Wie 4 Bit speichern?

[PHANTOMIAS]

Hallo an alle!

Ich habe eine grundlegende Frage und ich bin mir nicht sicher was der beste Weg dafür wäre:

Ich brauche eine Eingabemöglichkeit von 16 bit, bpsw.
1100001010101110

Und dies möchte ich gerne speichern und in 4 Blöcke aufteilen, da ich bspw. drehen muss. Also habe ich in diesem Fall:
a1 = 1100
a2 = 0010
a3 = 1010
a4 = 1110

Da muss ich z.B. a3 und a4 drehen zu
b1 = 1100
b2 = 0010
b3 = 1110
b4 = 1010

und dann muss auch getauscht werden, wobei folgende Zuweisung (die ist vorgegeben) herrscht:

x = 0001 => y = 1100
x = 0010 => y = 0101
...
x = 1010 => y = 1111
...
x = 1110 => y = 0010

Also habe ich dann:
c1 = 1100
c2 = 0010
c3 = 0010
c4 = 1111

In welchem Format kann ich am Besten speichern um das am Besten umsetzen zu können? Wenn es 8 Bit wären, würde ich ja ein 2*2 Byte Array nehmen. Aber so? Was wäre geeignet?

Hintergrund ist die grundlegende Umsetzung eines symmetrischer Blockcodierung (Kryptografie).

Gruß PHANTOMIAS

 

[sol1x]

EDIT: vermute die lsg von Wildcard ist besser

 

[Wildcard]

Wenn du nicht alles selbst auf einem int machen willst, dann nimm BitSet.

 

[PHANTOMIAS]

Oh, das sieht ja gut aus mit dem BitSet. Vielen Dank, das kannte ich bisher gar nicht.

Kann ich über die Konsole gleich in ein BitSet einlesen?

Und ist es geschickter dann 4 BitSets mit je 4 Bit zu nehmen oder eins mit 16 Bit?

Gruß PHANTOMIAS

 

[Wildcard]

Kann ich über die Konsole gleich in ein BitSet einlesen?

Das ist trivial. String einlesen, mit einer Schleife über das char[] iterieren und die Bits entsprechend setzen.

Und ist es geschickter dann 4 BitSets mit je 4 Bit zu nehmen oder eins mit 16 Bit?

Ich kann dir nicht sagen was besser zu deiner Applikation passt. Nimmt sich IMO nicht so viel...
Falls das bestimmte feste Transformationsregeln sind die du häufiger aufrufst bietet sich eine eigene Klasse an die intern ein BitSet verwendet, oder auch von BitSet erbt.
Dann kannst du direkt passende Methoden auf dem Objekt bereitstellen.

 

[Marco13]

Je nachdem, ob da Effizienz eine Rolle spielt... Wenn man z.B. das 4.-8. bit aus einen BitSet holen will, und/oder damit diese vorgegebene "Zuweisung" berechnen und durchführen will, kann das auch ziemlich ... hakelig (und im Vergleich zu einem int, wo man das mit einem OR und einen Shift machen kann, auch ineffizient) werden. Ggf. könntest du auch in Erwägung ziehen, das auf ints zu machen, und für "haufig" verwendete Zugriffsmuster kleine utility-Methoden zu basteln, sowas wie

int get(int n, int minBit)
{
    return (n >> minBit) & 0xF;
}
int set(int n, int b, int minBit)
{
    return n | (b << minBit);
}
...
// Angedeutete "Zuweisung" für das 4.-8. bit von 'input'...
int result = set(input, patterns[get(input, 4)], 4);

Aber das musst du dir überlegen.

 

[PHANTOMIAS]

Oder ist es vllt. sinnvoll das mit BigInteger zu lösen?

 

[Wildcard]

Richtig, int ist wie gesagt auch eine Möglichkeit. Besonders wenn du shiften musst bietet sich das an. Beim Speicher nimmt es sich allerdings nicht sehr viel (wenn man nicht gerade sehr viele, kleine BitSets verwendet), denn BitSets sind sehr Speichereffizient implementiert. Kein Vergleich zu einem boolean[].

