Java 中的凯撒密码程序

2025年1月9日 | 阅读 4 分钟

凯撒密码是一种单字母替换密码。它是最简单且最常用的加密技术之一。在此技术中，给定文本的每个字母都替换为字母表中固定位置数后的字母。

例如，移位 1，X 将被替换为 Y，Y 将变成 Z，依此类推。尤利乌斯·凯撒是第一个使用它与官员沟通的人。基于他的名字，这项技术被命名为凯撒密码技术。

加密给定文本需要一个整数值。这个整数值称为移位，它表示文本中每个字母向下移动的位置数。

我们可以用数学方式表示一个移位为 n 的字母加密如下：

加密阶段，移位 n = E_n (x) = (x+n)mod 26

解密阶段，移位 n = D_n (x) = (x-n)mod 26

示例

文本 : ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ

移位 : 23

密文 : XYZABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVW

文本 : ATTACKATONCE

移位 : 4

密文 : EXXEGOEXSRGI

我们使用以下步骤来实现凯撒密码技术的程序：

从用户那里获取一个输入字符串，使用凯撒密码技术对其进行加密。
从用户那里获取一个输入整数用于移位字符。输入整数应在 0-25 之间。
一次遍历输入字符串中的一个字符。
根据加密和解密，我们按照规则转换每个字符。
返回新生成的字符串。

让我们使用上述步骤来实现凯撒密码技术的代码。

CaesarCipherExample.java

// import required classes and package, if any  
import java.util.Scanner; 
 
// create class CaesarCipherExample for encryption and decryption  
public class CaesarCipherExample 
{ 
    // ALPHABET string denotes alphabet from a-z 
    public static final String ALPHABET = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"; 
    
    // create encryptData() method for encrypting user input string with given shift key 
    public static String encryptData(String inputStr, int shiftKey) 
    { 
        // convert inputStr into lower case 
        inputStr = inputStr.toLowerCase(); 
        
        // encryptStr to store encrypted data 
        String encryptStr = ""; 
        
        // use for loop for traversing each character of the input string 
        for (int i = 0; i < inputStr.length(); i++) 
        { 
            // get position of each character of inputStr in ALPHABET 
            int pos = ALPHABET.indexOf(inputStr.charAt(i)); 
            
            // get encrypted char for each char of inputStr 
            int encryptPos = (shiftKey + pos) % 26; 
            char encryptChar = ALPHABET.charAt(encryptPos); 
            
            // add encrypted char to encrypted string 
            encryptStr += encryptChar; 
        } 
        
        // return encrypted string 
        return encryptStr; 
    } 
    
    // create decryptData() method for decrypting user input string with given shift key 
    public static String decryptData(String inputStr, int shiftKey) 
    { 
        // convert inputStr into lower case 
        inputStr = inputStr.toLowerCase(); 
        
        // decryptStr to store decrypted data 
        String decryptStr = ""; 
        
        // use for loop for traversing each character of the input string 
        for (int i = 0; i < inputStr.length(); i++) 
        { 
            
            // get position of each character of inputStr in ALPHABET 
            int pos = ALPHABET.indexOf(inputStr.charAt(i)); 
            
            // get decrypted char for each char of inputStr 
            int decryptPos = (pos - shiftKey) % 26; 
            
            // if decryptPos is negative 
            if (decryptPos < 0){ 
                decryptPos = ALPHABET.length() + decryptPos; 
            } 
            char decryptChar = ALPHABET.charAt(decryptPos); 
            
            // add decrypted char to decrypted string 
            decryptStr += decryptChar; 
        } 
        // return decrypted string 
        return decryptStr; 
    } 
    
    // main() method start 
    public static void main(String[] args) 
    { 
        // create an instance of Scanner class 
        Scanner sc = new Scanner(System.in); 
        
        // take input from the user 
        System.out.println("Enter a string for encryption using Caesar Cipher: "); 
        String inputStr = sc.nextLine(); 
        
        System.out.println("Enter the value by which each character in the plaintext message gets shifted: "); 
        int shiftKey = Integer.valueOf(sc.nextLine()); 
        
        System.out.println("Encrypted Data ===> "+encryptData(inputStr, shiftKey)); 
        System.out.println("Decrypted Data ===> "+decryptData(encryptData(inputStr, shiftKey), shiftKey)); 
        
        // close Scanner class object 
        sc.close(); 
    } 
} 

输出

解释

这个 Java 程序实现了凯撒密码的加密和解密方法。在 CaesarCipherExample 类中定义了分别执行加密和解密的 encryptData() 和 decryptData() 方法。

encryptData() 方法将每个字符按定义的密钥移动，并将输入字符串转换为小写，而 decryptData() 函数则逆转此过程。主方法在从用户请求要加密的字符串和移位密钥后，会打印出加密和解密后的字符串。总而言之，该应用程序清晰地演示了如何在 Java 中实现凯撒密码算法。

结论

总而言之，凯撒密码是一种简单的加密方法，以尤利乌斯·凯撒的名字命名。它涉及将每个明文字母在字母表中向上或向下移动一定数量的位置。此 Java 程序 CaesarCipherExample.java 清晰地演示了凯撒密码的加密和解密过程。该应用程序通过用户输入、文本操作和模运算来说明了密码操作的基本原理。

尽管凯撒密码很简单，但它是密码学中的一个基本概念。它为更复杂的加密方法奠定了基础。尽管它容易受到频率分析和暴力攻击的影响，但该密码的历史意义和教育价值使其成为学习加密和安全的学生们的有用教学工具。

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