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aes加密演算法java程式碼實現

這周學習下aes加密演算法,網上一搜發現沒java程式碼版的,查閱了aes演算法原理及幾篇文章,自己照著原理把java版程式碼做出來了。本文僅呈現演算法的java程式碼實現,關於演算法原理可查閱最底部的參考文獻。

Aes加密及解密流程圖


package com.vk.aesdemo;

public class Aes {
	
	public enum KeySize{
		Bits128(4,10),Bits192(6,12),Bits256(8,14);
		/**以字為單位的種子金鑰長度,16bytes=1word=128bits*/
		private int nk;
		/**輪金鑰的次數*/
		private int nr;
		private KeySize(int nk,int nr){
			this.nk = nk;
			this.nr = nr;
		}
	}

	private char[][] rcon ={
			{0x00,0x00,0x00,0x00},
			{0x01,0x00,0x00,0x00},
			{0x02,0x00,0x00,0x00},
			{0x04,0x00,0x00,0x00},
			{0x08,0x00,0x00,0x00},
			{0x10,0x00,0x00,0x00},
			{0x20,0x00,0x00,0x00},
			{0x40,0x00,0x00,0x00},
			{0x80,0x00,0x00,0x00},
			{0x1b,0x00,0x00,0x00},
			{0x36,0x00,0x00,0x00}
		};
		
	char sbox[] = 
		{
		   0x63, 0x7C, 0x77, 0x7B, 0xF2, 0x6B, 0x6F, 0xC5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2B, 0xFE, 0xD7, 0xAB, 0x76,
		   0xCA, 0x82, 0xC9, 0x7D, 0xFA, 0x59, 0x47, 0xF0, 0xAD, 0xD4, 0xA2, 0xAF, 0x9C, 0xA4, 0x72, 0xC0,
		   0xB7, 0xFD, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3F, 0xF7, 0xCC, 0x34, 0xA5, 0xE5, 0xF1, 0x71, 0xD8, 0x31, 0x15,
		   0x04, 0xC7, 0x23, 0xC3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9A, 0x07, 0x12, 0x80, 0xE2, 0xEB, 0x27, 0xB2, 0x75,
		   0x09, 0x83, 0x2C, 0x1A, 0x1B, 0x6E, 0x5A, 0xA0, 0x52, 0x3B, 0xD6, 0xB3, 0x29, 0xE3, 0x2F, 0x84,
		   0x53, 0xD1, 0x00, 0xED, 0x20, 0xFC, 0xB1, 0x5B, 0x6A, 0xCB, 0xBE, 0x39, 0x4A, 0x4C, 0x58, 0xCF,
		   0xD0, 0xEF, 0xAA, 0xFB, 0x43, 0x4D, 0x33, 0x85, 0x45, 0xF9, 0x02, 0x7F, 0x50, 0x3C, 0x9F, 0xA8,
		   0x51, 0xA3, 0x40, 0x8F, 0x92, 0x9D, 0x38, 0xF5, 0xBC, 0xB6, 0xDA, 0x21, 0x10, 0xFF, 0xF3, 0xD2,
		   0xCD, 0x0C, 0x13, 0xEC, 0x5F, 0x97, 0x44, 0x17, 0xC4, 0xA7, 0x7E, 0x3D, 0x64, 0x5D, 0x19, 0x73,
		   0x60, 0x81, 0x4F, 0xDC, 0x22, 0x2A, 0x90, 0x88, 0x46, 0xEE, 0xB8, 0x14, 0xDE, 0x5E, 0x0B, 0xDB,
		   0xE0, 0x32, 0x3A, 0x0A, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5C, 0xC2, 0xD3, 0xAC, 0x62, 0x91, 0x95, 0xE4, 0x79,
		   0xE7, 0xC8, 0x37, 0x6D, 0x8D, 0xD5, 0x4E, 0xA9, 0x6C, 0x56, 0xF4, 0xEA, 0x65, 0x7A, 0xAE, 0x08,
		   0xBA, 0x78, 0x25, 0x2E, 0x1C, 0xA6, 0xB4, 0xC6, 0xE8, 0xDD, 0x74, 0x1F, 0x4B, 0xBD, 0x8B, 0x8A,
		   0x70, 0x3E, 0xB5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xF6, 0x0E, 0x61, 0x35, 0x57, 0xB9, 0x86, 0xC1, 0x1D, 0x9E,
		   0xE1, 0xF8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xD9, 0x8E, 0x94, 0x9B, 0x1E, 0x87, 0xE9, 0xCE, 0x55, 0x28, 0xDF,
		   0x8C, 0xA1, 0x89, 0x0D, 0xBF, 0xE6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2D, 0x0F, 0xB0, 0x54, 0xBB, 0x16
		};
	