 

[Wildcard]

Oder ist es vllt. sinnvoll das mit BigInteger zu lösen?

Nö. Nicht solange du nicht mehr stellen als Integer.MAX_INT brauchst.

 

[PHANTOMIAS]

Aber mit BigInteger oder BitSet hätte ich schon eine fertige xor-Methode im Gegensatz zu int bzw. Integer.
Es geht um eine eigene Umsetzung von AES in einer abgewandelten Variante.

 

[Wildcard]

Und mit beiden kannst du nicht shiften. Wenn du nicht shiften musst, nimm BitSet, wenn doch, schreib dir eine eigene Klasse die alle benötigten Methoden für einen int bereitstellt.

Edit:

Es geht um eine eigene Umsetzung von AES in einer abgewandelten Variante.

Aber ich hoffe nur zu Übungs- und Demonstrationszwecken

 

[PHANTOMIAS]

Aber es gibt doch die Methoden shiftLeft und shiftRight bei BigInteger, siehe (BigInteger (Java 2 Platform SE v1.4.2)).

Shiften muss ich, soweit ich das bisher beurteilen kann, nicht. Immer nur xor oder das 2*2 Array tauschen bzw. ein Element des Arrays substituieren. Ich denke zur Zeit, dass BigInteger am Besten ist. Wenn ich den richtigen AES draufsetze, so kriege ich wenn ich alles aufnehme ja bis zu 256 Bit. Und da klappt int ja nicht mehr.

 

[Wildcard]

Aber es gibt doch die Methoden shiftLeft und shiftRight bei BigInteger

ok, stimmt, habe ich vergessen.

Ich denke zur Zeit, dass BigInteger am Besten ist. Wenn ich den richtigen AES draufsetze, so kriege ich wenn ich alles aufnehme ja bis zu 256 Bit. Und da klappt int ja nicht mehr.

Du musst wissen was du tust. Der Overhead wird speziell für kleine bit Mengen wesentlich größer.
Speicherverbrauch:
int < BitSet < BigInteger

 

[Marco13]

Aber mit BigInteger oder BitSet hätte ich schon eine fertige xor-Methode im Gegensatz zu int bzw. Integer.

int a = b ^ c; // Bitweises XOR bei ints!?!

 

[PHANTOMIAS]

Also irgendwie glücklich bin ich mit keiner Variante. Mit BigInteger hatte ich Probleme, wie ich aus dem String das in die BigInteger Variable bekomme, bei BitSet sehe ich auch keine andere Möglichkeit als das so zu machen, wobei die Ausgabe mit das liefert:
{0, 2} - {5, 6, 7} - {10, 11} - {12, 14, 15}

		BitSet key[] = new BitSet[4];
		key[0] = new BitSet(4);
		key[1] = new BitSet(4);
		key[2] = new BitSet(4);
		key[3] = new BitSet(4);
		
		for (int i=0; i < 4; i++) {
			if (k.charAt(i) == '1') {
				key[0].set(i);
			}
		}
		for (int i=4; i < 8; i++) {
			if (k.charAt(i) == '1') {
				key[1].set(i);
			}
		}
		for (int i=8; i < 12; i++) {
			if (k.charAt(i) == '1') {
				key[2].set(i);
			}
		}
		for (int i=12; i < 16; i++) {
			if (k.charAt(i) == '1') {
				key[3].set(i);
			}
		}
		System.out.println(key[0]+" - "+key[1]+" - "+key[2]+" - "+key[3]);

Wenn ich mir die Dokumente duchlesen, dann ist wohl sogar BigInteger allgemein gefordert zu verwenden. Ob das sinnvoll ist, sei dahingestellt.

Aber wie kann ich mit BigInteger das handlen, dass ich den String in die Stücke schneide und das in BigInteger hineingebe und wieder zum Schluss in der Form 1100 rausgebe bzw. gesamt, bspw.: 1100010111100010.

