摘 要：给出了一种Playfair密码体制的改进方案，将原来对双字母加密，扩展到三字母组合后加密，并给出了在此种状态下的加密方法。通过C语言完成了加密算法的实现，最后用了部分实验数据加以论证。
　　关键词：PLAYFAIR；加密；算法
　　中图分类号:TP301.6 文献标识码:A
　　
　　An improved algorithm based on the Playfair encryption
　　SHANG Yan-hong，ZHANG Jing
　　(Tangshan Teacher College, Hebei Tangshan 063000）
　　Key words: Playfair；encryption；Algorithm
　　
　　随着网络的普及，信息安全日益受到关注。而密码这门古老的技术不可避免的提上日程。虽然用近代密码学的观点来看，在一战期间，被美军和英军广泛使用的Playfair加密体制很不安全，但是诸如Playfair古典密码的设计原理在编制近代密码时仍有许多借鉴之处。本文在研究了Playfair体制的加密过程后，讨论了一种改进算法。
　　
　　1 playfair密码算法
　　
　　该算法将明文中的双字母作为一个单元对待，并将这些单元转换为密文字母组合。替换时基于一个5*5的字母矩阵。字母矩阵的构造方法如下：采用一个关键词（密钥）依次从左到右、从上到下填入矩阵，去除重复字母，然后再将字母表中剩下字母按顺序填入，字母I,J占同一个位置。约定：表中第一列看作是最后一列的右边一列，表中的第一行看作是最后一行的下一行。对一对明文P、Q加密时，按其在矩阵中出现的位置不同分别处理如下：
　　（1）若P、Q在同一行上，则对应密文分别是仅靠P、Q右端的字母。（2）若P、Q在同一列上，则对应密文分别是仅靠P、Q下方的字母。（3）若P、Q不在同一行，也不在同一列上，则对应密文为以P、Q为对角顶点所确定的矩形的另两个顶点，按同行的原则对应。（4）若P=Q，则插入事先约好的字母再作处理。（5）字母数为奇数，补充事先约好的字母后再处理。
　　解密是加密的逆过程。
　　
　　2 改进算法思想
　　
　　playfair密码考虑的是双字母组合，由此，我们考虑将明文中的三字母作为一个单元对待，替换时考虑3*3*3的字母立方体。字母立方体构造方法如下：采用一个关键词（密钥）依次从上到下从左到右从前到后填入立方体的顶点、棱线中点及面中心，去除重复字母，然后再将字母表中剩下的字母按顺序填入。
　　对于明文三字母组合，加密时根据它们在3*3*3字母立方体中的位置分别处理如下：
　　（1）当三字母组合共面时（这里的面约定为立方体的六个面），取字母所在面的对称面上的对应点字母作为密文；（2）当三字母组合其中两个共面时，取两字母所在面的对称面上的对应点字母作为共面字母的密文，另一字母的密文为立方体中心对称点的字母；（3）当三字母组合可看成共两个不同面时，先出现的面优先，同时出现时按左先于右，上先于下，前先于后的顺序确认；（4）当三字母组合均不共面时，取立方体中心对称点的字母为密文；（5）若明文字母个数不为三的倍数时，则在明文的末尾增加某个事先约定的字母补充至三的倍数。
　　
　　3 实验数据
　　
　　我们选取了如下数据作处理，待加密的明文为this system is secure.
　　密钥为my cipher。
　　由以上算法，加密后的密文为vthz zrciso te zsapxw.
　　加密算法主要实现代码如下：
　　void search(int i,char d[26],char c[3][3][3])
　　//找到文对应3维矩阵的位置（下标）
　　{int j = 0;
　　int i1, i2, i3;
　　int x[3], y[3], z[3];
　　while( j < i )
　　{for(i1=0; i1<3; i1++)
　　for(i2=0; i2<3; i2++)
　　for(i3=0; i3<3; i3++)
　　if( d[j] == c[i1][i2][i3] )
　　{ x[0] = i1;
　　x[1] = i2;
　　x[2] = i3; }
　　for(i1=0; i1<3; i1++)
　　for(i2=0; i2<3; i2++)
　　for(i3=0; i3<3; i3++)
　　if( d[j+1] == c[i1][i2][i3] )
　　{y[0] = i1;
　　y[1] = i2;
　　y[2] = i3; }
　　for(i1=0; i1<3; i1++)
　　for(i2=0; i2<3; i2++)
　　for(i3=0; i3<3; i3++)
　　if( d[j+2] == c[i1][i2][i3] )
　　{z[0] = i1;
　　z[1] = i2;
　　z[2] = i3; }
　　judge(x, y, z); //判断共面情况
　　display(x, y, z, c); //输出（3个字符为一组）
　　j = j + 3; }}
　　
　　4 结束语
　　
　　本文讨论了一种Playfair密码体制的改进算法，将明文字母对改成三字母组合为单元加密，并给出了具体加密方法，实验数据表明，该算法效果较好。下一步，我们将对改进算法的作具体分析，以及讨论能否实现对中文的加密。
　　
　　参考文献：
　　[1]张福泰等.密码学教程[M].武汉：武汉大学出版社，2006.
　　[2]杨波.现代密码学[M].北京：清华大学出版社，2003.
　　[3]陈鲁生等.现代密码学[M].北京：科学出版社，2002.