四種古典密碼的C++實現(3)-----Playfair密碼

-CQ-發表於2017-10-25
//Playfair密碼
/*理解演算法最重要,最好自己動手實現試試看,可以使用MFC寫一個簡單的互動介面*/
#include<iostream>
#include<cstring>

using namespace std;
void encrypt()
{
    const int N=100;
    char letters[26]="ABCDEFGHIKLMNOPQRSTUVWXYZ";//用於填充矩陣
    int flag[25]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};//字母是否已在矩陣中,與letters陣列對應
    char ch[5][5];//5X5矩陣
    char ch1[N];//金鑰
    char ch2[N];//明文
    char ch4;//無關字元
    int len='a'-'A';
    cout<<"輸入金鑰:";
    cin>>ch1;
    int flg=1;
    while(flg==1)
    {
        for(int i=0;i<strlen(ch1);i++)//把所輸入的金鑰轉化為大寫字母
        {
            if(ch1[i]>'z'||ch1[i]<'a')
            {
                cout<<"請重新選擇操作:"<<endl; 
                flg=0;break;
            }
            else
                ch1[i]=ch1[i]-len;
        }
        if(flg==1)
        {    for(int i=0;i<strlen(ch1);i++)//把金鑰中的J都變為I
        {
            if(ch1[i]=='J')ch1[i]='I';
        }
        int i=0;int j=0; 
//把金鑰中的字母填入到矩陣中,並把該字母標記為已用
        for(int k=0;k<strlen(ch1);k++) 
        {
            for(int t=0;t<25;t++)
            {
                if(ch1[k]==letters[t]&&flag[t]==0)
                {
                    ch[i][j]=letters[t];
                    flag[t]=1;
                    if(j<4)j++;
                    else {i++;j=0;}
                }
            }
        }
        for( int k=0;k<25;k++)//按字母表順序把未用字母依次填入到矩陣中
        {
            if(flag[k]==0)
            {
                ch[i][j]=letters[k];
                flag[k]=1;
                if(j<4)j++;
                else{i++;j=0;}
            }
        }
        cout<<"金鑰填充後的矩陣為: "<<endl;
        for(i=0;i<5;i++)
          for(j=0;j<5;j++)
            {
                cout<<ch[i][j];
                cout<<" ";
                if(j==4) 
                    cout<<endl;
            }
            cout<<endl;
            cout<<"請輸入明文(請輸入英文字元):";
            cin>>ch2;
            cout<<"輸入一個無關字元:";
            cin>>ch4;
            if(ch4>='a')
                ch4=ch4-len;
            for(int k=0;k<strlen(ch2);k++)//把所輸入的明文轉化為大寫字母
            {
                if(ch2[k]>='a')
                    ch2[k]=ch2[k]-len;
            }
            for(int k=0;k<strlen(ch2);k++)//把明文中的J都變為I
            {
                if(ch2[k]=='J')
                    ch2[k]='I';
            }
//為明文新增必要的無關字元以防止同一組的兩個字元相同
            for( int k=0;k<strlen(ch2);k+=2) 
            {
                if(ch2[k]==ch2[k+1])
                {
                    for(int t=strlen(ch2);t>k;t--)
                        ch2[t+1]=ch2[t];
                    ch2[k+1]=ch4;
                }
            }
//若明文有奇數個字元,則新增一個無關字元以湊夠偶數個
            if(strlen(ch2)%2!=0) 
            {
                ch2[strlen(ch2)+1]=ch2[strlen(ch2)];//字串結尾賦'\0'
                ch2[strlen(ch2)]=ch4;//明文串尾插入無關字元
            }
            cout<<"經過處理後的明文為:";
            for(int k=0;k<strlen(ch2);k+=2)
                cout<<ch2[k]<<ch2[k+1]<<" ";
            cout<<endl;
            cout<<"其最終長度為:"<<strlen(ch2)<<endl;
            //////////////////明文輸入並整理完畢///////////////////////////////
            for(int k=0;k<strlen(ch2);k+=2)
            {
                int m1,m2,n1,n2;
                for(m1=0;m1<=4;m1++)
                {for(n1=0;n1<=4;n1++)
                {
                    if(ch2[k]==ch[m1][n1])break;
                }
                if(ch2[k]==ch[m1][n1])break;
                }
                for(m2=0;m2<=4;m2++)
                {
                    for(n2=0;n2<=4;n2++)
                    {
                        if(ch2[k+1]==ch[m2][n2])break;
                    }
                    if(ch2[k+1]==ch[m2][n2])break;
                }
                m1=m1%5;
                m2=m2%5;
                if(n1>4){n1=n1%5;m1=m1+1;}
                if(n2>4){n2=n2%5;m2=m2+1;}
                if(m1==m2)
                {
                    ch2[k]=ch[m1][(n1+1)%5];
                    ch2[k+1]=ch[m2][(n2+1)%5];
                }
                else 
                {
                    if(n1==n2)
                    {
                        ch2[k]=ch[(m1+1)%5][n1];
                        ch2[k+1]=ch[(m2+1)%5][n2];
                    }
                    else
                    {ch2[k]=ch[m1][n2];
                    ch2[k+1]=ch[m2][n1];
                    }
                }
            }
            cout<<"加密後所得到的密文是:";
            for(int k=0;k<strlen(ch2);k+=2)
                cout<<ch2[k]<<ch2[k+1]<<" ";
            cout<<endl;
        }else break;
        }
        