	char isbox[] = 
		{
		   0x52, 0x09, 0x6A, 0xD5, 0x30, 0x36, 0xA5, 0x38, 0xBF, 0x40, 0xA3, 0x9E, 0x81, 0xF3, 0xD7, 0xFB,
		   0x7C, 0xE3, 0x39, 0x82, 0x9B, 0x2F, 0xFF, 0x87, 0x34, 0x8E, 0x43, 0x44, 0xC4, 0xDE, 0xE9, 0xCB,
		   0x54, 0x7B, 0x94, 0x32, 0xA6, 0xC2, 0x23, 0x3D, 0xEE, 0x4C, 0x95, 0x0B, 0x42, 0xFA, 0xC3, 0x4E,
		   0x08, 0x2E, 0xA1, 0x66, 0x28, 0xD9, 0x24, 0xB2, 0x76, 0x5B, 0xA2, 0x49, 0x6D, 0x8B, 0xD1, 0x25,
		   0x72, 0xF8, 0xF6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16, 0xD4, 0xA4, 0x5C, 0xCC, 0x5D, 0x65, 0xB6, 0x92,
		   0x6C, 0x70, 0x48, 0x50, 0xFD, 0xED, 0xB9, 0xDA, 0x5E, 0x15, 0x46, 0x57, 0xA7, 0x8D, 0x9D, 0x84,
		   0x90, 0xD8, 0xAB, 0x00, 0x8C, 0xBC, 0xD3, 0x0A, 0xF7, 0xE4, 0x58, 0x05, 0xB8, 0xB3, 0x45, 0x06,
		   0xD0, 0x2C, 0x1E, 0x8F, 0xCA, 0x3F, 0x0F, 0x02, 0xC1, 0xAF, 0xBD, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8A, 0x6B,
		   0x3A, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4F, 0x67, 0xDC, 0xEA, 0x97, 0xF2, 0xCF, 0xCE, 0xF0, 0xB4, 0xE6, 0x73,
		   0x96, 0xAC, 0x74, 0x22, 0xE7, 0xAD, 0x35, 0x85, 0xE2, 0xF9, 0x37, 0xE8, 0x1C, 0x75, 0xDF, 0x6E,
		   0x47, 0xF1, 0x1A, 0x71, 0x1D, 0x29, 0xC5, 0x89, 0x6F, 0xB7, 0x62, 0x0E, 0xAA, 0x18, 0xBE, 0x1B,
		   0xFC, 0x56, 0x3E, 0x4B, 0xC6, 0xD2, 0x79, 0x20, 0x9A, 0xDB, 0xC0, 0xFE, 0x78, 0xCD, 0x5A, 0xF4,
		   0x1F, 0xDD, 0xA8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xC7, 0x31, 0xB1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xEC, 0x5F,
		   0x60, 0x51, 0x7F, 0xA9, 0x19, 0xB5, 0x4A, 0x0D, 0x2D, 0xE5, 0x7A, 0x9F, 0x93, 0xC9, 0x9C, 0xEF,
		   0xA0, 0xE0, 0x3B, 0x4D, 0xAE, 0x2A, 0xF5, 0xB0, 0xC8, 0xEB, 0xBB, 0x3C, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,
		   0x17, 0x2B, 0x04, 0x7E, 0xBA, 0x77, 0xD6, 0x26, 0xE1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0C, 0x7D
		};
	
