和解密数据。
DES还是一种分组加密算法，该算法每次处理固定长度的数据段，称之为分组。
DES分组的大小是64位，如果加密的数据长度不是64位的倍数，可以按照某种具体的规则来填充位。
从本质上来说，DES的安全性依赖于虚假表象，从密码学的术语来讲就是依赖于“混乱和扩散”的原则。
混乱的目的是为隐藏任何明文同密文、或者密钥之间的关系，而扩散的目的是使明文中的有效位和密钥一起组成尽可能多的密文。
两者结合到一起就使得安全性变得相对较高。
DES算法具体通过对明文进行一系列的排列和替换操作来将其加密。
过程的关键就是从给定的初始密钥中得到16个子密钥的函数。
要加密一组明文，每个子密钥按照顺序(1-16)以一系列的位操作施加于数据上，每个子密钥一次，一共重复16次。
每一次迭代称之为一轮。
要对密文进行解密可以采用同样的步骤，只是子密钥是按照逆向的顺序(16-1)对密文进行处理。
计算16个子密钥上面提到DES算法的一步就是从初始密钥中计算得出16个子密钥。
DES使用一个56位的初始密钥，但是这里提供的是一个64位的值，这是因为在硬件实现中每8位可以用于奇偶校验，在软件实现中多出的位只是简单的忽略掉。
要获得一个56位的密钥，可以执照表1的方式执行密钥转换。
DES算法的实现考虑到DES算法中涉及的位操作很多，因此DES算法通常都是在硬件中实现。
DES算法中的图表和术语(通过线、框画的流程图，以及诸如S盒、P盒这样的术语)使其更倾向于在硬件中实现，当然，软件实现也有它的价值所在。
在软件开发中，通过几种基本的指令操作来帮助实现DES中的各种置换、转换以及替换操作都是很有效的。
