playfair密码 C语言实现

这个学期学校开了应用密码学的课，老师布置的一个作业就是挑选一种置换或者代换密码然后用C语言实现。

刚开始拿到组长分配的任务，觉得playfair很简单，完全可以一个小时搞定，可是真正动手去写，才发现这个算法的复杂。

不是需要多么高深的算法技巧，但是对于明文的整理，生成5x5矩阵的过程，加密的分析，需要用到二维数组，动态内存，等等。关键是网上对于playfair密码的介绍实在是很少啊。（如果大家有好的网站推荐一下，博主在此谢过了，嘿嘿）

当时我去了解这个原理完全是靠百度百科，后来一看，咦！与书上不一样。我去。。白写了大半天，百度百科中对明文的处理，加密的方式和书上差距比较大。

所以在这里我需要啰嗦一下加密的规则。

/**************************************************************************************************>
**	项目声明：本加密算法采用 playfair 加密方式。
**		传入的明(密)文允许出现非法字符(除字母之外的字符)，算法可以自动剔除，得到合法明(密)文
**		且算法不会改变原始明(密)文的值。
**
**	使用须知：
**		由于无法对解密密文得到的明文中的缺省值做判断，例如
**		无法判断JKASX中的X是来自于缺省值还是明文中本就有的字符，故明文加密得到的
**		密文再经解密可能会与明文出现差异，并且由于I和J被视为一个字符，故解密得到
**		的明文需要判断I和J,大体上不影响明文翻译。
**
**	加密规则：
**		1、同行不同列：依次取右一位。
**		2、同列不同行：依次取下一位。
**		3、不同行且不同列：依次取对应的角。
**
**	解密规则：
**		1、同行不同列：依次取左一位。
**		2、同列不同行：依次取上一位。
**		3、不同行且不同列：依次取对应的角。
**
*******************************************************************************************/

下面是头文件playfair.h的内容

#ifndef _PLAYFAIR_H_
#define _PLAYFAIR_H_

typedef unsigned int status;
typedef unsigned short ushort;

#define ERROR 1
#define SUCCESS 0
#define OVERFLOW -1

#define EXTRA_LENGTH 20
#define TEXT_LENGTH 100

char *encrypt(char *plaintext, char *key);
char *decrypt(char *code, char *key);
status changeDeaultValue(char ch);
void getKeyMatrix(char (*matrix)[5], char *srckey);
char *sortPlainText(char *text);
char getDefaultValue();
ushort get_XY_From5x5Matrix(char ch, char (*matrix)[5]);
int abs(int num);

#endif

一、playfair密码：

• Playfair密码是查尔斯▪惠斯通于1854年发明的一种加密方式，属于代换密码。

• Playfair加密得到的密文有一个特征，位数必然为偶数，任意同组（两个一组，后面会介绍）的字母都是不一样的。

• Playfair密码使用方便，并且可以很好地抵抗频度分析法的攻击。但是在1915年的一战被破译了。
  二、加密规则：

• 值得吐槽的是，我的教材上和网上的规则是不一样的，一度导致我写完算法之后测试，诶，这个怎么不对，，，，我去，又错了？！后来发现，我用网上的标准去给书上的明文加密，得到的密文和书上不一样。然后改为了书上的规则，发现又对不上网上的答案了。好吧，我当时肯定是写算法写晕了。

• 吐槽完毕，开始讲规则！

• 加密规则：

  0、两个一组进行加密。

  1、同行不同列：依次取右一位。

  2、同列不同行：依次取下一位。

  3、不同行且不同列：依次取对应的角。

• 解密规则：

  1、同行不同列：依次取左一位。

  2、同列不同行：依次取上一位。

  3、不同行且不同列：依次取对应的角。

• 举例：

  n 见下面矩阵，如果根据这个矩阵对HEYDDYLMOT进行加密，那么HE得到的密文是RY,，YD加密得到HC，DY加密得到CH，LM加密得到MN，OT加密得到PO。（声明一下，我这个规则可能不是标准的，但是我代码写好了，修改加密规则之后，我只要改几条语句就OK，当然，主要还是因为我现在还没找到传说中的标准_-，如果大家有资源，推荐一下，感激不尽！）

• 详细步骤：

  1.首先需要根据密钥生成5x5字母矩阵，这里我们规定矩阵中的字母都是大写的，而且因为5x5==25，所以有一个字母得被舍弃掉。我们把密钥依次加到矩阵里面，重复的字母忽略，密钥添加完毕之后，开始添加26字母中密钥之外的字母，例如我们的密钥是keyhere，那么得到的矩阵应该是：

K E Y H R
A B C D F
G I L M N
O P Q S T
U V W X Z

/*****************************************************************>
**	函数功能：
**		生成一个5x5大小，符合playfair规则的加密矩阵，并且返回。 
**
**	参数传入：
**		char martix[5][5]：一个5x5的矩阵(二维数组实现)
**		char    *key  ：密钥
**
**	函数返回：
**		无返回值。 
****************************************************************/
void getKeyMatrix(char (*matrix)[5], char *key)
{
	/* 生成5X5加密矩阵 */
	int k = 0;
	char temp[26];
	memset(temp, 0, 26);
	
	/* 将密钥加入到矩阵中 */
	while (*key != 0) {
		/* strchr的功能是判断一个字符串中是否有某个字符，
			如果有，返回下标，没有则返回NULL */
		if (strchr(temp, *key) == NULL) {
			if ((*key >='a' && *key <= 'z') || (*key >= 'A' && *key <= 'Z')) {
				temp[k++] = *key;
			}
		}
		/* 指针后移 */ 
		key++;
	}
	
	/* 将字符数组中的字母变为大写，由于是字符数组，所以不能使用strupr函数 */
	int i = 0;
	while (temp[i] != '\0') {
		temp[i] = temp[i] >= 'a' ? temp[i] - 'a' + 'A' : temp[i];
		i++;
	}
	
	/* 填充矩阵 */ 
	for (int i = 'A'; i <= 'Z'; i++) {
		if (i == 'J') {
			continue;
		}
		/* 仍然需要查重 */ 
		else {
			if (strchr(temp, i) == NULL) {
				temp[k++] = i;
			}
		}
	}
	/* 将temp中的数据转存到二维数组中 */
	memcpy(matrix, temp, 25);
}

检查是否正确的方法很简单，只需要看一下最后一位是不是’Z’就行。这里需要注意的是，矩阵中是没有’J’的，在playfair密码中，把’I’和’J’视为同一个字母，在我的算法里面直接就把所有明文或者密文或者密钥中的’J’变为’I’。

2.接下来需要做的是整理明文，需要做的有五步：

1  去掉非法字符（字母以外都是非法字符）。

2  将明文变为大写（便于后续加密）。

3  保证每两个一组的明文不会重复。

4  把明文中的’J’替换为’I’。

5  保证明文为偶数位。