	/**以字為單位的種子金鑰長度,16bytes=1word=128bits*/
	private int nk;
	/**輪金鑰的次數*/
	private int nr;
	/**以位元組為單位的明文長度,固定值16位元組*/
	private static final int nb = 16;
	/**金鑰輪值表陣列*/
	private byte[] keys;
	private byte[] data;
	
	public Aes(KeySize keySize,byte[] keys){
		setNkNr(keySize);
		keyExpansion(keys);
	}
	
	private void setNkNr(KeySize keySize){
		nk = keySize.nk;
		nr = keySize.nr;
	}
	
	/**
	 * 金鑰擴充套件,建立金鑰排程表
	 * @param keys 種子金鑰
	 */
	private void keyExpansion(byte[] inkeys){
		if(inkeys == null || 
				(inkeys.length != 16 && inkeys.length != 24 && inkeys.length != 32))
			throw new IllegalArgumentException("keys length out of range{16,24,32}");
		keys = new byte[nb*(nr+1)];//輪金鑰次數nr,再加上輪值之前的1次addRoundKey預處理
		System.arraycopy(inkeys, 0, keys, 0, inkeys.length);
		int totalRow = nb*(nr+1)/4;
		byte[] tmp = new byte[4];
		int index = 0;
		for(int row = nk;row < totalRow;row++){
			//迴圈一次處理一個round的金鑰, 一行4位元組
			index = 4*(row - 1);
			tmp[0] = keys[index];
			tmp[1] = keys[index+1];
			tmp[2] = keys[index+2];
			tmp[3] = keys[index+3];
			if(row%nk == 0)
				tmp = xorRcon(row, subWord(rotWord(tmp)));
			else if(nk == 8 && (row % nk == 4)){
				tmp = subWord(tmp);
			}
			
			keys[row*4] = (byte) (keys[(row-nk)*4] ^ tmp[0]);
			keys[row*4+1] = (byte) (keys[(row-nk)*4+1] ^ tmp[1]);
			keys[row*4+2] = (byte) (keys[(row-nk)*4+2] ^ tmp[2]);
			keys[row*4+3] = (byte) (keys[(row-nk)*4+3] ^ tmp[3]);
		}
		
	}
	
	private void addRoundKey(int row){
		for(int i = 0;i < 4;i++){
			//每輪金鑰排程,16位元組一組
			//迴圈一次處理一個round的金鑰, 一行4位元組,4次共16位元組
//			data[i*4] ^= keys[ row*16+i];
//			data[i*4+1] ^= keys[ row*16+1*4+i];
//			data[i*4+2] ^= keys[ row*16+2*4+i];
//			data[i*4+3] ^= keys[ row*16+3*4+i];
			
			data[i*4] ^= keys[ row*16+4*i];
			data[i*4+1] ^= keys[ row*16+4*i+1];
			data[i*4+2] ^= keys[ row*16+4*i+2];
			data[i*4+3] ^= keys[ row*16+4*i+3];
		}
	}
	
	/**
	 * 進行s-box非線性變換
	 */
	private void subBytes(){
		for(int i = 0;i<16;i++)
			data[i] = (byte) sbox[data[i]&0xff];
	}
	
	/**
	 * 進行is-box非線性變換
	 */
	private void invSubBytes(){
		for(int i = 0;i<16;i++)
			data[i] = (byte) isbox[data[i]&0xff];
	}
	
	
	/**
	 * 4x4矩陣(x,y)陣列,每行迴圈左移x個位元組
	 */
	private void shiftRows(){
		byte[] tmp = new byte[4];
		int n;
		for(int i = 0;i<4;i++){
			n = i*4;
			tmp[0] = data[n];
			tmp[1] = data[n+1];
			tmp[2] = data[n+2];
			tmp[3] = data[n+3];
			
			data[n] = tmp[i%4];
			data[n+1] = tmp[(1+i)%4];
			data[n+2] = tmp[(2+i)%4];
			data[n+3] = tmp[(3+i)%4];
		}	
	}
	
