本文介绍如何使用JavaScript实现Playfair和Hill两种古典密码算法。详细讲解了Playfair基于5x5密钥矩阵的替换规则及去重处理，以及Hill密码利用3x3矩阵进行线性变换加密的过程。代码包含密钥生成、明文整理及加解密逻辑，并分析了面向过程设计的不足与优化方向。
JavaScript实现Playfair与Hill古典密码算法详解
期末复习信息安全概论课程作业时，接触到Playfair和Hill这两种古典密码算法。使用JavaScript语言进行实现既有趣味性，又能借此机会巩固JS基础知识，边查阅资料边编码学习。
Playfair密码算法实现
Playfair算法部分
Playfair密码（英文：Playfair cipher 或 Playfair square）属于一种多表替换密码。它依赖一个由25个字母组成的5x5正方形密码表进行加密。针对英语26个字母，通常移除使用频率较低的Z，从而构成包含剩余25个字母的密码表。
实现思路如下：
第一步，编制密码表。
密码表依据用户提供的密钥（单词或词组）生成。若密钥中包含重复字母，需去除后续重复项，仅保留首次出现的字母。
例如，若密钥为“crazy dog”，可据此编制出相应的密码表结构。
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C
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O
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H
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M
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T
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R
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G
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I
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N
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U
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A
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B
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J
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P
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V
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Y
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E
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K
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Q
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W
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D
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F
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L
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S
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X
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具体代码如下：
/*
* 功能：编制密码表
*
* 参数：密钥（经过去除空格和大写处理）
*
* 返回：密码表
*/
function createKey(keychars){
//字母顺序数组
var allChars = ['A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y'];
//变量keychars获取字母在字母顺序表中位置，删除该字母
for(var i = 0 ;i<keychars.length;i++){
var index = allChars.indexOf(keychars[i]);
if (index > -1) {
allChars.splice(index, 1);
}
}
//将keychar中的字母插入到字母表中
for(var i = keychars.length-1;i>=0;i--){
allChars.unshift(keychars[i]);
}
//从第一列将keychars插入至密码表
for(var i = 0 ; i<5 ; i++){
for(var j = 0; j<5 ;j++){
key[j][i] = allChars[i*5+j];
}
}
} 在将密钥字符插入密码表时，需考虑去除重复字符及字母Z的情况，相关算法设计如下：
具体代码如下：
/*
* 功能：去除字符串中重复字母
*
* 参数：需要进行处理的字符串
*
* 返回：处理过的字符串
*/
function removeDuplicate(str){
var result = [],tempStr = "";
var arr = str.split('');//把字符串分割成数组
//arr.sort();//排序
for(var i = 0; i < arr.length; i++){
var repeatBack = true;//设计变量是为确保字符串前部分不存在相同字符，因为以下算法只能确保连在一起相同的字符
for(var j = 0;j<result.length ;j++){
if(arr[i] == result[j])
repeatBack = false;
}
if(arr[i] !== tempStr && repeatBack){
result.push(arr[i]);
tempStr = arr[i];
}else{
continue;
}
}
return result.join("");//将数组转换为字符串
}第二步，整理明文。
将明文每两个字母分为一组。若分组后出现两个相同字母相邻，或最后一个字母单独剩余，则插入字母X进行填充。初期编码时未充分考虑单数个数的情况，曾强制拒绝输入，导致用户体验不佳，后续已优化处理。
var k = document.getElementById("keychars").value.toUpperCase().replace(/\s/ig,''); 对明文去除空格并转换为大写格式。
第三步，编写密文。
明文加密规则（参考常见资料）： 1 ）若p1 p2在同一行，对应密文c1 c2分别是紧靠p1 p2 右端的字母。其中第一列被看做是最后一列的右方。如，按照前表，ct对应oc 2 ）若p1 p2在同一列，对应密文c1 c2分别是紧靠p1 p2 下方的字母。其中第一行被看做是最后一行的下方。 3 ）若p1 p2不在同一行，不在同一列，则c1 c2是由p1 p2确定的矩形的其他两角的字母（至于横向替换还是纵向替换要事先约好，或自行尝试）。如按照前表，wh对应tk或kt。 如，依照上表，明文where there is life,there is hope. 可先整理为wh er et he re is li fe th er ei sh op ex 然后密文为：kt yg wo ok gy nl hj of cm yg kg lm mb wf 将密文变成大写，然后几个字母一组排列。 如5个一组就是KTYGW OOKGY NLHJO FCMYG KGLMM BWF 4，解密 将密钥填写在一个5*5的矩阵中（去出重复字母和字母z），矩阵中其它未用到的字母按顺序填在矩阵剩余位置中，根据替换矩阵由密文得到明文。反其道而行。 实现效果如图：
Hill密码算法实现
Hill算法部分
希尔密码（Hill Password）是基于基本矩阵论原理的替换密码。它同样依据一个由25个字母组成的5x5正方形密码表进行编写，表中排列有25个字母。对于英语中的26个字母，去掉最常用的Z，构成密码表。
实现思路如下：
第一步，编写字母表 var chars = ['A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z']; 第二步，随机生成密匙
具体代码如下：
/*
* 功能：随机生成密钥
*
* 返回：密匙矩阵
*/
function randomCreateKey(){
//随机生成0到26的数字
for(var i = 0;i<3;i++){
for(var j = 0;j<3;j++){
key[i][j] = Math.round(Math.random()*100%26)
}
}
}第三步，关键性代码，根据自动生成的密匙，对明文进行处理：
具体代码如下：
/*
* 功能：hill算法
*
* 参数：长度是3的倍数的大写数组
*
* 返回：加密后的字符串
*/
function hill(p){
//大写字母密文
var res = "";
//制定总共需要对字符串经行遍历的次数
var round = Math.round(p.length/3);
//处理
for(var b = 0;b<round;b++){
//明文3
var temp3 ="";
var tempArr3 = [];
var sumArr3 = [];
for(var i = 0;i<3;i++){
temp3 += p.shift();
for(var j = 0;j<chars.length;j++){
if(temp3[i] == chars[j])
tempArr3[i] = j;
}
}
//计算
for(var i =0;i<3;i++){
for(var j = 0;j<3;j++){
sumArr3[i] = (tempArr3[j]*key[i][j])%26;
}
}
//获取字符在字母表中对应索引
for(var i =0;i<3;i++){
res += chars[sumArr3[i]];
}
}
return res;
}; 实现效果如图：
算法不足与总结
上述算法存在以下不足：
1，面向过程设计，耦合度高
2，过多嵌套循环，算法效率有待优化
3，对于可能出现的情况考虑不周到，例如没有对用户输入非字母字符时进行处理。
总结：
学习了一段时间的信息安全概论这门课，目前仅对信息安全了解皮毛。信息安全是一门很有趣的科目，平时遇到一些问题尽可能多思考，多动手，多运用。同时也要加强数学基础积累，巩固js基础，拓宽知识面。这条路任重道远。