}

//解密演算法
void decrypt()
{
    const int N=100;
    char letters[26]="ABCDEFGHIKLMNOPQRSTUVWXYZ";//用於填充矩陣
    int flag[25]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0};
    //標記字母是否已在矩陣中,與letters陣列對應
    char ch[5][5];//5X5矩陣
    char ch1[N];//金鑰
    char ch2[N];//密文
    int len='a'-'A';
    int flg=1;
    cout<<"輸入金鑰:";
    cin>>ch1;
    while(flg==1)
    {
        for(int i=0;i<strlen(ch1);i++)//把所輸入的金鑰轉化為大寫字母
        {if(ch1[i]>'z'||ch1[i]<'a')
        {
            cout<<"請重新選擇操作:"<<endl; 
            flg=0;break;
        }
        else
            ch1[i]=ch1[i]-len;
        }
        if(flg==1)
        {    for(int i=0;i<strlen(ch1);i++)//把金鑰中的J都變為I        
{
            if(ch1[i]=='J')ch1[i]='I';
        }
        int i=0;int j=0;
        //把金鑰中的字母填入到矩陣中,並把該字母標記為已用
for(int k=0;k<strlen(ch1);k++) 
        {
            for( int t=0;t<25;t++)
            {
                if(ch1[k]==letters[t]&&flag[t]==0)
                {
                    ch[i][j]=letters[t];
                    flag[t]=1;
                    if(j<4)j++;
                    else {i++;j=0;}
                }
            }
        }
        for( int k=0;k<25;k++)//按字母表順序把未用字母依次填入到矩陣中
        {
            if(flag[k]==0)
            {
                ch[i][j]=letters[k];
                flag[k]=1;
                if(j<4)j++;
                else{i++;j=0;}
            }
        }
        cout<<"金鑰填充後的矩陣為: "<<endl;
        for(i=0;i<5;i++)
            
            for(j=0;j<5;j++)
            {
                cout<<ch[i][j];
                cout<<" ";
                if(j==4) 
                    cout<<endl;
            }
            cout<<endl;
            /////////////////////矩陣生成完畢////////////////////////////
            int f=0;
            do{
                cout<<"請輸入密文(英文字元):";
                cin>>ch2;
                for(int k=0;k<strlen(ch2);k++)//把所輸入的密文轉化為大寫字母
                {
                    if(ch2[k]>='a')
                        ch2[k]=ch2[k]-len;
                }
                for( int k=0;k<strlen(ch2);k++)//把密文中的J都變為I
                {
                    if(ch2[k]=='J')ch2[k]='I';
                }
                for( int k=0;k<strlen(ch2);k+=2)
                {
                    if(ch2[k]==ch2[k+1])
                    {
                        cout<<"同一分組中不能出現相同字元!請重新輸入。"<<endl;
                        f=1;
                        break;
                    }else f=2;
                }
                if(f==1)continue;
                if(strlen(ch2)%2!=0)
                {
                    cout<<"字串不能為奇數個!請重新輸入。"<<endl;
                    f=1;
                }
                else f=2;
            }while(f==1);
            //解密開始
            for( int k=0;k<strlen(ch2);k+=2)
            {
                int m1,m2,n1,n2;
                for(m1=0;m1<=4;m1++)
                {
                    for(n1=0;n1<=4;n1++)
                    {
                        if(ch2[k]==ch[m1][n1])break;
                    }
                    if(ch2[k]==ch[m1][n1])break;
                }
                for(m2=0;m2<=4;m2++)
                {
                    for(n2=0;n2<=4;n2++)
                    {
                        if(ch2[k+1]==ch[m2][n2])break;
                    }
                    if(ch2[k+1]==ch[m2][n2])break;
                }
                m1=m1%5;
                m2=m2%5;
                if(n1>4){n1=n1%5;m1=m1+1;}
                if(n2>4){n2=n2%5;m2=m2+1;}
                if(m1==m2)
                {ch2[k]=ch[m1][(n1+4)%5];
                ch2[k+1]=ch[m2][(n2+4)%5];
                }
                else 
                {
                    if(n1==n2)
                    {
                        ch2[k]=ch[(m1+4)%5][n1];
                        ch2[k+1]=ch[(m2+4)%5][n2];
                    }
                    else
                    {
                        ch2[k]=ch[m1][n2];
                        ch2[k+1]=ch[m2][n1];
                    }
                }
            }
            cout<<"解密後所得到的明文是:";
            for(int k=0;k<strlen(ch2);k+=2)
                cout<<ch2[k]<<ch2[k+1]<<" ";
            cout<<endl;
      }
      else break;
        }
        
}

int main()
{  

    int n;
    cout<<"請選擇1加密2解密:"<<endl;
    while(true)
    {
        cin>>n;
        switch(n)
        {
        case 1:
            encrypt();
            break;
        case 2:
            decrypt();
            break;
            default:
                break;    
        }
    }
    return 0;    
}

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