	/**
	 * 4x4矩陣(x,y)陣列,每行迴圈右移x個位元組
	 */
	private void invShiftRows(){
		byte[] tmp = new byte[4];
		int n;
		for(int i = 0;i<4;i++){
			n = i*4;
			tmp[0] = data[n];
			tmp[1] = data[n+1];
			tmp[2] = data[n+2];
			tmp[3] = data[n+3];
			
			data[n+i%4] = tmp[0];
			data[n+(1+i)%4] = tmp[1];
			data[n+(2+i)%4] = tmp[2];
			data[n+(3+i)%4] = tmp[3];
		}	
	}
	
	/**
	 * 按列混合
	 */
	private void mixColumns(){
		byte[] tmp = new byte[4];
 		for(int i = 0;i< 4;i++){
			tmp[0] = data[i];
			tmp[1] = data[i+4];
			tmp[2] = data[i+8];
			tmp[3] = data[i+12];
			
			data[i] = (byte) (gfmulBy02(tmp[0])^gfmulBy03(tmp[1])^gfmulBy01(tmp[2])^gfmulBy01(tmp[3]));
			data[i+4] = (byte) (gfmulBy01(tmp[0])^gfmulBy02(tmp[1])^gfmulBy03(tmp[2])^gfmulBy01(tmp[3]));
			data[i+8] = (byte) (gfmulBy01(tmp[0])^gfmulBy01(tmp[1])^gfmulBy02(tmp[2])^gfmulBy03(tmp[3]));
			data[i+12] = (byte) (gfmulBy03(tmp[0])^gfmulBy01(tmp[1])^gfmulBy01(tmp[2])^gfmulBy02(tmp[3]));
			
		}
			
	}
	
	/**
	 * 按列逆混合
	 */
	private void invMixColumns(){
		byte[] tmp = new byte[4];
		for(int i = 0;i< 4;i++){
			tmp[0] = data[i];
			tmp[1] = data[i+4];
			tmp[2] = data[i+8];
			tmp[3] = data[i+12];
			
			data[i+0] = (byte) (gfmulBy0e(tmp[0]) ^ gfmulBy0b(tmp[1]) ^ gfmulBy0d(tmp[2]) ^ gfmulBy09(tmp[3]));
			data[i+4] = (byte) (gfmulBy09(tmp[0]) ^ gfmulBy0e(tmp[1]) ^ gfmulBy0b(tmp[2]) ^ gfmulBy0d(tmp[3]));
			data[i+8] = (byte) (gfmulBy0d(tmp[0]) ^ gfmulBy09(tmp[1]) ^ gfmulBy0e(tmp[2]) ^ gfmulBy0b(tmp[3]));
			data[i+12] = (byte) (gfmulBy0b(tmp[0]) ^ gfmulBy0d(tmp[1]) ^ gfmulBy09(tmp[2]) ^ gfmulBy0e(tmp[3]));
			
		}
	}
	
	private byte gfmulBy01(byte value){
		return value;
	}
	
	private byte gfmulBy02(byte value){
		if((int)value > 0x80)
			value = (byte)((value<<1)^0x1b);
		else
			value =  (byte)(value<<1);
		return value;
	}
	
	private byte gfmulBy03(byte value){
		return (byte) (gfmulBy01(value)^gfmulBy02(value));
	}
	
	private byte gfmulBy09(byte value){
		return (byte) (gfmulBy01(value)^gfmulBy02(gfmulBy02(gfmulBy02(value))));
	}
	private byte gfmulBy0b(byte value){
		return (byte) (gfmulBy01(value)^gfmulBy02(value)^gfmulBy02(gfmulBy02(gfmulBy02(value))));
	}
	
	private byte gfmulBy0d(byte value){
		return (byte) (gfmulBy01(value)^gfmulBy02(gfmulBy02(value))^gfmulBy02(gfmulBy02(gfmulBy02(value))));
	}
	
	private byte gfmulBy0e(byte value){
		return (byte) (gfmulBy02(value)^gfmulBy02(gfmulBy02(value))^gfmulBy02(gfmulBy02(gfmulBy02(value))));
	}

	private byte[] rotWord(byte[] word){
		return new byte[]{word[1],word[2],word[3],word[0]}; 
	}
	
	private byte[] subWord(byte[] word){
		return new byte[]{(byte) sbox[word[0]&0xff],(byte) sbox[word[1]&0xff],
				(byte) sbox[word[2]&0xff],(byte) sbox[word[3]&0xff]};
	}
	
	private byte[] xorRcon(int row,byte[] word){
		byte[] ret = new byte[4];
		ret[0] = (byte) (word[0] ^ rcon[row/nk][0]);
		ret[1] = (byte) (word[1] ^ rcon[row/nk][1]);
		ret[2] = (byte) (word[2] ^ rcon[row/nk][2]);
		ret[3] = (byte) (word[3] ^ rcon[row/nk][3]);
		return ret;
	}
	