Gruß PHANTOMIAS

 

[Marco13]

Kurze Antwort: Mit viel (einfachem aber ineffizientem) String-Gewurschtel... Für eine Verschlüsselung würde sich IMHO eher (schwierigers aber effizientes) Bit-Gewurschtel anbieten. Beschreib' aber nochma genauer, was du vorhast: An welcher Stelle der Verschlüsselung sollen tatsächlich Bit-Strings ausgegeben werden? Normalerweise hat man ja nur die Umwandlung Klartext->Schlüsseltext (und ggf. umgekehrt) - als "Anwender" sieht man die Bits da nirgends. Wenn die Bit-Ausgaben nur für Debugging & Co sind, ist das IMHO eigentlich kein Grund, sein Programm genau DArauf auszurichten...

 

[PHANTOMIAS]

Okay, danke füe die Antwort.

Ich hole doch etwas weiter aus: Diese Implementierung von AES wird im ersten Schritt in einer abgewandelten einfacheren Form umgesetzt.
Was hierbei gemacht wird, zeigt wikipedia recht gut:
Advanced Encryption Standard ? Wikipedia

Diese Implementierung dient zum Üben der Umsetzung von solchen Algorithmen im Sicherheits-Bereich. Diese Bit-Ausgaben sollen nach jedem Schritt erscheinen.

Klar: Im Normalfall sieht man die nirgends, man gibt Text und Schlüssel rein und der verschlüsselte Text kommt raus. Aber es geht um Demo-Zwecke und da sollen die einzelnen Schritte auf der Konsole ausgegeben werden mit Resultat wie zu diesem Zeitpunkt (nach dem jeweiligen Schritt) das Bitmuster aussieht.

Im Normalfall wird bei AES mit Bytes (8 Bit) hantiert. In der einfachen Form nur mit je 4 Bits. Und diese 4*4 Bits werden getauscht, substituiert, xor verknüpft.
Also ist es sinnvoll die 4 Bits je in einer einzelnen Variable bzw. in einem 2x2 Array zu speichern.

Ich muss also auf der einen Seite mit den je 4 Bits-Variablen hantieren können, also auch die Kontrollausgaben von 2*4 oder aller, also 4*4 Bits, erzeugen können.

Gruß PHANTOMIAS

 

[Marco13]

OK, wenn du mit einem BigInteger rumhantierst wirst du das vermutlich mit den Methoden machen:

BigInteger(String val, int radix) : Konstruktor, mit dem man mit
x = new BigInteger("1001001", 2);
einen BigInteger aus einem Binärstring machen kann.

BigInteger#toString(int radix) : Methode mit der man mit
String s = bigInteger.toString(2);
einen BigInteger in einen Binärstring umwandelt

String#substring(...) : Methode mit der man die 4-Zeichen-Päckchen aus einen String rausholen kann.

Etwas lästig könnte es noch werden, dass man ggf. "padden" muss, d.h. wenn man z.B. die Zahl "5" binär ausgibt, erhält man "101", obwohl man lieber ein 4er-Päckchen der Form "0101" hätte.... Dafür kann man sich aber auch eine Hilfsmethode basteln.

 

[PHANTOMIAS]

Vielen Dank für die schnelle Antwort.

Ich habe es mal so eingebaut:

	private BigInteger k[][];
...
k = new BigInteger[2][2];
		k[0][0] = new BigInteger(schluessel.substring(0, 4), 2);
		k[0][1] = new BigInteger(schluessel.substring(4, 8), 2);
		k[1][0] = new BigInteger(schluessel.substring(8, 12), 2);
		k[1][1] = new BigInteger(schluessel.substring(12, 16), 2);

So haut es hin. Ja, und die Ausgabe, die lässt die führende Null weg. Aber da kann man padden, das wird schon hinhauen.

Gruß PHANTOMIAS