	/**
	 * 加密
	 * @param plainText
	 * @return
	 */
	public byte[] cipher(byte[] plainText){
		if(plainText == null || plainText.length == 0)
			throw new IllegalArgumentException("plainText can not be null");
		data = new byte[16];
		System.arraycopy(plainText, 0, data, 0, plainText.length);
		
		addRoundKey(0);//預處理一次
		for(int row = 1;row < nr;row++){
			subBytes();
			
			shiftRows();
			
			mixColumns();
			
			addRoundKey(row);
		}
		//最後一輪不需要執行mixColumns
		subBytes();
		shiftRows();
		addRoundKey(nr);
		return data;
	}
	
	/**
	 * 解密
	 * @param cipherText
	 * @return 
	 */
	public byte[] invCipher(byte[] cipherText){
		if(cipherText == null || cipherText.length == 0)
			throw new IllegalArgumentException("cipherText can not be null");
		data = new byte[16];
		System.arraycopy(cipherText, 0, data, 0, cipherText.length);
		
		addRoundKey(nr);//預處理一次
		for(int row = nr-1;row > 0;row--){
			invShiftRows();
			invSubBytes();
			addRoundKey(row);
			invMixColumns();
		}
		//最後一輪不需要執行mixColumns
		
		invShiftRows();
		invSubBytes();
		addRoundKey(0);
//		print();
		return data;
	}
	
	public static void main(String[] args){
		byte[] keys = { 0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08,
				0x09, 0x0a, 0x0b, 0x0c, 0x0d, 0x0e, 0x0f,0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17 };
		Aes aes = new Aes(KeySize.Bits192, keys);
		//--------加密-------------------------
		String plainText = "1234abcd";
		byte[] cipherText = aes.cipher(plainText.getBytes());
		
		System.out.println("plainText: "+plainText);
		StringBuffer m = new StringBuffer();
		for(int i = 0;i< 16;i++){
			if((cipherText[i]&0xff) > 0x0f)
				m.append(String.format("%x", cipherText[i]));
			else
				m.append(String.format("0%x", cipherText[i]));
			m.append(" ");
		}
		System.out.println("cipherText:"+m);
		
		//--------解密-------------------------
		byte[] ret = aes.invCipher(cipherText);
		String val = new String(ret);
		System.out.println("invCipher cipherText : "+val);
		
	}
	
}

參考文獻:

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%AB%98%E7%BA%A7%E5%8A%A0%E5%AF%86%E6%A0%87%E5%87%86
http://www.2cto.com/Article/201112/113465.html
http://mingcn.cnblogs.com/archive/2010/10/31/aes_c.html

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看到別人整理好的RSA程式碼,作為收集如下: 建立RSA公私鑰 package rsa;    import java.io.BufferedReader;   import java.io.BufferedWriter;   import java.io.FileRead

最小生成樹的Prim演算法和Kruskal演算法java程式碼實現

MiniSpanTree中兩個靜態函式實現了最小生成樹的Prim演算法和Kruskal演算法: package datastucture; import java.util.ArrayList; import java.util.Arrays; import java.

一致性hash演算法 java程式碼實現與測試

轉載:http://blog.csdn.net/pcceo1/article/details/51493934 寫了一個一致性hash的Java實現程式碼,演算法是用別人的,據說很好,然後自己做了一個測試,用執行緒池起了1000個執行緒,每個執行緒hash10000次,模

AES加密演算法java實現

在實現AES演算法的時候,其實步驟和我之前寫的那個DES加密演算法的差不多的 也是一樣,網上的基本都是基於一個內建好的字串進行加密,我這裡就新添加了一些新的功能 轉載使用的話,請註明一下哦! package function; import java.util.*; import ja

Java常用的八種排序演算法程式碼實現(三):桶排序、計數排序、基數排序

三種線性排序演算法:桶排序、計數排序、基數排序 線性排序演算法(Linear Sort):這些排序演算法的時間複雜度是線性的O(n),是非比較的排序演算法 桶排序(Bucket Sort)   將要排序的資料分到幾個有序的桶裡,每個桶裡的資料再單獨進行排序,桶內排完序之後,再把桶裡的

Java常用的八種排序演算法程式碼實現(二):歸併排序法、快速排序法

注:這裡給出的程式碼方案都是通過遞迴完成的 --- 歸併排序(Merge Sort):   分而治之,遞迴實現   如果需要排序一個數組,我們先把陣列從中間分成前後兩部分,然後對前後兩部分進行分別排序,再將排好序的數組合並在一起,這樣整個陣列就有序了   歸併排序是穩定的排序演算法,時間

Java程式碼實現負載均衡五種演算法

版權宣告:本文為博主原創文章,未經博主允許不得轉載。    https://blog.csdn.net/u012904383/article/details/78358354 前言:        

演算法學習——中國大學MOOC-陳越、何欽銘-資料結構-起步能力自測題——java程式碼實現

自測-1 列印沙漏 (20 point(s)) 本題要求你寫個程式把給定的符號列印成沙漏的形狀。例如給定17個“*”,要求按下列格式列印 ***** *** * *** ***** 所謂“沙漏形狀”,是指每行輸出奇數個符號;各行符號中心對齊;相鄰兩行符號數差2;符號數先從大

十大經典排序演算法詳細總結(含JAVA程式碼實現)

文章目錄 十大經典排序演算法詳細總結(含JAVA程式碼實現) 0、排序演算法說明 1、氣泡排序(Bubble Sort) 2、選擇排序(Selection Sort) 3、插入排序(Insertion Sort) 4、希爾

十大排序演算法實現 十大經典排序演算法最強總結(含JAVA程式碼實現

十大經典排序演算法最強總結(含JAVA程式碼實現)   最近幾天在研究排序演算法,看了很多部落格,發現網上有的文章中對排序演算法解釋的並不是很透徹,而且有很多程式碼都是錯誤的,例如有的文章中在“桶排序”演算法中對每個桶進行排序直接使用了Collection.sort

買什麼資料結構與演算法,這裡有:動態圖解十大經典排序演算法(含JAVA程式碼實現

上篇的動圖資料結構反響不錯,這次來個動圖排序演算法大全。資料結構與演算法,齊了。 幾張動態圖捋清Java常用資料結構及其設計原理 本文將採取動態圖+文字描述+正確的java程式碼實現來講解以下十大排序演算法: 氣泡排序 選擇排序 插入排序 希爾排序

php實現封裝aes加密演算法,與前端互動

class AesSecurity { /** * method 為AES-128-CBC時 * @var string傳入要加密的明文 * 傳入一個16位元組的key * 傳入一個16位元組的初始偏移向量IV */ priv

【資料結構與演算法】回溯法解決N皇后問題,java程式碼實現

N皇后問題 問題描述 在8×8格的國際象棋上擺放八個皇后,使其不能互相攻擊,即任意兩個皇后都不能處於同一行、同一列或同一斜線上,問有多少種擺法,這稱為八皇后問題。 延伸一下,便為N皇后問題。 核心思想 解決N皇后問題有兩個關鍵點。一是如何進行放置棋子,二是如何驗證棋子是否符合

【資料結構與演算法】貪心演算法解決揹包問題。java程式碼實現

揹包問題(貪心演算法) 貪心演算法思想 簡單的說,就是將大問題轉化為最優子問題,例如本題所要求的,揹包容量有限,要想使物品的總價值最高,那麼,我們必須儘可能的選擇權重高的(即單位價值更高)的物品進行裝載。 在揹包問題中,物品是可拆的,即可以分成任意部分進行裝載,而最終實現的目標是